隧道过浅埋段Ⅴ级围岩超前支护、初期支护施工过程控制

■郭 建，毛永强 ■中交二航局五分公司，湖北 武汉 430000

1 工程概况

大秦岭隧道位于西安市户县涝峪乡和安康市宁陕县新场乡，为高风险隧道。工点内发育有区域断裂F3 及f23、f24 断裂带。

大秦岭隧道DgK85 +910-DgK86 +060 段为桃园沟浅埋段，洞顶埋深仅约20m 左右，下穿西涝河，地层岩性主要为辉长岩，青灰色，粒状结构，块状构造，岩体较破碎，节理裂隙发育;中等富水区。设计衬砌类型为Vb，施工方法为三台阶七步法。

支护参数为:拱墙、仰拱喷射C30 混凝土厚度皆为28cm，设φ8 钢筋网片，网格间距为20 ×20cm;拱部设置Φ25 的中空锚杆，边墙设置Φ22 砂浆锚杆，锚杆长度4.0m，间距1.2m* 1.0m，梅花形布置;全环采用I20b 钢架，纵向间距0.6m/榀;仰拱C35 砼厚度为60cm，拱墙模筑衬砌C35 砼厚度为50cm。超前支护采用φ89 管棚及φ42 超前小导管，正洞大里程DgK85 +910～DgK86 +060 处打设φ89 长管棚+超前小导管，打设范围为抑部144 度。管棚纵向10m 一环，管棚设计长度15m，长管棚内采用M10 水泥砂浆充填;小导管纵向2m 一环。

2 浅埋段施工方法

2.1 超前地质预报

根据围岩情况，先采用TSP 超前地质预报对浅埋段进行探测，根据TSP 超前地质预报报表显示，DgK85 +896-DgK85 +929 段围岩节理发育，围岩较破碎、DgK85 +929-DgK85 +954 段围岩节理裂隙较发育，岩体完整性一般，围岩工程地质条件较上一段变好、DgK85 +954-DgK85+998 段为一节理密集带，裂隙水发育，岩体破碎，围岩工程地质条件比上一段变差，此三段在施工时注意加强防护措施，以防塌方、突涌水等现象。根据设计要求Dgk85 +790-Dgk86 +060 段应用超前水平钻长度200 米，Dgk85 +910-Dgk85 +940 段超前水平钻已实施，结果显示DgK85 +910～DgK85 +930 岩体稳定性较好，局部较破碎;DgK85 +930～DgK85 +940 岩体稳定性较差，节理较发育，岩体破碎。综合分析，以超前水平钻探结果为准。

2.2 隧道洞外施工

由于浅埋段上方西涝河内长年有水流流过，埋深又浅，故须对沟内水进行疏导，并用浆砌片石进行铺砌，厚度30cm，防止地表水下渗。

2.2.1 疏导河道

通过施工放样，定出浆砌片石铺砌区，先用挖机将河道改线，并清理出河道内虚石及杂物以满足浆砌片石施工要求。

2.2.2 片石的采集及使用

片石就地取材，河道内清理出的虚石统一堆放，选取适合的用于片石回填。

2.2.3 砂浆的拌制及运输

砂浆采用M10 砂浆，砂浆配合比根据试验室提供，由搅拌站统一拌制，采用砼运输车运输。进入施工现场后人工配合挖机进行砂浆填充。

2.3 隧道洞内施工

2.3.1 超前支护

(1)管棚施工工艺。管棚施工主要工序有搭建钻孔平台、安装钻机;钻孔、清孔、验孔;安装管棚钢管;注浆。工序技术要求高，工艺复杂，施工工艺流程如下:准备工作制作钢花管→钻孔→清孔→钻孔验收→顶进钢管棚→清孔→注浆管路检查→注浆→封孔。搭钻孔平台安装钻机。a.先用方木或钢管脚手架搭设钻孔平台，钻孔顺序按钻机从低位孔位向高位孔位进行。b.平台支撑要落于实地，连接要稳固，防止在施钻时产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔施作质量。c.钻机定位:必须精确核定调整钻机位置。用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻孔方向正确。钻孔。a.为了便于安装钢管，φ89 管棚采用大一号钻头，钻头直径φ108mm。b.地质较好的情况下一次成空;若地质不好导致钻进时塌孔、卡钻，需补注浆后再钻进。c.钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m 深后可根据地质情况逐步调整转速及风压。d.钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，防止钻斜，特别注意在钻孔过程中由于重力作用钻杆可能往下偏。e.钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同一轴线方向钻进。f.做好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩性进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报之一，用于指导洞身开挖的依据。清孔验孔。a.成孔后用钻头(φ108mm)进行来回扫孔，清除浮渣至孔低，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。b.用风机高压风吹孔清理孔口钻渣。用钢管、卷尺、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。

安装管棚钢管。a.钢管采用车丝机车好丝扣，管头切开后再焊成圆锥头，便于入孔。b.管棚顶进利用管棚钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。c.接长钢管时，相邻钢管的接头应前后错开。接头数同一横断面内不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。注浆。a.安装好有孔钢管、并放入钢筋笼后即对孔内注浆，浆液由ZJ-400 高速制浆机拌制。b.注浆材料:注浆材料为1∶1 水泥净浆，封孔采用M10 砂浆。c.采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，注浆压力一般为0.5～1MPa，浆液配合比和注浆压力由现场试验室确定，当注浆再无进量的情况下，持压15min 后停止注浆。d.注浆量应满足设计要求，一般为钻孔体积的1.5倍;若是注浆量超过预计值，还未达到压力要求时，应继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。e.注浆时先注“单”号孔，再注“双”号孔，防止注浆窜孔。

(2)径向注浆止水施工工艺。径向注浆施工工艺流程:施工准备→布设注浆点→凿岩机开孔→扩孔→埋注浆孔→注浆机注浆→下一注浆孔注浆→检查注浆效果。注浆施工方法。a.在洞身周边按140cm 间距进行钻孔，沿隧道纵向间距2.2m，钻孔度深4.0m，钻孔要求90%以上的钻孔出水，由此出水可以判断出水深度。b.使用快凝混凝土等锚固性材料粘结钢管与孔壁，利用喷混凝土作止浆墙。c.实验压浆，压浆按隔孔压浆，采取挤密型注浆措施。d.注浆过程中若发生串浆，应关闭孔口阀门或堵塞孔口，待其它孔注浆完成后再打开阀门，若发生流水，则继续注浆，直至每个孔达到注浆结束标准。e.孔口管应安设牢靠，并有止浆阀等止浆措施。注浆结束标准。单孔结束标准:压力达到设计值并继续注浆10min 以上，单孔进浆量小于初始进浆量的1/4，检查孔涌水量小于0.2L/min。全程结束注浆标准:所有注浆单孔达到结束条件，且无漏浆现象。注浆后段落内涌水量不大于1m3/m.d。进行1.0MPa 压力的压水试验，进水量小于2L/m.min。

(3)超前小导管施工工艺。施工工艺流程如下:地质调查→现场试验→效果检查→制定施工方案进行施工→喷砼封闭掌子面→拱部放样布孔→风枪成孔→清孔→插入小导管→注浆→隧道开挖。制作钢花管。小导管前端加工成锥形，尾部焊接φ6mm 钢筋加劲箍，在管身设注浆孔，孔径6～8mm 孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部长度不小于100cm 作为不钻孔的止浆段。注浆。必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况适当调整。注浆参数参照以下数据选择。注浆压力:一般为0.5～1.0Mpa;浆液初凝时间:1～2min;水泥:P.O32.5 普通硅酸盐水泥;砂:中细砂。注浆异常现象处理。a.发现串浆时及时堵塞串浆孔。b.泵压突升时，可能发生堵管，应停机检查。c.进浆量很大，压力长时间不升长，应调整砂浓度及配合比，缩短胶凝时间。

2.3.2 开挖

本浅埋段采用三台阶七步开挖法施工和临时横撑。

2.3.3 初期支护

本浅埋段按照时速250 公里客运专线《双线隧道复合式衬砌》(西成客专施隧参101)图中的V 级围岩Vb 型复合式衬砌施工。初期支护施工工艺流程如下:施工准备→清理危石→冲洗岩面→初喷砼4cm→布设锚杆→安装锚杆→布设钢筋网→安设型钢钢架→检查→喷砼至设计厚度→喷射砼效果检查→下道工序。

2.4 监控量测

2.4.1 监控量测项目

隧道监控量测必测项目主要包括拱顶下沉、周边收敛、地表沉降。

监控量测要紧跟开挖、支护作业。按设计要求布设测点，并根据现场情况及时调整或增加量测的内容。量测数据及时分析处理，实现动态管理、动态施工。

2.4.2 隧道量测项目、量测仪器及量测方法

(1)地质和支护状态信息的观察。①观察记录掌子面的工程地质与水文地质情况，作为地质素描。观察掌子面附近初支状况，判断围岩、初砌支护的稳定性和可靠性。②范围:工作面及初期支护后的地段进行观察。③监测仪器:地质罗盘仪、钢卷尺、放大镜等。

(2)浅埋地表沉降观测。DgK85 +910-DgK86 +060 段属隧道浅埋段，覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保浅埋段的施工安全，进行地表沉降观测。基点布设:a.隧道浅埋段地表沉降测点应在洞内相应断面开挖前布设。b.地表沉降测点和隧道内测点应对应断面布置程。c.浅埋段DgK85 +910～DgK86 +060 地表沉降断面纵向布置:断面纵向间距10 米;共16 个断面。d.浅埋段DgK85 +910～DgK86 +060 地表沉降测点横向布置:每一断面有13 个测点;2 个基准点。测点布设:在测点位置挖200* 200* 200mm 的坑，然后放入地表测点自制的预埋件。测点周边用混凝土浇筑，待混凝土固结后即可量测。量测:用全站仪进行观测。数据分析:绘制时间-位移与距离-位移图，曲线正常则说明位移随施工的进行逐渐稳定。如果出现异常，例如出现反弯点，说明地表下沉出现点骤增加现象，表明围岩或支护已出现不稳定现象，应马上采取措施。

(3)拱顶下沉量测。①测点布设:拱顶下沉主要用于判断围岩是否稳定。在各量测断面的拱顶中心处埋设一自制的钢筋预埋件。②量测。采用高精度全站仪采集数据。

(4)净空收敛量测。①测点布设:须与拱顶下沉点断面布置相对应。②量测。采用高精度全站仪进行数据采集，初测应在开挖后12h读取，最迟不得超过24h，且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读取。

(5)量测数据整理、分析。量测后的数据分析是隧道监控量测最核心的环节，须绘制量测数据与时间的关系曲线及与开挖掌子面距离间的关系曲线。并对量测数据作如下一系列的处理、分析及反馈:据回归分析、预测位移、收敛、拱顶下沉及钢筋力的最终值。②以位移～时间曲线为基础，根据位移、位移速率等综合分析及评定围岩和支护的稳定性。③当位移急骤增加，相对净空变化超过10mm/d 时，重点加强观测，并密切注意支护结构的变化。④当位移～时间曲线出现反弯点时，同时发现初支有开裂或掉块，应尽快采取补强措施，谨防塌方。⑤当位移、周边收敛、拱顶下沉达到预测最终值的80～90%，收敛速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速率小于0.15mm/d 时，判断围岩基本稳定，可进行防排水、二衬等施工。

3 结束语

大秦岭隧道由于是高风险隧道，其地质情况复杂，软弱围岩较多，且一处在浅埋带上，经过两处断裂带，因此在施工前期，我们就对隧道施工预以高度重视，并且加强了施工过程控制环节，从而使这座隧道在围岩较差，难度较大的情况下，质量得到了有力的保证。