浅埋、富水、软塑围岩隧道变形处理及施工技术

摘要：南龙铁路NLZQ-5标坪下隧道出口段浅埋、偏压、富水、软塑围岩段，严重影响隧道施工的安全、质量及工期；坚持“以人为本，安全第一”的施工思想；遵循“管超前，少扰动，强支护、短成环，二次衬砌适时施作”的施工原则，通过加强初期支护强度、改变施工工法、优化断面形式等措施，保证了现场施工的安全、质量，有效地提高了施工进度。

关键词：浅埋、富水、软塑围岩；隧道施工；变形处理；改变开挖工法；地表预注浆 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2016）35-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.072

1 工程概况

坪下隧道位于福建省永安市西洋镇境内，设计为单洞双线隧道，隧道起讫里程为DK136+161.3～DK139+903，全长3741.7m，最大埋深624.8m；隧道出口浅埋段DK139+570～DK139+590，最小埋深9m，岩性为全风化粉砂岩，含水量大，遇水成泥，呈软塑状，手捏成砂，属软岩段。

2 软塑围岩变形表现及特征

软塑围岩变形表现：隧道正前方掌子面的水平位移，表现为掌子面的水平鼓出，掌子面前方围岩下沉，浅埋隧道表现为地表下沉，形成沉降槽，刚开挖的隧道初期支护出现收敛变形，地应力重新分布，使隧道周边产生松动圈，表现为拱顶下沉和边墙内移，软塑围岩变形特征：围岩变形量大，变形集中发生在工序转换期，一旦大变形形成，就难以控制。

现场实际情况描述：2014年9月7日当隧道正洞以三台阶临时仰拱法开挖至DK136+584上台阶掌子面处，掌子面埋深为24.7m；掌子面有明显水平位移；DK136+584～136+609拱部初支有环向裂缝出现，DK136+584～+587段左右侧边墙初支往隧道净空方向位移，见图1；DK136+578～DK136+598段线路右侧距线路中线18m处，地表出现一条长20m、宽3～5cm纵向裂缝，隧道正洞与穿越山体的关系，见图2所示。

原因分析：该地段埋深较浅，处偏压地段；地质为全风化土质围岩，呈软塑状，地下水较发育，自稳较差；预留变形量为50cm，累计沉降达32cm，沉降速率达2cm/d，造成隧道开挖轮廓线周围围岩大面积松动，形成沉降凹槽，地应力增加，严重影响围岩自稳；连日来持续降雨，地表雨水下渗，导致围岩含水量增大，围岩压力骤增。

3 变形段处理

第一，各台阶掌子面采用锚喷进行封闭稳固；20*20cm的Φ6钢筋网片满铺各台阶掌子面，喷射10cm厚的C25混凝土，打设间距2m×2m，长5m的砂浆锚杆，以稳固掌子面。

第二，DK136+587～136+609段采用H175型钢设置临时竖向支撑，型钢落至槽钢上，纵向间距0.6m，钢架间采用Φ22纵向钢筋焊接成整体，钢筋间距1m，如图3所示：

第三，DK136+587～136+609变形段锁脚处增设Φ89锁脚钢管，并采用16mm厚钢板将钢架及锁脚钢管焊接成整体。

第四，地表裂缝段，采用Φ50钢花管（间距1m），1∶0.5水泥浆进行压浆封闭，表面采用水泥粉灌缝进行夯实，上盖彩条布，防止雨水下渗。

第五，DK136+587～136+609段全断面径向注浆加固围岩，如图4；注浆前进行工艺试验，取得相关技术参数；小导管采用直径Φ50mm，壁厚3.5mm的无缝钢管，钢管长5m，前端做成尖锥形，尾部焊接Φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10mm，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段；注浆管间距1.5×1.5m，浆液水灰比为0.5∶1；小导管尾部与钢架焊接（同锁脚钢管），有良好的止浆措施；注浆完成后，在注浆范围内打设检查孔，检测注浆效果；注浆检查孔在注浆效果检查完之后，及时用M10水泥砂浆进行封堵。

第六，K136+587～136+609段拱腰采用Φ32的自进式锚杆分散地应力，如图5；锚杆长15m，每延米每侧各4根，锚杆不与初支钢架焊接，尾部设置垫板。

第七，监控量测数据稳定后，用HW175型钢对DK136+584～136+587变形段I20钢架进行更换，每次只能更换一榀钢架。其余未侵入限界段每两榀钢架间增设一榀H175型钢，打设Φ89锁脚钢管，安装临时仰拱。

第八，考虑衬砌结构的质量及安全，该变形地段二次衬砌主筋按双筋进行配置。

4 浅埋、富水、软塑围岩开挖

4.1 超前支护（管超前）

DK136+544～136+584段拱部调整Φ89洞身长管棚+Ⅲ型超前小导管预支护；管棚长10m，间距7m一环，搭接长度不小于3m，环向间距40cm，钢管钻孔梅花形布置，孔径16mm，单号钢花管，双号钢管，注浆前进行工艺试验取得实际操作参数，如图8；Ⅲ型超前小导管Φ50钢管长5m，搭接长度不小于1.5m，钢管钻孔梅花形布置，孔径10mm，间距3m一环，尾部有良好止浆措施，注浆前进行工艺试验。

4.2 四部临时仰拱法超短台阶开挖（小断面开挖）

DK136+564～136+584段施工工法由原三台阶临时仰拱法调整为三台阶临时仰拱上台阶加设中隔壁分左右侧开挖，超短台阶施工，如图8；上台阶左右小导洞采用人工开挖，台阶长度不超过5m，左右错开中台阶不大于5m，人工配合机械开挖，下台阶长度不超过5m，机械开挖，开挖下台阶时，上、中台阶两个工作面停止掘进。仰拱3m一模，二衬6m一模，及时紧跟，上台阶掘进时，仰拱端头到掌子面的距离不超过20m，二衬端头距掌子面的距离不超过30m。

4.3 初支加强（强支护）

DK136+564～136+584初支I20钢架更换为HW175钢架，中台阶锁脚处采用6m长直径Φ89mm钢管注浆代替原Φ42钢管，并设置钢板将锁脚与拱架连接。

4.4 二次衬砌适时施作

根据监控量测数据保证二次衬砌紧跟掌子面施工，杜绝外在因素影响衬砌的施作时间；掌子面距二衬保持在30m以内，软岩段双主筋加强衬砌强度。

5 结语

实践证明，在土质浅埋偏压、富水、软塑围岩隧道变形处理及施工中，通过采取地表注浆、洞内初支增设钢拱架、加强锁脚锚杆、洞内全断面径向注浆等综合措施，严格遵循“管超前，少扰动，强支护、短成环，二次衬砌适时施作”的施工原则，其初支变形量由原来2cm/d控制在了0.8mm/d以内，正洞施工进度也由原来的20m/月提升到38m/月；此处理措施及技术方案在保证安全和质量的同时也保证了工期，为后续类似特殊围岩隧道施工提供了可借鉴的实际施工经验。

参考文献

[1] 高速铁路隧道施工施工验收标准（TB10753-2010）[S].

[2] 高速铁路隧道工程施工技术指南（铁建设[2010]241号）[S].

[3] 南平至龙岩铁路扩能改造工程《坪下隧道设计图》图号：南龙施（隧）37[S].

[4] 南平至龙岩铁路扩能改造工程《双线隧道施工方法、辅助施工措施及防排水参考图》图号：南龙隧参04-21[S].

[5] 南平至龙岩铁路扩能改造工程《双线隧道施工方法、辅助施工措施及防排水参考图》图号：南龙隧参04-13[S].

[6] 南平至龙岩铁路扩能改造工程《双线隧道施工方法、辅助施工措施及防排水参考图》图号：南龙隧参04-10[S].

作者简介：王强（1976-），男，中铁十一局集团第二工程有限公司高级工程师，工程硕士，研究方向：土木工程。

（责任编辑：小 燕）