浅埋软弱围岩下隧道施工工艺及支护施工技术

田志宏

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162）

1 浅埋软弱围岩隧道介绍

1）软弱围岩的特征 软弱围岩具有岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎等特点，以V、VI级围岩为主，部分为IV级围岩。

2）浅埋隧道的特征 相对于深埋隧道，浅埋隧道的主要问题在于开挖时不能形成承压拱，隧道上方往往存在严重的风化问题，稳定性较差，极易受到地表水的影响，开挖后若不及时支护，极易造成拱顶掉块、坍塌等地质灾害。

综上，浅埋软弱围岩隧道水文地质条件差、围岩自稳能力差，部分隧道需穿越既有建（构）筑物，若开挖、支护方法不当，极易出现初期支护变形、崩塌等问题。对此，必须加强隧道开挖方法、超前预加固、支护方式、围岩稳定性控制、监控量测等方面的研究分析，切实保障隧道作业安全。

2 施工工艺及支护施工技术

2.1 施工工艺

在浅埋软弱围岩下的隧道施工前，需根据隧道长度、断面形状、工程地质及周边环境合理选择施工工艺，无论是开挖还是支护等方法均需慎重比选。总的来看，可将其施工工艺概括为以下3种。

1）明挖法 此方法施工简单、方便、经济、安全，关键工序包括:①降低地下水位；②边坡支护；③土方开挖；④结构施工；⑤防水作业。我国城市隧道发展初期将此方法作为施工首选开挖技术，但其对周边环境影响较大，现主要用于软弱浅埋隧道，且要求周边地表建筑物较少。

秸秆生物反应堆试验地点分为两处，一处位于朱林镇红旗圩村申丰乡村大世界的现代蔬菜产业园，另一处位于金坛市直溪镇吕坵村。红旗圩处做了西瓜品种早佳8424、甜瓜品种DFM应用试验，吕坵村做了红香芋品种为脱毒红香芋的应用试验，两处都是钢架大棚。试验均用稻草秸秆为材料，方法采用行内内置式反应堆。供试菌种和疫苗均来自山东天合生物工程技术有限公司生产。

2）暗挖法 此方法适用于无法采用明挖法施工的隧道，主要采用“新奥法”施工原理，遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”施工原则，采用管棚、小导管进行超前支护，增强围岩自稳能力，开挖进尺过程中做好初期支护工作，做好防水层后再做二次衬砌。

3）盖挖法 此方法适用于隧道穿越公路、建筑等障碍物施工，主要是从地面开挖至一定深度后封闭顶部，然后完成其余下部工程，具体可分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法。

上述3种方法各有优缺点与适用范围，实际工程中应根据项目情况进行合理比选。

2.2 浅埋软弱围岩下隧道开挖断面形式

浅埋软弱围岩下隧道开挖断面形式较多，下面重点就台阶法、CD（侧壁导坑）法、双侧壁导坑开挖法作简要分析。

1）台阶法 隧道台阶法开挖施工相对灵活，可采用大型机械设备，将其用于浅埋软弱围岩地段，需合理调整施工方法，如分散爆破、超前施作混凝土仰拱等，切实保证作业安全、稳定，同时在保证工期方面具有较大优势。

2）中壁法（CD法） 在掌子面不稳、埋深浅、围岩差的隧道工程中CD法使用较多，其纵向分割断面、开挖断面相对较小，在保证掌子面稳定方面具有优势。此方法施工难度小、工序少、进度快、造价低，步步成环，配合超前支护手段，可有效保证结构受力良好，安全性高。

3）双侧壁导坑开挖法 此方法较多用于埋深超浅、围岩特别差的隧道工程中，其分割断面细，通过超前导坑探明前方地质情况，在保证掌子面稳定、控制地面沉降方面优势显著。但此方法工序较为复杂，无法使用大型机械，施工速度较慢。

2.3 浅埋软弱围岩下隧道支护技术

2.3.1 超前支护技术

浅埋软弱围岩下隧道施工需解决的首要问题是掌子面的稳定性，超前支护是不可缺少的手段，工程实践中多采用管棚或超前导管法，开挖前在隧道开挖轮廓线外弧线上安装伞形金属保护棚架（由大惯性力矩钢管构成），然后打入金属钢管，使用注浆机压入水泥砂浆，待其凝固后方可开挖施工。

2.3.2 初期支护技术

现代支护理念认为，所有结构性岩层均具备自稳能力。因此，在进行支护施工时，需将其与围岩看作统一的整体。当前，我国初期支护主要采用喷锚支护体系，根据实际需要包括以下几种技术方法:①喷射混凝土支护，包括“干喷”和“湿喷”2种；②锚杆支护，包括普通锚杆和预应力锚杆；③喷射混凝土锚杆支护，喷射混凝土+锚杆；④钢筋网喷射混凝土支护，喷射混凝土中设钢筋网，增强了喷层整体性、抗弯与抗剪能力；⑤钢筋网喷射混凝土锚杆支护，即钢筋网喷射混凝土+锚杆。

3 实例探析

3.1 工程概况

本标起止里程为:ZK1+220—ZK1+738、YK1+224—YK1＋740，左线长518m，右线长516m，位于湖里区高崎段附近，场地原始地貌位于海陆交互地段。主线隧道限界净宽为10.5m，三车道隧道限界净宽为14.5m，A匝道隧道限界净宽为9.7m，紧急停车带隧道限界净宽为13.5m，车行横洞建筑限界净宽4.5m，人行横洞建筑限界净宽2.0m，净高2.5m。

3.2 隧道施工方案总体思路

结合本隧道的特点、场地条件和施工难易度、工期、交通组织与相关施工经验，隧道施工主要采取明挖暗埋和浅埋暗挖2种施工方式。

1）明挖暗埋法施工 主线隧道进口侧ZK1+220—ZK1＋490（YK1＋224—YK1＋497）段隧道采用明挖暗埋施工，基坑围护形式为上部放坡钻孔灌注桩+钢管内支撑+高压旋喷止水帷幕。

2）浅埋暗挖法施工 主线隧道ZK1+490～ZK1+738（YK1+497—YK1+740）采用浅埋暗挖法施工，主要下穿铁路盐专线、嘉禾路、北溪引水渠、佳贝美集团、特区供水管等，左线隧道暗挖长248m，右线隧道暗挖段长243m。

3.3 隧道开挖与支护施工方法

3.3.1 明挖暗埋法施工

1）基坑开挖

ZK1+220—ZK1+320（YK1+224—YK1+325）基坑开挖深度7～11m，基坑支护方案采用φ1 000mm钻孔灌注排桩+一道钢管内支撑+桩间高压旋喷桩止水帷幕。

ZK1+320—ZK1+400（YK1+325—YK1+407）基坑开挖深度10～14m，基坑支护方案采用局部放坡降低地表+坡面喷射C20混凝土+ 1 200mm钻孔灌注排桩+2道钢管内支撑+桩间高压旋喷桩止水帷幕。

ZK1+400—ZK1+490（YK1+407—YK1+497）基坑开挖深度10.5～16.5m，基坑支护方案采用高压旋喷隔水幕墙＋ 1 200mm钻孔灌注排桩+3道钢管内支撑。

基坑开挖采用挖机进行，开挖前先进行钻孔桩、止水帷幕、桩顶冠梁及排水系统施工，然后进行开挖。开挖至一定深度时，设置第1道钢支撑，进行第2次开挖；设置第2道钢支撑，进行第3次开挖；设置第3道钢支撑，进行第4次开挖。开挖至基坑底后，设置基坑底排水沟，基坑尺寸为50cm×50cm，设置集水井、降水井。

2）明洞施工

ZK1+220—ZK1+320（YK1+224—YK1+325）隧道结构采用矩形明洞，ZK1+320—ZK1+490（YK1+325—YK1+497）隧道结构采用拱形明洞，明洞主体结构采用C40防水耐腐蚀钢筋混凝土，混凝土外防水层采用2mm厚反应黏结型高分子湿铺防水卷材，在防水卷材外采用M10水泥砂浆保护层5cm。

3.3.2 浅埋暗挖法施工

主线隧道 ZK1+490—ZK1+738（YK1+497—YK1+740）采用浅埋暗挖法施工。

1）初期支护 由钢拱架、格珊拱架、系统锚杆、钢筋锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成，钢拱架与格珊拱架之间用纵向钢筋连接，与钢筋网焊接为一体，与围岩密贴。

2）二次衬砌 本项目围岩自稳定时间较短，施工时要求支护结构紧跟开挖面，尽早封闭成环，注意初期支护的变形与稳定检测，尽可能发挥岩体自成拱效应及初期支护的承载能力。

3）隧道防排水施工 遵循“防堵为主、因地制宜、综合治理”的全封闭防水原则，防止地下水在隧道中渗透和流失，切实保护好隧道工程的生态环境，并保证隧道结构物和运营设备的正常使用。隧道的防水等级按二级防水标准，应达到结构不允许漏水、结构表面可有少量湿润的要求。

3.3.3 下穿铁路盐专线段隧道施工

下穿铁路盐专线段:隧道于ZK1+490—ZK1+530（YK1＋497—ZK1＋537）段从既有铁路盐专线下方近距离穿越，平面交角约88°，铁路线仅有1股道。隧道顶板与铁路盐专线的最小竖向距离为9.13m，穿越的地层主要为:全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩及中风化花岗岩。为严格控制地表和铁路沉降，隧道洞外、洞内施工措施如下。

1）隧道洞外工程措施 ①采用D20型施工便梁架空加固轨道；②列车实行限速运行，限制速度45km/h；③线间便梁支墩挖孔桩施工时，相应地段线路应扣轨加固，经常复查轨面高程保证行车安全；⑤布设严密的监控网，加强施工期间铁路路基、轨道沉降变形监控测量工作。

2）隧道洞内工程措施 ①拱顶搭设钢筋笼单层超前长管棚（ 159mm×6mm）+超前小导管并注浆（ 42mm×3.5mm），控制洞顶沉降；②残积砂质黏性土等软弱围岩段，设全螺纹纤维增强树脂锚杆进行超前支护；③隧道开挖后及时施作初期支护，以纵向钢筋将支撑连成整体，并及时回填注浆，减少沉降；④加强洞内拱顶沉降、净空收敛监控，根据现场测量数据施作二次衬砌结构；⑤隧道基底未修正地基承载力＜250kPa时，采用 50mm注浆钢化管进行加固处理，钢化管长度为4m，纵向、横向间距为1.0m×1.0m，呈梅花形布置。

4 结语

综上所述，浅埋软弱围岩下隧道修建面临着较为恶劣的施工条件，其开挖后围岩自稳时间短、易坍塌，若是开挖或支护不当，极易出现较大变形甚至失稳破坏。对此，必须综合分析隧道地质条件、施工要求等，合理选择施工与支护方法，规范落实超前支护、地质预报、初期支护等工作，切实保证隧道开挖作业安全顺利地完成。