隧道穿越软弱破碎夹层施工工艺

许利伟

(中铁十五局集团第五工程有限公司 天津 300131)

1 工程概况

赤岭隧道是山岭隧道，左右分离式，主线采用双向六车道高速公路技术标准，设计速度为100 km/h，左线起迄ZK84+034～ZK85+550，长1 516 m，右线起迄K83+917～K85+635，长1 718 m，最大埋深320 m。设1个车行、2个人行横通道。属长大隧道。属于构造剥蚀中低山地貌区，山体整体植被茂密，地表高程为200～640 m。洞身段山坡面整体向南倾，发育有多处陡坎峭壁，顺坡发育多条小型冲沟。

2 工艺原理

通过超前注浆小导管可对围岩顶部形成加固圈，提高围岩自身结构稳定度和初步止水；全断面径向注浆进行堵水加固，提高围岩自身强度，有效防治地质灾害的产生和底板濅水。正台阶法开挖较少围岩变形，达到封堵渗水和减少变形的目的，使隧道施工安全通过围岩破碎、节理发育的泥沙夹层段。

3 施工工艺及操作要点

3.1 工艺流程

超前地质预报，确定施工方案→形成拱部加固圈→正台阶法开挖→全断面径向注浆→二次衬砌。

3.2 操作要点

3.2.1 超前地质预报

在施工掌子面距离富水软弱段25 m左右采用TSP-203系统进行长距离地质预报（20～200 m），在距离掌子面5 m左右进行超前钻孔探水，认真作好地质描述和监控量测，及时形成地质描述资料，上报设计和建设单位，根据设计单位反馈建议确定施工方案。

3.2.2 形成拱部加固圈

形成拱部加固圈就是通过超前小导管配合水泥－水玻璃双液浆在拱部120°范围周边围岩形成一定强度和厚度的加固拱盔，从而提高周边围岩自承能力和稳定性。超前小导管φ42、长4.5 m，沿隧道拱部120°范围的开挖轮廓线布置，环向间距35～45 cm，以10～15°的外插角实施。考虑钢架间距和搭接长度，按照3 m每环布置，预留搭接长度1.5 m。使用YZB-120/7型液压泵压注双液浆（按1:0.8的水泥－水玻璃试配实施）。

3.2.2.1 超前小导管施工

小导管施工采用英格索兰单臂钻机钻孔，辅助压入法。施工工序如下：

（1）找顶封闭。为确保注浆安全与效果，先对开挖岩面进行找顶，清理孤危石，采用厚度3～5 cm的C25喷砼封闭掌子面，用作止浆墙。小导管安装完毕，用锚固剂对小导管临空面进行封堵，确保在注浆过程中不外漏。

（2）放样钻孔。用断面仪配合放样小导管设计位置，用红油漆做出放样标记。钻孔应保持匀速，特别是钻头通过孤石、夹层时，应放慢钻进速度，避免发生卡钻现象。钻进过程中经常用测斜仪校正位置，根据钻进的情况判断成孔效果，及时处理钻进过程中出现的问题。

（3）清孔验孔。用高压风管对准小导管口往里送风，借助高压风清理孔底虚渣，用经纬仪、测斜仪等检查孔深，倾角等。

（4）制安小导管。在钢管上按照15 cm的间距梅花布置出浆孔，并在尾部留置不小于100 cm的止浆段。小导管安装用直压入法，必要时可在尾部加焊钢板用器具辅助压入。

（5）压注浆液。采用YZB-120/7型压浆泵将浆液压入小导管，采用两次间歇进行。首次注浆可适当减小水灰比，增加水玻璃掺量，注浆压力控制在0.5～ 1.2 MPa之间，当相邻孔眼有浆液流出时即结束首次注浆。间歇3～5 个小时后，进行二次高压注浆，高压注浆压力应在1.2～2.0 MPa之间，当进浆量小于20L/10 min 时可结束注浆工作。若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至达到注浆标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，可停止压注。

3.2.3 正台阶法开挖

开挖以“短进尺、强支护、早封闭”的原则进行，采用正台阶法。上台阶开挖高度5.2 m，开挖进尺结合钢架间距控制在1.0～2.0 m；下台阶开挖高度3.0 m，左右交叉进行，进尺结合钢架间距控制在1.0～2.0 m。两个台阶纵向距离基本保持在5～10 m，以利于早落底快封闭。开挖以后尽量减少围岩暴露时间，迅速进行喷锚支护，及时量测监控。施工工艺见图1。

图1 正台阶法施工顺序图

施工工艺：上台阶开挖①，对拱部进行初期支护Ⅰ；在开挖左右两侧围岩之前，打牢固锁脚锚杆，快速喷锚封闭，锁住拱部支护支撑基础；下台阶开挖②，下台阶两边墙处初期支护Ⅱ；仰拱、矮边墙衬砌Ⅲ；全断面拱部二次衬砌。

3.2.4 全断面径向注浆

全断面径向注浆又称为后注浆法，主要是对开挖之后出现较大的渗漏水的情况进行再次压浆堵漏，范围是正洞开挖轮廓外5 m范围，启到防渗补漏作用。径向注浆布置见图2。

图2 径向注浆布置图

开挖后发育的裂隙有集中水流出，首先埋软式透水管将水流引至两侧排水沟，然后用快凝砼将原有出水口封堵。在距离出水口一定距离处，对出水裂隙钻注浆孔，安装注浆管，采用水泥浆进行注浆。

注浆小导管沿环向开挖轮廓线布置，环向间距100 cm，纵向间距100 cm。1#～29#小导管沿着径向布置，30#～38#垂直于岩面。仰拱范围内小导管预留30 cm埋设于仰拱二衬内，以发挥小导管的桩基作用。

注浆主要需注意以下事项：（1）参数：水灰比0.8～1.0，压注压力0.5～3.0 MPa。（2）注浆顺序：按两序孔进行，即跳孔跳排注单序孔，然后注剩下的二序孔，通过实施约束型注浆方式，实现挤压密实堵水的目的。（3）效果检查：径向注浆结束后围岩渗水速度不应超过3 m3/m.d。

3.2.5 监控量测

施工中重点对地质变化和支护效果观察、地表沉降、拱顶下沉、周边围岩收敛、锚杆抗拔数据等进行量测和监控。地质变化和支护效果观察同隧道开挖一起进行；拱顶下沉、两组周边围岩收敛点在开挖完成后，迅速埋设，定时记录（初始）读数。通过对量测数据的分析，及时调整、修正支护设计参数及实施方案，为初支和衬砌等工序安排提供参考依据。

3.2.6 二次衬砌

依据监控量测结果和距离掌子面长度，及时进行二次衬砌施工。

4 质量、安全措施

4.1 质量措施

验收执行《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004标准，依据《公路隧道施工技术规范》（JTG F60--2009）进行技术指导，现场安排隧道工程师和质检工程师现场指导施工，严格按照PDCA循环模式进行质量控制。操作中严格责任到人、奖优罚劣，对不合格的施工工序和成果进行返工处理。

4.2 安全措施

建立健全安全生产保证体系，逐级签订安全包保责任状，达到全员参与，全面管理的目的。施工中重点对安全教育、交底、技能培训、防护用品、火工品使用、用电、设备完好率等方面进行控制。

5 结语

赤岭隧道泥沙软弱夹层，围岩为全～强风化石灰岩，较破碎、裂隙水受地表水补给丰富，夹层段泥沙岩混合，隧道内水量集中且易与地表水田灌溉等水系连通。因此在施工处理过程中，抓住岩层漏水、破碎的地质原因，采取超前小导管双液注浆和全断面径向注浆进行封堵止水，取得了止水明显效果，整个实施过程安全顺利。根据注浆前后的滲水情况的变化,充分验证了超前小导管双液注浆结合径向注浆联合作用形成的防渗围岩圈是保证隧道软弱破碎等富水区达到止水目的的重要手段。