富水性软弱Ⅵ级围岩段隧道开挖支护施工技术

张宏军

（新疆华天工程建设股份有限公司，新疆 乌鲁木齐830000）

0 引言

某标段隧道工程起点里程桩号为K14 ＋592.92，终点里程桩号为K15＋950.725，左线长1 360.709m，右线长1 358.071m，其为单洞单线布设。该隧道为马蹄形断面，全部为复合式衬砌结构，采用暗挖法施工。区间隧道Ⅵ级围岩段里程桩号为K15+770.012（右线K15+784.45）～K15+950.725，隧道所穿越的底层为富水的粗砂～砾砂～碎石土层和强风化花岗岩地层，地质条件差，开挖困难，施工风险高。本项目工程地质和水文地质条件复杂，变化明显，尤其是区间隧道围岩级别由Ⅱ级过渡到Ⅵ级，施工方法变化频繁。

表1 隧道结构主要支护参数表

表1（续）

1 工程重点、难点分析及对策

安全、快速通过富水性软弱Ⅵ级围岩段隧道施工是隧道施工中的重点和难点。区间隧道Ⅵ级围岩洞身穿越的围岩主要为粉质黏土、粗砾砂夹卵石、强风化粗粒花岗岩，地下水量丰富，具弱承压性、弱渗透性，隧道埋深8∼12m，左线下穿2∼3层砖混结构房屋，无法进行地面降水，并且该段为车站端头进洞隧道施工的起点，如何安全、快速通过可能存在初期支护“软岩较大变形、易失稳”段落是本工程施工中的重点和难点，为此采取以下对策：

（1）进洞措施采取端头12m 范围地面旋喷桩加固；

（2）遵循开挖前先止水的原则，Ⅵ级围岩采取水平旋喷桩超前支护，掌子面全断面注浆止水加固措施，确保开挖过程中不出现涌水流沙险情；

（3）采用短台阶法进行开挖，上台阶预留核心土，台阶长度控制在3～5m，上下行隧道掌子面前后错进施工，并严格遵循隧道“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则；当采用短台阶施工无法满足安全要求时，备用施工方法为台阶法加临时仰拱或采用CRD 法施工；

（4）做好监控量测工作，根据监控量测的数据分析及时修正设计参数，以指导施工；

（5）仰拱和衬砌应紧跟掌子面进行施工，若监控量测数据异常时立即对初支进行加固，及时施工二次衬砌，并做到开挖一段、衬砌一段。

针对本工程上述特点，该段区间隧道由2个施工区域组织施工：

（1）位于小学附近的区段设置施工竖井+横通道进入隧道施工，分别向南北方向掘进；

（2）西岸主体结构靠近南端两端封顶后在南端墙挂洞门进入区间隧道施工；从西岸进入区间隧道施工工作区域主要承担Ⅵ级软弱围岩隧道施工任务；竖井施工区域主要承担区间隧道Ⅱ～Ⅴ级围岩隧道开挖支护施工任务及南向隧道衬砌作业，北向隧道衬砌由西岸作业区域进行施工。

2 开挖支护施工技术实施

2.1 施工方案

区间暗挖隧道采用钻爆法和人工开挖的方法施工，主要工艺流程如下。

（1）Ⅵ级围岩隧道

采用台阶法施工。施工方案流程为：水平旋喷桩超前支护，超前小导管注浆和全断面注浆加固，人工开挖，出渣，初期支护，仰拱衬砌，拱墙衬砌。

（2）Ⅴ级围岩隧道

采用台阶法施工。施工方案流程为：超前支护，钻孔，装药，放炮排烟，出渣，初期支护，仰拱衬砌，拱墙衬砌。

（3）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩隧道

进行全断面开挖。施工方案流程为：钻孔，装药，放炮排烟，出渣，初期支护，仰拱衬砌，拱墙衬砌。

（4）区间隧道Ⅵ级围岩段

该段地下水较为丰富，且以砂土为主，在隧道开挖前采用环向水平旋喷桩、超前小导管注浆和全断面注浆加固，从而保证区间隧道施工的无水作业。此段隧道为实现快速封闭，采用台阶法施工，台阶长度控制在3～5m，上台阶开挖过程中应预留核心土开挖，施工应严格遵循软土浅埋暗挖隧道施工方针。

Ⅵ级围岩采取“洞内环向水平旋喷桩+超前小导管注浆和全断面注浆加固”为主要思想的施工方案。台阶法人工暗挖，每次进尺0.5m，台阶距离为3～5m，预留核心土开挖，以发挥掌子面三维支撑作用。

2.2 水平旋喷桩施工

施工时采用水平钻机进行水平孔的打设，当钻进至设计深度后，拨出钻杆，同时通过水平钻机、钻杆、喷嘴以大于35MPa 的压力将浆液喷射到土体内，并且利用流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏。与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐外拔，有效地确保了水泥浆和土体之间的充分搅拌。待胶结硬化后形成直径比较均匀的桩体且具有一定强度后，则在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷止水帷幕。利用旋喷桩抗剪切以及抗滑移作用，有效地确保了隧道掘进安全。

水平旋喷施工工艺流程见图1。

图1 水平旋喷施工工艺流程图

进行水平旋喷施工时，应注意以下几方面内容。

（1）采取水平旋喷桩进行支护施工前，应先检查钻机运行是否正常、回油管的快速接头是否完好、机台各种油管有无损伤、启动柜是否完好（包括启动柜内的各种开关、继电器、变压器、机柜等）、三联泵有无损伤、检查液压油液面高度是否在油箱高度2/3以上、电机是否受潮、钻具是否齐全、高压注浆泵运行是否正常、高压注浆管路是否畅通、压力表是否正常等。

（2）钻开孔并安装孔口管，同时应当结合施工现场地质及水文条件选定孔口管（孔口密封装置结构见图2）。退出钻具，准备安装孔口管；将一根直径为127mm、长0.8m 的孔口管埋入已开好的孔内，孔口管外露0.30m；在撑子面植4 根直径为12mm的钢筋，钢筋用锚固剂固结，将钢筋与孔口管焊接牢固，加固孔口管。

图2 孔口密封装置结构图

（3）高压旋喷。进行高压喷浆前应检查高压注浆泵，查看泵压读数是否达到设计要求（不小于35MPa），泵压达到设计要求时才能开始喷浆。在进行喷浆施工前应检查钻杆接头处是否漏气，如漏气，则应将钻杆退回，查出漏气位置重新密封，或更换钻具。另外，还需检查喷嘴是否堵住。本工程采取的喷浆参数为浆液水灰比1∶1；注浆压力不小于35MPa。

（4）封孔。喷浆至孔口掌子面0.50m时，应停止喷浆；卸下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口；快速拔出钻杆和钻头，关闭大球阀；高压旋喷注浆完成后应在循环液排出口处安装压力表，然后用250泵补注浆，注浆压力控制在0.8～1.0MPa。

（5）清洗管道及设备。每根桩施工完毕后都应用清水高压冲洗管道及设备，确保管道内不留残渣，清洗完毕后移至下一桩位。钻机移到下一孔位，应核查相邻桩的成桩时间，后施工的桩必须在相邻桩成桩时间超过初凝时间后，前一根桩浆液达到一定强度时才能开钻，确保相邻桩相互咬合，因此移至下一孔位时应跳过1～3根后再施作较合适。

2.3 开挖支护

超前小导管施工前应结合设计要求，在掌子面上准确划出本循环需施设的小导管孔位。采用手持风钻钻孔，孔深应适当超深。将前端加工成尖锥状，尾部焊一圈Φ8mm 加强筋。除尾部1m外，管壁四周钻Φ8mm的压浆孔，以便浆液向四周围岩内压注。

施工时，手持风钻先钻孔，再用去掉回转爪的风钻将钻杆换成特殊钎尾，用冲击的办法将导管贯入孔中。为防止注浆漏浆，在小导管的尾部用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔内后其外壁与岩壁间隙堵塞严密。钢管尾端外露足够长度，并与格栅钢架焊接在一起。钢管顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。

注浆前先检查导管孔口是否达到密闭标准，以防漏浆，然后按设计比例配浆，采用活塞式电动注浆机压注浆，注浆压力为0.5～0.7MPa，一般按单管达到设计注浆量作为结束标准。当注浆压力达到设计终压不少于20min，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆。注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。

3 结语

安全、快速通过富水性软弱Ⅵ级围岩段隧道施工是隧道施工中的重点和难点；区间暗挖隧道采用钻爆法和人工开挖的方法施工。实践表明，本工程可以安全、快速地通过可能存在初期支护“软岩较大变形、易失稳”的段落，可为同类工程提供参考借鉴。

[1] 刘伟.云南大丽铁路三元隧道开挖与支护施工技术[J].铁路工程造价管理，2013（4）：30-31.

[2] 吴雪迪.复杂地质条件下隧道开挖与支护综合技术研究[J].长安大学学报：地球科学版，2010（7）：28-34.

[3] 赵凡. 黑云母片岩隧道开挖支护施工技术[J]. 天津大学学报，2011（3）：28-34.