高原高寒地区软弱围岩隧道施工探析

（中铁十一局集团第二工程有限公司，湖北 十堰 442000）

高原高寒地区软弱围岩的岩石强度小，抗压强度低，十分容易被外界条件所影响，出现松动和膨胀情况。加上施工扰动，其基本结构会随之改变，引发开裂与断层现象，进而松动稳定性本来就较差的软弱围岩，对隧道施工有较高的要求。

一、项目概况

觉巴山隧道地处我国西藏自治区芒康县，以如美镇觉巴村南面为入口，横跨觉巴山山脉，结束于登巴村。整个隧道全程6995m，从左侧35m处开始建设平行导洞，共6940m，其发挥的作用主要是排水和地质预报，隧道主洞要高于平导1m。二者之间利用横通道相连接，与隧道平导轴线、主洞线之间的夹角为60°，各横通道之间的距离为280m，平均每隔3处添加一个平导加宽段，有利于施工车辆出入。

该标段需要完成的是隧道出口段施工，用K3491+650作为隧道分界里程，K3495+230作为出口里程，共3580 m，设计为单洞双向行使隧道，净宽和净高分别为9m和5m，最大埋深为871m，纵坡为2.7%的单面坡。设计DK3491+745～DK3495+215为平导里程，CZDK0+000～CZDK0+060.662支洞里程，长61m，导洞界净高为5m，净宽为4.5m，其纵面与主洞纵坡保持统一。

二、高原高寒地区软弱围岩隧道施工优化对策

（一）具体思路和流程

觉巴山隧道地质情况十分复杂，大部分为富水区破碎围岩，需要选用不同技术手段，以复合式开挖支护方式为主展开施工。一是重视地质预报工作，在距离破碎带10m时更换开挖工法体系，使用台阶法继续组织施工；二是在距离破碎带5m时，使用复合式衬砌结构方式，同时搭配使用帷幕注浆及双层超前小导管等措施；三是优化富水区排水方法。

（二）地质预报

选用超前水平钻孔技术的同时使用地质雷达，全面展开围岩预报，为确定施工方案打下良好基础。其中前者钻孔距离为20m～30m，后者勘探距离为5m～30m。

（三）开挖形式

结合超前地质预报得到的最终结果，在距离破碎带10m时，根据V级围岩开挖支护标准，选用台阶法展开施工。这一方法是施工中极其重要的一个环节，做好此方面工作，从某些方面来看代表着工程已完成了二分之一。因此，相关人员要对此予以高度重视，确保施工顺利穿越富水破碎带。

开挖过程需遵循的顺序：第一步上部开挖，并对上部初期支护和临时仰拱；第二步是中部开挖，并对中部初期支护和临时仰拱；第三步是下部开挖，并对下部初期支护；最后一步是进行仰拱浇筑。

技术关键点：开挖时把隧道分3个台阶进行，首先进行上台阶开挖，结束后对上部洞身结构采取初期支护，先喷5cm厚的混凝土，搭建钢架，为达到设计要求在钻设系统锚杆后再次喷射混凝土，底部喷10cm厚。其次，上台阶施工到4m左右时，开挖中部台阶，增加钢架，完成洞身结构的封底和初期支护工作。再次，开挖中台阶至15m左右时，开始下台阶地开挖工作，并封闭初期支护。最后，使用衬砌模板台车灌注二次衬砌，如图1所示。

图1 三台阶七步作业法施工工艺图

（四）超前支护

利用超前预报得到断裂带的具体地点，在隧道拱部施工过程中添加超前小导管，顺着隧道环向设置开挖轮廓线同时要有所倾斜，以10°和40°交替分布的方式设计外插角，并采用钢拱架来强化初期围岩支护。

技术关键点：小导管每根长5m，连接长度为1.5m，围岩环向距离30cm，一环共56根，外插角分别为9°～11°、39°～41°。小导管从拱架间穿过，使用专业机器将其顶入，顶入距离不超过钢管总长的90%，露在外面的长度最好在30m左右，以稳固开挖面的后侧钢架，让二者形成预支护的共同体，另外，安装完小导管后参照设计要求布孔，并用颜色明显的油漆标记出孔的不同位置。布孔结束后使用凿岩机开始打孔，保证钻孔中心和钻头相一致，需要注意的是，钢管直径要小于打孔直径，等到钻进深度达到要求后，抽离钻头和钻杆，开展清孔工作，确保孔内干净无杂物。确定水泥浆为注浆材料，压注时使用专业的机械设备，压力控制在0.6MPa～1.4MPa。完成注浆后要进行一系列检测工作，查看注浆压力和注浆量是否达标，单孔注浆时是否有渗漏情况，只有各方面满足设计要求后，才能确定此孔已结束注浆。完成上步后展开封堵工作，同时在钢管四周铺垫一些混凝土，这样做能有效杜绝浆液冒出。双层超前小导管注浆不但能强化围岩支撑，还能发挥加筋作用，提升围岩的总体稳固性，从而大大减少开挖风险。

（五）帷幕注浆

关于断裂带地下水发育，为合理控制地下水流量采用帷幕注浆的方式，把开挖轮廓线之外的3m界定为其横断面范围。

技术关键点：首先，注浆与钻孔工作按照从外到内的顺序进行，相同一圈的孔要分开作业，注浆孔开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于91mm。其次，注浆材料通常首选水泥浆，有特别要求时再选用水泥水玻璃双液浆，浆液浓度参照实际岩体条件制定，水泥使用普通硅酸盐水泥，双液凝固时间大约为20s，注浆浆液填充率按照5%来运算。最后，确定注浆压力时通常将注浆位置的静水压力增加2MPa，注浆结束后，若还没有满足施工要求，采取补浆措施。另外，注浆孔外扩半径在2m左右，到孔底的距离为3m，单次注浆长度为26m，开挖支护施工进行到23m处再开始下一轮的帷幕注浆工作。此种方法能避免围岩出现地下水渗漏的情况，提升围岩的可靠性，避免初期支护出现问题，确保施工安全。

（六）防排水

相关人员在开展此项工作前，全面结合隧道实际情况，有针对性地采取应对措施。

一是初支过程发现存在裂隙渗水，使用孔径为50mm的注浆孔堵水，按照实际渗水量，顺着裂隙间距60cm～90cm安排注浆孔。选择水泥浆为注浆浆液，水灰比为0.7～0.9，注浆压力保持在0.6MPa～0.9MPa。

二是一旦在初喷层发现股状涌水，立即采取埋管引排措施，通过PVC管把股状涌水引导到隧道附近水沟中。

三是在边墙周围设置集水坑，选用输送管道和泥浆泵落实分级排水策略，每隔350m添加一个一级泵站，同时加装一个φ200的抽水管路方便抽水工作，再设置一条φ300的管道，以备不时之需。

四是在断裂带的二衬施工过程中，把初始设计的横向排水管数量和边墙排水管数量各自加大一倍，同时在车行横洞路面下方与人行横洞路面下方，安装满足强度要求的PVC横向联系管，把左右洞中存在的数条排水沟打造成一个大的网络排水体系，从而提高高原高寒地区软弱围岩隧道施工的排水水平。

防排水工作要联系具体问题做出具体分析，采用截堵排综合处理原则，全面确保排水路径通行无阻，优化隧道内施工环境。

三、结语

综上所述，在高原高寒地区开展软弱围岩隧道施工具有较大的难度，对施工人员水平要求相对较高。相关人员在实际施工前要先了解周围的地质特点和自然条件，结合实际情况有针对性地制定施工方案，选用施工技术，提出优化对策。同时还要在实践中加强学习，汲取经验教训，以保证工程质量和效益的提升。