软弱围岩条件下的公路浅埋隧道施工技术研究

付 涛

（湖南省地质矿产勘查开发局414 队， 湖南 益阳 413000）

0 引言

在交通行业的发展中隧道工程所占的比重越来越大，隧道优化了公路、铁路的线形，大大的缩短了行车里程。但隧道工程作为一项隐蔽性工程，地质条件比较复杂，而且不可预见的因素很多[1]。而浅埋隧道因为埋深较浅，隧道的围岩风化破碎现象较为严重、围岩强度低、自稳性能差，这不仅加大了隧道设计方面的难度，还为隧道的施工增加了更多的困难和危险系数。近年来，在浅埋隧道的施工过程中频发塌方、地表下沉、地面裂缝等事故，严重的威胁了人民的生命财产。因此，加强对软弱围岩条件下公路浅埋隧道施工技术的研究具有重大的意义[2]。

1 浅埋隧道概述

1.1 浅埋隧道的划分

关于隧道深浅的划分，由于划分的标准差异，一直颇受争议。在规范中，根据荷载的等效高度值，并考虑隧道的地质条件以及施工的方法进行综合的判定[3]。

其中Hp表示浅埋隧道的分界深度；hq表示荷载的等效高度；S 表示围岩的级别 ；ω为宽度的影响系数；B 为隧道的宽度；i 为围岩压力的增减率，当B 小于5m 时，i 取0.2，否则i 取0.1。一般情况下，对于IV-VI 级别的围岩Hp=2.5hq；对于I-III 级别的围岩Hp=2hq。当隧道覆盖层的厚度H≥Hp时，定义此时为深埋隧道，反之则为浅埋隧道。

1.2 浅埋隧道的特点

与深埋隧道相比较，浅埋隧道形成承载拱的难度较大，且隧道周围都伴随着特殊地形，比如偏压、软弱岩层、风化带等。在隧道的开挖阶段，浅埋隧道的难度要远大于深埋隧道，且往往伴随着拱顶下沉、地表开裂、下沉等病害。埋深是影响地表下沉的最主要的因素，在埋深较浅的情况下，隧道不能够形成承载拱，就会使得开挖造成的下沉直接作用在地表面。通常来讲，在浅埋隧道掌子面的前方会有比较大的下沉。除此之外，外界环境对浅层隧道的影响也较大，例如地表水、地表荷载等都会严重影响隧道施工[4]。

2 浅埋软弱围岩隧道施工对策研究

2.1 工程概况

本文以湖南娄底某公路隧道作为工程实例来探讨在软弱围岩条件下公路浅埋隧道的施工技术。该隧道由左右两条线组成，左线480m，右线490m。隧道进口约50m 的距离皆位于冲沟内，隧道两侧偏压，地表水丰富，软弱岩层较为发育，承载力较低。围岩级别为V 级，岩体多处于破碎或较破碎的不稳定状态，节理裂隙发育。

2.2 隧道开挖方法的选择

对于公路浅埋隧道的软弱围岩由于地质条件的原因，围岩的稳定性很差，必须重视开挖过程以及开挖后的支护，如若达不到要求，很容易造成塌方。因此在施工过程中保持围岩的稳定是保证隧道施工顺利进行的基本条件。施工方法的选择是软弱围岩隧道施工的关键，方法的优劣会直接影响施工的进度以及施工过程的安全性，在选择施工方法时需要考虑施工的条件、隧道的埋深与断面面积、围岩的条件、计划的工期以及当地的环境条件等。

对于V、VI 围岩，由于岩体较为破碎，在隧道中施工，采用侧壁导坑、CD、CBD 施工方法相对更加安全可靠，但是这种存在着机械化程度低、进度慢、围岩扰动次数度的弊端。然而短台阶法弥补了前述的不足、缩短了工期，目前在软弱围岩的浅埋隧道超短台阶法更加适用。由于所研究的娄底隧道施工工期紧张，洞口位于冲沟处，围岩性质较差，综合考虑下最终决定选用超短台阶法进行施工。

2.3 富水地段的施工技术措施

隧道施工中途径富水区，突泥和涌水的事故极容易发生，因此如遇地下水，在处理方面应该遵循封堵为主的原则。在此地段要将超前地质预报与超前支护技术合理搭配进行，先通过运用超前地质预报手段，提前探明可能存在水的区域、水量的大小、水的分布等，待开挖接近至该区域，应谨慎处理采用超前支护手段提前对水流进行封堵，在明洞中经常会选用管棚注浆的方式治理，而在暗挖地段大多采用小导管超前注浆的方式，通过超前注浆达到止水的目的。因此该隧道采用进洞前先采用管棚预支护形成简支梁式支护，进洞后在管棚之间采用小导管超前预注浆加固，小导管的长度在6m，环向间距为0.4m，浆体采用水泥。同时注浆还有效的提高了支护结构的承载能力与稳定性。通过注浆可以有效的防治隧道的拱顶发生坍塌，将松散的岩石胶结形成一个整体，进而形成一个加固圈，起到加固巩固围岩的作用。通过提高岩体的内摩擦角和粘聚力，进一步的增强了岩体的强度。该方案注浆的时间段，能够及时快速的起到加固围岩的作用。

2.4 爆破控制

由于钻爆法设备轻便、效率高、应用范围广的特点，在我国大多数的隧道中均采用此方法。隧道施工最为重要的就是保护围岩，所有的施工手段都应该将此作为基本条件。爆破会产生两方面的问题，其一是对围岩造成了损伤，另一方面则是超挖欠挖的问题。隧道爆破中产生超欠挖虽然是不可避免的，但是能够有效的控制，目前常用的控制措施就是光面爆破。在软弱围岩中爆破其要求更高，更应谨慎处理。软弱围岩中存在着大量的节理和裂隙，在爆破的过程中首先会沿着最薄弱的结构面扩展，极容易造成岩层的剥落与塌方，一方面严重影响了施工人员的人身安全，另一方面还加大了衬砌的难度，影响施工的质量。由于该娄底隧道软弱围岩涉及的范围较广，同时考虑到施工的安全问题、施工工期的限制、断面尺寸的要求等方面，经过多次的比较论证，最终决定选用超短台阶光面爆破的手段来解决以上问题。

为了有效的控制爆破造成的超挖与欠挖，需要首先调整爆破的参数，在隧道的施工中，围岩的条件是不断变化的，也会有软弱夹层和溶洞等不良的地质现象，因此炮孔为位置、间距、角度等参数也应该随着围岩裂隙的变化而不断的调整。在每次爆破之后都应该根据爆破的效果、围岩的影响以及爆破面的情况而相应的做出调整。同时为了更加精准的达到预期的效果，还应当提高钻孔的精度，减少由于人为的影响而造成的误差。除此之外还应当加强对现场人员组织的协调作用，规范包括的流程、操作的细节，做到及时的检测，及时的反馈问题。

爆破的整体思路是根据现有的爆破理论以及隧道内岩体的参数以及节理裂隙发育的状况，先对需爆破区域的隧道建立数值模型并赋予计算参数，通过数值模拟的手段模拟隧道开挖爆破的情况，计算出隧道断面以及围岩的最大振速，同时分析爆破对围岩强度参数的影响以及可能出现的事故。之后结合数值模拟的结果、工程经验以及工程的实际情况，得出爆破参数的取值范围，然后对各个参数排列组合进行爆破试验，最终确定出爆破的最优参数，最后根据现场的实际操作情况及时调整爆破参数，确保施工的安全与工程的进度。

该隧道的爆破采用湿钻法，钻机选用YT-28 凿岩机，钻孔的孔径为42mm，炮孔的深度根据围岩的级别确定，V 级围岩每循环进尺0.9m 左右；炸药选用2#硝铵炸药。各炮孔起爆的顺序：掏槽孔→辅助孔→周边孔。

2.5 隧道施工防坍塌措施

⑴预防掌子面塌方的措施

根据围岩的情况，选择不同的处理手段，对于围岩软弱破碎的情况，当容易成孔时，可以通过采用锚杆进行超前支护；但当不宜成孔时，采用小导管；除此之外，如若围岩在V 级以下，需要采用大管棚进行支护。在掌子面施工时，每循环在拱顶、拱腰、拱脚共设置5 个6m 长的超前探孔，探孔由上而下进行施工，逐步释放地下水压力。在施工的过程中如若发生涌水突泥的事故，首要任务是将施工人员迅速撤离至安全地带，远观事故发展的情况，待突水稳定后，开始进行清淤排水的工作，对掌子面进行封堵，待封堵完毕再进行超前支护工作。

⑵开挖成型的洞身塌方处理措施

倘若洞身有微型裂隙存在，则需在开裂处喷射厚度不小于3cm 的混凝土。然后观察裂隙处，如若裂隙不再扩展则说明裂隙已经得到控制，反之则需要进行更强的措施，比如在裂隙处进行小导管注浆挂网喷射混凝土处理。对于巨型的开裂，首先需要将隧道内的设备以及施工人员撤离至安全地带，防止出现进一步的突发事件对人、材、机造成损伤，同时还需要立即停止隧道内的所有爆破作业，以免冲击波对加速裂缝的扩展，诱发塌方。在离裂缝区1.5m 左右的距离就需要立即进行立套拱加固初期支护，倘若套拱依旧不能阻止裂缝的发育，则需要对套拱增加横撑或者钢拱架内支撑。

对于该隧道进口端，为了减少开挖过程对围岩的扰动，采用人工配合小型机械开挖的方案，开挖的过程必须严格控制进尺，遵循先护后挖、保留核心土、边墙分幅跳槽、仰拱跟进的原则，根据施工段现场的实际情况，采用超前小导管注浆或者大管棚加固的方法，在地质情况复杂的地段可以两者配合使用来提高围岩的稳定性。在开挖后立即进行初支，同时确保仰拱距掌子面15 至20m，以达到改善隧道的受力条件的目的。在施工的过程中还需要加强对隧道的监控量测，包括拱顶、地表的下沉状况、掌子面超前预报、初支二衬的厚度检测等，确保发现问题能够及时的做出应对措施。

3 结语

综上所述，文章首先根据规范要求阐述了浅埋隧道的界定方法，并分析了相对于深埋隧道，浅埋隧道所存在的特点和施工技术难点。然后结合湖南娄底某公路隧道，系统的分析了浅埋隧道在施工中开挖方法的选择、富水地段的处理措施、爆破过程的控制以及隧道防坍塌的具体措施，为之后类似工程的施工提供参考。