浅谈浅埋软土隧道施工技术的应用

摘要：在浅埋软土隧道施工中，采用長、大锁脚钢管技术加强初期支护，改变以往的施工思路，在“CD”法或“CRD”法外采用较常规的三台阶预留核心土法辅以大幅度加强初支锁脚和初支整体连接的方式来控制浅埋软弱围岩中隧道的初支下沉变形。文章对浅埋软土隧道施工技术的应用进行了探讨。

关键词：浅埋软土隧道；初期支护；长、大锁脚钢管；纵向工字钢托梁；施工技术 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2017）06-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.032

目前我国基础设施建设仍处于高速发展阶段，公路、铁路建设是其中重要组成，大多铁路、公路线均有隧道工程，其中浅埋软土围岩隧道施工也比较常见。本文根据某隧道水文及地质特点，对浅埋软土隧道初期支护施工进行创新及推广，通过采用较易行的施工工法辅以特殊的初支加强措施，以提高项目的经济性和安全性，实现隧道施工的稳步快速推进。

1 某浅埋软土隧道工程概况

1.1 设计情况

该隧道为双向四车道隧道、隧道围岩由石炭系石英砂岩、砂岩、砾岩、粉砂岩、泥岩夹煤层及侵入岩—中粗粒斑状黑云二长花岗岩组成，其中进口段为全风化～强风化，表部分布薄层残坡积松散碎石土，岩石风化强烈，结构较破碎，围岩稳定性差。

暗洞浅埋软土（洞顶埋深为3～25m）桩号范围：进口左线ZK156+150～ZK156+260、进口右线K156+145～K156+240，左、右线浅埋软土段落共计205m。隧道洞口段各设有30m长Φ108*6mm大管棚进行超前支护。

1.2 施工情况

根据施工计划和工期进度安排，该隧道左、右洞掌子面分别正常掘进21m、28m后，进入春雨季节施工。地表、地下水发育，洞内围岩呈饱和液性土状，洞顶及洞内初支监控量测数据持续超过预警值，初支出现开裂现象。施工单位随即停止开挖掘进并将现场情况上报，对已施工的初支段采取注浆、增设纵横向工字钢支架的方式进行加固，阻缓初支变形的进一步发展。而后业主单位组织召开了专家论证会，分析因持续降雨，渗水量大，从而导致覆盖层土体含水饱和，土体重量增加，土体丧失黏聚力及自稳能力，从而导致初支荷载急增，初支开裂。会上专家提出，浅埋软土围岩隧道遇水后完全丧失自稳能力，并不适用新奥法施工。对后续浅埋软土围岩段初支施工，建议采取以钢架拱脚设长、大锁脚钢管的初支加强技术来抵抗围岩的荷载。经验证，施工单位在剩余的浅埋软土围岩段施工中，灵活运用了该技术，初支变形始终处于可控的状态，施工组织得以正常有序推进。

2 长、大锁脚钢管技术施工原则

由于该工程质量要求高、工期紧，浅埋软土围岩段落长，在三台阶预留核心土法的基础上进行工法改进，涉及到相关工序优化安排及机械设备选择，对长、大锁脚钢管施工提出了更高的技术要求。在施工过程中，要尤其重视观察初支外观的变化及监测数据的整理分析。遵循的最基本原则确保初期支护变形处于安全、可控状态前提下，总结各项技术参数，把握长、大锁脚钢管最佳施作时机，灵活组织施工。在征求相关专家同意的前提下，对钢管直径、长度、数量、施打时间等技术参数及时调整，严禁冒进作业。

3 长、大锁脚钢管施工规程

3.1 施工工艺

该隧道进洞施工采用三台阶预留核心土工法开挖，由于需预留核心土，存在施工作业空间限制，潜孔钻机无法摆放。故上台阶施工时，长、大锁脚锚管的施工会滞后掌子面4～5m；中、下台施工则不受影响，可随每循环初支同步进行。进行上台初支立架时应充分考虑初支变形下沉量，尤其是锁脚钢管施作前的变化，充分理解锁脚钢管技术应用目的在于锁脚钢管施作后至衬砌施工封闭期间，有效抑制浅埋软弱隧道初支的持续变形，为下一步开挖初支提供安全、质量保障。

在软弱浅埋围岩中，长、大锁脚钢管虽对抑制初支下沉和变形有不错的效果，但初支变形仍会缓慢持续发展，所以尤其要重视初衬的及时成环和二衬施工及时施作，严格把安全步距控制在规范允许范围内。

3.2 工艺流程

3.2.1 钢管制作。锁脚钢管管全部在钢构厂统一加工，采用L=6m，Φ89*6mm热轧无缝热轧钢管制成，在前部钻注浆孔，孔径10mm，孔间距20cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部不钻孔长度0.6m，作为止浆段。

3.2.2 设置纵向工字钢托梁。纵向工字钢托梁采用I16型钢切割制作而成，长50cm（根据钢架间距调整）。焊接于前后2榀工字钢拱脚上方40cm处的腹板之间。初支立架时注意纵向工字钢与钢架腹板间的缝隙应尽量小，缝隙采用钢板或钢筋进行塞焊，焊缝需饱满紧密中、下台焊缝质量关系着初支与长、大锁脚钢管的能否形成一个有效的整体进行受力，是该技术的关键要点之一，严禁漏焊、虚焊。

因上台长、大锁脚钢管施工会略滞后于上台初支施工，焊接于2榀钢架间的纵向工字钢中部正下方位置需点焊预留Φ8mm钢筋作为标识，钢筋头长度满足初支喷砼厚外露砼面2～3cm，以便后续长、大锁脚钢管安装时准确定位。为提高工效，中、下台长、大锁脚钢管施工时机可根据监测数据分析及现场施工组织情况把握。可随中、下台初支立架即时施作，也可待初支完成后几个循环段集中一次施作（应注意参照上台长、大锁脚钢管施工预留Φ8mm钢筋作为打设孔位的标识），但推后作业的施工段落不宜过长。

3.2.3 钻孔、安装。锁脚钢管钻孔采用潜孔钻机成孔，孔位紧贴于纵向工字钢托梁中部的正下方位置，孔深不小于6.1m，外插角15°～20°。钢管顶入长度应保证尾部刚好露出初支砼表面为准，避免影响后续防水层施工，钢管顶入后尾部焊接注浆管头，用锚固剂或塑料胶泥封堵孔口及周围缝隙。

下附长、大锁脚钢管安装位置示意图如图2所示：

3.2.4 注浆。注浆作业应提前做好准备，在锁脚钢管安装完成后立即进行。注浆作业能提高钢管管身刚度且能固结初支背后围岩，极大地提升初支、锁脚钢管、围岩间的整体性，是长、大锁脚钢管技术施工过程中不可或缺的一环。

注浆材料及参数：注浆材料：水泥浆。注浆参数：（1）水泥浆液水灰比1∶1（重量比）；（2）注浆压力：0.5～1.0MPa。

注浆前进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确。注浆量先大后小，注浆压力由小到大。单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。出浆口与小导管间需连接牢固，采用契形钢管包布打入或丝扣连接，保证高压状态下不崩管。浆液在搅拌桶中按配合比配置搅拌，放入储浆桶中并应过滤，一次放浆不宜过多，搅拌桶中浆液不得停止搅拌。

注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆，做好注浆记录，以便分析注浆效果。

值得注意的是，为加快浆体凝结时间，尽早形成强度，在其他类似工况中，运用该技术时，也可考虑使用水泥-水玻璃双液浆。

4 浅埋软土隧道初期支护施工中长、大锁脚钢管技术

浅埋软土隧道初期支护施工中长、大锁脚钢管技术是一种抑制初支下沉变形的加强技术，应根据现场围岩情况、初支变形情况对钢管直径、长度、数量、施作时机等技术参数及时调整。实践过程中要用到潜孔钻机进行成孔、安装作业，考虑到潜孔钻机使用成本，当浅埋软弱围岩需加强段落长度越长时经济效益越可观。当然，该项技术在其他类似的不良地质条件下，也可考虑作为一项常规的洞身初支加强技术。

软弱围岩施工需高度重视初支各项工序施工质量，切实做好监控量测工作，按方案进行数据的整理、分析，为长锁脚锚管的施作时间及实际效果提供依据，确保施工进度达到预期、提升安全效益。为提高施工效率，中、下台初支施工时可根据监控量测数据情况合理调整锁脚钢管的施作时间，当监测数据显示变形可控且初支变形量富余较大时，锁脚钢管施工可略滞后初支施工，划分段落集中进行施作。

通过设置纵向工字钢托梁加强初支的整体连接并对下设的钢管锁脚起到锁定作用，长、大锁脚钢管与常规的Φ42*3.5mm钢管锁脚相比，极大地增加了锁脚对初支下沉变形的抵抗力。在浅埋软弱围岩进洞施工中，采用较常规的三台阶预留核心土法，辅以打设较大钢管锁脚和设置工字钢托梁控制初支变形，与传统的“CD”法或“CRD”法相比，其工艺简单、质量可控、成本低廉、进度快速。

5 结语

该隧道前期施工中，监控量测数据长期处于预警状态，初支变形大，出现不同程度的侵限情况。后经专家研究决定采用较常规的三台阶预留核心土法施工辅以长、大锁脚钢管加强措施后，有效地抑制住浅埋软弱围岩中初支变形的持续发展，现场施工恢复正常，施工进度稳步安全推进。这说明该项设计具有重大的应用价值，可以被应用于相似的隧道建设中。施工人员也可以在实际施工过程中，对相关內容进行创新与改进，对各项技术参数和施工步序进行动态调整，不断积累总结经验，以便更好地促进该技术的发展。

参考文献

[1] 童磊.软土浅埋隧道变形、渗流及固结性状研究[D].浙江大学，2010.

[2] 黄兴华.软弱围岩条件下的浅埋隧道施工研究[D].湖南大学，2009.

作者简介：李文刚（1982-），男，江西樟树人，中铁四局集团第五工程有限公司工程师，研究方向：铁道工程。

（责任编辑：黄银芳）