隧道软弱围岩开挖技术

陈喜群

（中交第四公路工程局有限公司 北京第十分公司，北京100022）

1 工程概况

G7611 高速公路起点位于都匀，途经惠水、安顺、镇宁、六枝、六盘水、威宁、昭通、金阳、西昌，终点至香格里拉。A1 合同段袁家包隧道的左右2 个起讫桩号ZK0+494～ZK0+844 和ZK0+494～ZK0+844，长度分别为350m 和355m，隧道最宽处10.3m，最窄处8.7m，为双向4 车道，洞岩为Ⅵ级。

2 施工方法

隧道左线进口以及出口、右线出口的5m 处和进口20m均采用明挖法进行施工，剩下的其他路段可以采用新奥法施工。由于该隧道的围岩均为Ⅵ级，围岩施工可采用三台阶预留核心土法，如有特殊情况可以采用仰拱加强支撑力。围岩支护施工要先完成拱部施工之后再进行边墙施工，顺序由上而下。

3 软弱围岩开挖和超前支护施工方案

3.1 隧道围岩软弱的开挖方法

隧道开挖时要保护好围岩，避免因操作不当发生变形。每一层的开挖深度都要按照要求进行，为了保证开挖深度的准确性，避免与实际要求数据发生偏差，可以利用先进的深度测量工具，如激光断面仪。开挖之前要对开挖目标区域的地质情况有所了解，重视监控量测的重要性，以施工量测为引导，对施工方法进行适当调整。

开挖工作主要借助机械设备来完成，必要时可采用爆破法。施工过程中要加强施工管理，严格按照施工要求完成混凝土浇筑，开挖不可一次性完成，尽量避免使用爆破法，开挖过程中要多次测量，对于围岩坚实度不足的情况可以采用支护法，开挖过程中要多投入人力，必要情况下可以采用松动爆破法。具体施工方法要以地质预测和监控测量结果为准，并结合实际情况适当调整。开挖完成后采用支护法支撑。

施工程序及步骤如下：（1）上部环形土开挖，进行初期支护；（2）左侧导坑开挖，进行初期支护；（3）右侧导坑开挖，进行初期支护；（4）预留核心土开挖；（5）仰拱开挖；（6）仰拱部支护；（7）仰拱回填浇筑；（8）拱墙防水板及二次衬砌。

台阶长度一般8～10m，二次衬砌与掌子面的距离以≤50m为宜。

3.2 初期支护施工方案

3.2.1 锚杆施工

锚杆呈梅花型布置，均设置垫板，锚杆垫板与基面密贴。

1）中空注浆锚杆：钻孔时可利用风动凿岩机，注浆采用专业的注浆泵。钻孔完成后，要保持孔内的清洁。钻孔深度达到设计值时，若钻出褐色、黄色的岩粉，或钎头受到异常冲击，表明此处岩石软弱，或岩石夹层破碎，需要改变锚杆深度或者移动位置。

2）注浆压力以地下水的静水压力为准，通常前者为后者的2 倍或者3 倍，同时不能忽视岩层带来的裂隙阻力，但瞬间最高压力值应≤0.5MPa。

洞内结束注浆的标准：一般情况下，注浆压力在0.5～1MPa或注浆水灰比在0.45～0.5 且单孔灌注量在1t，便完成了单孔灌注。

可用于施工的锚杆，杆身必须调直无缺损；锚杆长度要比锚杆孔深度超出6～10cm，保证每一根用于施工的锚杆长度必须与设计要求相符，缝长误差≤5cm，锚杆上要保持清洁；锚杆孔位置误差≤10cm。

图1 所示为砂浆锚杆施工工艺流程。

3.2.2 挂钢筋网施工

钢拱架安装前，先检测开挖面超欠挖情况，欠挖部分采用人工进行凿除，欠挖面积凿除需要耗费人工量较大的情况下，可以采用爆破的方式；超挖部分小于20cm 可以用混凝土回填，但必须保证回填所用的混凝土标号相同；超挖部分大于20cm 时需要采用等强浆砌片石注浆。超挖或者欠挖部分处理好之后方可进行钢支撑施工。

钢筋网加工所用的钢筋必须符合设计要求，具体规格为φ8mm，在预制场地完成钢筋网加工，钢筋网网格尺寸为15cm×15cm。钢筋网设置应紧贴岩面。喷头与喷面的距离要保持适当，喷射角度要恰当，增加钢筋网背面混凝土的密实度。

3.2.3 工字钢拱架施工

钢支撑采用工字钢，工字钢按设计规格加工焊接而成，按设计要求下料。在工字钢成型机上分节加工工字钢，各节钢拱架两端均设置连接板，采用高强螺栓连接，试拼装合格后对钢拱架进行编号，分节运至洞内，按编号人工拼装，经螺栓拼接后骑缝焊接牢固。

断面检查结果完好无损方可进行安装，局部欠挖要在第一时间采用人工或者相关设备开挖。首次喷面完成后可安装钢支撑，并与锚杆焊接，钢支撑安装要注意垂直度、高程和中线等关键点。每榀钢支撑之间，环向每隔1m 设置1 根φ22mm连接钢筋，相邻榀钢拱架环形纵向呈梅花形布置。工字钢架设好后再喷射混凝土。

钢架安装之前要保持安置面的清洁，避免影响钢架的稳固性。钢架4 面分别安装1 根锁脚锚管，底部开挖完成没有问题的情况下，要在第一时间完成底部初期支护，让钢架处于全封闭空间。为Ⅴ级围岩的拱部钢架底部安装槽钢。架设钢架前要将钢架准确定位，此环节可以采用径向锚杆完成。

施工工艺要点：（1）安装前分批检查验收钢支撑的加工质量，不合格的禁止使用；（2）钢支撑有足够的刚度和强度，焊接质量符合规范要求；（3）各节接头连接牢固、纵向连接钢筋等配件齐全，结构稳定；（4）同一榀钢支撑位于同一平面上，倾斜度≤50mm；（5）严格控制中线及标高；（6）钢支撑与岩面间安设鞍形垫块，确保岩面与拱架密贴；（7）确保初喷质量，钢架在初喷3cm 后架设；（8）段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保钢支撑结构稳定。

3.2.4 喷射混凝土

该隧道采用湿喷法进行混凝土喷射施工，以此减少粉尘量和回弹量。1km 及以上长度隧道须配备湿喷机，生产率应≥10m3/h【1】。混凝土由洞外拌和站拌和，用专门的混凝土运输车辆将混凝土运入洞中并装入喷射机的装料仓，通过人工完成喷射。

喷射混凝土施工控制要点：（1）速凝剂的掺量必须准确、添加均匀，不得随意增加或减少；（2）喷射混凝土必须机械拌和，在工作面设置灰盘，避免喷料受到污染；（3）将回弹料和剩余喷料及时清理，回弹料不得重复使用；（4）施工人员必须佩带劳动防护用品，喷射手必须佩带防护面罩；（5）喷射混凝土后由专人洒水养护。

混凝土喷射施工要有序进行，一般顺序为先墙后拱、先下后上。进行喷射作业时，喷射机的喷嘴会保持螺旋式旋转，旋转直径为20～30cm，这样喷射的混凝土密实度更高。在喷射时，操作人员要注意水压、风压和距离对喷射作业的影响。

隧道混凝土喷射厚度＞5cm 时，要分为2 层进行喷射。先喷射平岩面，首次混凝土喷射完成1h 后混凝土终凝，用水冲洗混凝土面并进行第二次喷射。喷射完成2h 后混凝土终凝，要定时喷水养护，养护时长要在1 周以上。

3.3 隧道塌预防措施

1）做好超前地质预报工作：开挖之前先探测地层情况，了解地层地质情况和含水量，保证后续超前支护和其他有关工作的顺利进行，根据实际探测情况适时调整超前支护方案。在开挖深度临近设计方案中指明的水含量较大区域，要多次对开挖区域的岩石情况进行探测和分析，如遇特殊情况，需要给出相应的应对方案。

2）有效完成施工监控量测，采用信息化技术量测围岩、拱顶、地表的变化情况，总结数据信息并分析出结果，为施工提供实时数据信息，以便及时调整设计和施工方案。如果通过施工监控量测发现围岩变形程度逼近标准值，要及时采取有效措施加固围岩，避免发生坍塌。

3）每一处开挖区域的地质情况和开挖方式均有所差异，可以采用注浆超前支护的方式加强稳固性。根据岩层和地下水情况的不同，可以选用水泥浆或者水泥-水玻璃双液浆，以此来加强周边围岩的稳固性，使其有足够的承载能力，避免围岩发生变形。

4）三台阶法开挖：每一次开挖完成之后要及时封闭支护，支护均与锚杆焊接，预防拱脚偏位，导致变形严重，最终坍塌。

5）开挖按序进行，爆破工作要谨慎。

6）施工过程中要在洞口配备充足的抢险材料。

7）若通过施工监控量测发现围岩变形速度过快、围岩面不断掉块剥落、支护混凝土喷面发生裂缝或者表皮剥落且钢架变形程度较大、掌子面节理裂缝渗水量加剧等情况，工作人员和施工设备要及时撤离现场，由专业人员完成加固，排除安全隐患后方可继续施工。

4 结语

综上所述，在不断发展工程建设的同时，也要对软弱围岩问题进行深入的分析，在隧道建设过程中出现的问题一定要具有针对性地进行解决，从而保障工程建设的安全性以及稳定性。