综合进洞施工技术在大断面软弱围岩隧道工程中的应用

徐重阳

（中铁十六局集团铁运工程有限公司，河北 保定 074000）

1 工程概况

某大断面双线隧道全长2424m，洞身高11.56m、洞身宽14.32m，进、出口均为斜切式洞门。隧道进口114m，洞身30m 内的埋深5～13m 不等。现场施工状况表明，在完成25m 的大管棚施工准备进洞时，现场环境出现异常，洞口边仰坡有变形开裂问题，最大达8cm，因现场施工环境的变化，常规的进洞方案缺乏可行性，经多方商讨后，决定采用洞口降水、边仰坡开挖、超前大管棚支护、双侧壁导坑法等多项与现场环境相适宜的技术手段，以此保证隧道进洞的安全性。

2 洞口降水

根据隧道进口段的地质勘察结果可知，下伏基岩为全风化花岗岩富水层，该范围内的地下水含量较高，为实现安全施工的目标，首当其冲的工作在于有效减小地下水的干扰。对此，沿洞口两侧各设一排降水井，每排4 眼、间距6m，设备选用的是2.5kW 潜水泵，每井一台。

3 边仰坡开挖

隧道进口段分布较多的软弱围岩，同时边坡土层性质较差，以软塑状为主，单次开挖量偏大时易诱发滑塌事故。对此，遵循的是分层开挖的原则，层高控制在1～2m。逐层依次施工，每完成一层开挖作业后，随即采取锚网喷防护措施，选用φ8mm 钢筋网、间距25cm×25cm；拌制混凝土并及时用于喷射，厚度控制在8cm；并设置φ42mm 小导管，每根长度取4.5m，于管壁上钻进φ8mm 出浆孔；灌注施工所用材料为水泥水玻璃浆液，注浆压力1.5MPa[1-3]。

4 超前大管棚支护

4.1 基本参数

（1）钢管选用的是热轧无缝钢管，壁厚为8mm。

（2）钢管接头采用的是丝扣连接的方法，螺纹段长度至少达15cm，相邻接头错开至少1.0m，同一截面的接头数需在50%以内。

（3）钢管上钻注浆孔，相邻两孔间距取15～20cm，但钢管的尾部以及镂空部2.0m 处不予以钻孔。

（4）管棚管距控制过程中，环向间距取40cm，钢管总量共41 根，外插角1～3°。

4.2 管棚的套拱参数

在大管棚超前支护施工中，固定端为重点内容，该部分为3 榀I18 混凝土套拱导向墙。导拱内设长为2m 的140mm×5mm 导向钢管，总量为41 根。

4.3 管棚的施工工艺流程

搭设平台→测量放样→制安I18 钢架→固定I40 导向管→浇筑套拱混凝土→钻孔→制安φ127mm 管棚钢管→注浆→止浆封孔。

4.4 管棚的施工

以I18 钢架为基础材料，搭建管棚施作平台，为后续施工创设良好的基础条件，以便高效完成钻孔、钢拱架安装等相关工作。为充分发挥出管棚的平台作用，在搭建时需加强质量控制，保证其具有足够的稳定性。

4.5 测量放样

（1）钢拱架的测量放样。重点内容为纵向中轴线的位置、拱架脚的高程、拱架的纵向间距。

（2）导向管的测量放样。首要工作在于确定导向管的平面位置，利用坡度板完成对导向管的倾角设定工作，期间辅以水准尺检验，确保无误。对于导向管的外插角，较适宜的是前后差距法，根据施工要求，以1～3°为宜。关于超前大管棚的布置情况如图1 所示。

图1 超前大管棚的具体布置图（单位：cm）

（3）I18 钢拱架的制安。共包含3 个节段，在各自的端部焊接钢板，利用螺栓等相关零部件稳定拼接，以构成完整的拱架结构。对于曲线单元节段的制作及安装工作，其对作业精度提出更高的要求，宜利用型钢弯曲机加工。为保证钢拱架的稳定性，要求其所在位置的基岩面具有平整、稳定的特点。

（4）导向管施工。根据施工要求，选用的是长为2m 的140mm×5mm钢管，利用φ22mm 钢筋将其稳定固定在拱架处。

（5）立模浇筑。以模注泵为主要施工设备，由该装置组织套拱的混凝土浇筑作业。立模的关键作业内容为内模、外模及端头模，但在模板安装期间易产生扰动性影响，可能会出现导向管堵塞现象。对此，需要加强对导向管孔口处的防护，以免在立模过程中出现杂物落入管内的情况。

（6）管棚钻孔。以液压钻为主要施工设备，适配φ15cm 的钻头，首先以低压、低速的状态钻进1.0m，随后视实际情况合理调整。钻孔期间加强质量检验，根据实际情况判断，若存在问题则及时处理。详细记录各项数据，作为后续质量分析的关键依据。钻孔过程中各类残渣易堆积在孔内，不利于后续的正常施工，因此钻孔后需随即用高压气体清理孔内杂物，直至孔内沉渣被控制在许可范围内为止。

大管棚注浆施工中，所用材料以水泥砂浆为宜，按0.8～1 的水灰比拌制，按自下而上的顺序依次注浆，全过程中根据实际情况适当调整注浆压力，初期以0.8～1MPa 为宜，终压可提升至2MPa，并做到一次注浆成型。为保证注浆施工质量，要求压浆管可有效伸入孔底，以保证压浆的饱满性。随着水泥浆液的逐步凝固，待其达到设计强度的70%后，可以组织洞身拱部的开挖作业[4]。

5 双侧壁导坑法进洞

隧道进洞施工采用的是双侧壁导坑法，整个断面的施工分为10 个部分。按照先①②部、后③④部、再⑤⑥部、最后⑦⑧⑨⑩部的顺序依次开挖。纵向台阶长3～4m，左右侧壁导坑错开5～7m。加强各道工序的衔接，初期支护紧跟开挖，尽可能做到尽早封闭成环。关于具体的施工示意图如图2 所示。

图2 双侧壁法施工工序横断面示意图

施工工艺流程如下：

（1）组织①部的开挖作业，在导坑周边设置支护装置，即初喷4cm 厚的混凝土，将钢架架设到位，设置锁脚锚杆，按设计图纸要求安装I18 横撑。待完成径向锚杆的钻进作业后，复喷混凝土，直至其达到特定的厚度为主。此后，再组织②部的开挖作业，喷射8cm 厚混凝土，用于完全封闭掌子面，导坑周边喷4cm 厚的混凝土。根据钢架的实际情况采取接长措施，架设I18临时钢架，将锁脚锚杆安装至指定位置，再设置I18 横撑。在完成径向锚杆的钻孔作业后，复喷混凝土，以保证其能够满足设计厚度要求[5]。

（2）组织③部的开挖作业，将导坑周边的支护装置设置到位；再开挖④部，依然设置支护结构，具体方法同上，此处不再赘述。

（3）以弱爆破的方式开挖⑤部，在隧底周边喷4cm 厚的混凝土；适当接长钢筋，完成混凝土的复喷作业，直至其满足厚度要求为止。滞后于④部一段距离，依然以弱爆破的方式开挖⑥部，在隧底初喷混凝土，此阶段厚度按4cm 控制，再进一步复喷，直至满足设计厚度要求为止。

（4）充分利用前一循环架立的钢架，于该处开展小导管超前支护作业，再开挖⑦部，喷混凝土以达到封闭掌子面的效果（厚度按8cm 控制）。导坑周边初喷混凝土的厚度为4cm，架立拱部钢架，完成锚杆的钻孔作业后，进一步复喷混凝土，直至其满足厚度要求为止；此后，开挖④部，喷射混凝土以封闭掌子面，厚度依然按8cm 控制。

（5）经前述施工后，开挖⑨部，喷射8cm 厚的混凝土，用于封闭掌子面，发挥出防护的作用；最后，再对⑩部进行开挖，先初喷4cm 的混凝土，按规范将钢架安装到位，此后再复喷混凝土，直至其可以满足设计厚度要求为止。

5.2 支护施工

支护采用到锚杆、网喷、钢拱架。在应用RD25N 中空锚杆注浆的方法后有效加固围岩。锚杆长度4.5m，按照1.0m 的间距有序布设，为保证锚杆的稳定性，将拱墙处的锚杆尾端焊接至钢拱架上，安排径向注浆，通过浆液的应用改善围岩的状态。钢拱架以I20a 工字钢为原材料制作而得，间距50cm，环向按100cm 的间距设置φ20mm 钢筋，钢拱架底部铺设枕木垫块，增强钢拱架的稳定性，避免下沉。此外，对钢拱架做加强处理，即在其两侧设置两排锁脚锚杆（φ22mm 锚杆、长5m）。喷射施工材料选用的是C25 混凝土，厚度按25cm 予以控制，采用湿喷法分层施工。首先喷射钢拱架背后，再转向钢拱架中间的区域。

5.3 仰拱施工

开挖后及时施作仰拱，采用弱爆破的施工方法，以挖掘机为主要的作业工具，辅以人工作业，实现精细化的修整。经过开挖后，若形态、稳定性均满足要求则及时施作锚杆，再立模、浇注仰拱混凝土。

5.4 衬砌施工

软弱隧道围岩的稳定性不足、变形量较大，对衬砌施工的时间提出较高的要求，必须具有“适中性”。若时间偏早，围岩应力释放较小，易导致设置成型的衬砌结构受损；若时间偏迟，此时围岩已经发生较长时间的变形，幅度较大，容易导致结构失稳。结合实际情况来看，需在围岩变形减缓后及时施工衬砌，对应于位移-时间曲线上，则指的是围岩变形速率从快转至平缓的拐点所对应的时间，但具体还需结合监测信息做进一步的分析。在选定合适的时间后，采用封闭整体式台车施工。

6 结束语

综上所述，隧道洞口段的施工难度较大，具有埋深浅、地质条件差等局限性，而隧道施工的破坏性较强，在外部因素的作用下，易诱发隧道坍塌、边仰坡失稳等问题，且在软弱围岩地质条件中体现得更为明显。而在本文所论述的工程中，在合理应用综合进洞施工技术后，能够有效保证施工的安全性，在相对良好的环境下完成隧道的建设工作，所采取的施工技术具有可行性，可作为类似工程的参考。