浅述黄土软弱围岩地质隧道开挖支护技术

李小宏

（中铁一院集团南方工程咨询监理有限公司，甘肃 庆阳745000）

0 前言

随着经济技术的发展，高铁项目建设是我国近年来建设重点，对于建设质量、规模也提出了新的要求，越来越多隧道工程发展起来，修建隧道中，时常遇到黄土等软弱围岩问题。地质因素由于较为复杂，黄土软弱围岩稳定性差、强度低，隧道工程中难以准确预测围岩变形，支护强度也会产生强度不足，难以维系围岩稳定的情况，破坏支护结构，甚至引发坍塌，影响隧道施工。因此，应当结合黄土软弱围岩地质情况，利用加强开挖支护的方式，有效控制隧道变形，提升施工安全性的同时，使工程获得较高的经济效益。

1 工程概况

某铁路隧道工程所处位置在黄图台塬区，这一区域存在的支沟下切较深，呈现出“v”字形，地形较为开阔，两岸边坡较陡，存在较大的坡度，存在较多的不良地质现象，例如，溜坍、滑坡等，并且具备较为明显的重力地貌特征，长距离穿越软塑黄土地段且位于地下水附近，渗水量较大。在工程设计初期，选择全断面钢拱架结合锚网喷的方式作为主要的支护模式，对于仰拱，采用的是现浇钢筋混凝土，通过模注钢筋混凝土进行二次衬砌。在实际施工环节，拱顶掉块、围岩沉降、初期支护变形较大，多种工序交叉干扰加大了施工的难度。

2 隧道开挖支护

2．1 影响因素

（1）隧道开挖施工中，由于工程所处环境较为复杂，外界因素会影响施工，需结合工程情况，制定开挖支护措施。黄土地层位置处，存在发育较为明显的垂直节理，表现出湿陷性特征，当经过水浸泡后，会出现较大的下沉变形量，并且结构呈现出突然性破坏、应力释放较为明显，在实际开挖过程中，掌子面极为不稳定，会出现坍塌等不良现象，存在较大的施工难度，很容易发生安全性问题。

（2）黏质黄土自身抗剪性能以及抗压强度较好，并具备较高的硬度，当其与水相接触后，会发生明显的软化现象，易产生过量变形。本隧道在穿越地下水位影响区段，岩体含水率高达33%，呈软塑状，开挖后围岩稳定性极差，多次发生大变形，尤其是在雨水丰沛的雨季，会大大增加施工难度。

2.2 超前地质预报

通过对勘查设计资料进行详细的分析，地质预报选择多种方式进行，包括超前钻探、物探超前地质预报以及掌子面地质素描的方式，深入了解掌子面前方现存问题可能会对实际施工所产生的影响，并对其围岩地质条件进行详细分析，实现对地质问题的事先预测，并提出工程措施建议，保证施工安全。

2.3 开挖工法

开挖过程中选择台阶法，按照不同的围岩级别，实际应用的方法也存在较大的差异，利用三台阶法进行Ⅳ级围岩开挖工作，利用三台阶预留核心土法进行Ⅴ级围岩开挖工作，也可以选择三台阶临时仰拱法进行开挖，本项目两座高风险隧道在特殊地段设计有CRD及双侧壁导坑法。

2.4 支护措施

2.4.1 超前支护隧道暗洞进洞拱部设一环长Ф108管棚，环向间距为0.4米，管棚长30米；在洞身段拱部位置的140°范围内选择长度为3.5米，Ф42小导管实施超前支护，纵向搭接≥1米，外插角10至15°，环向间距为0.4米。洞内特殊地段可采用108管棚进行超前支护，段落较长时可多次搭接施作。

2．4．2 初期支护

选择钢拱架支护结合锚网喷的方式进行初期支护，开挖后进行初喷混凝土封闭围岩断面，根据开挖工法，分节段安装型钢拱架，边墙系统锚杆、挂双层钢筋网、拱架连接稳固，底部位置处，每侧安装钢架与锁脚锚管，通过焊接的方式进行锁定，隐蔽工程验收合格后完成后复喷混凝土，确保混凝土表面光滑平整，并且，仰拱初支做好初支封闭成环。

2．4．3 仰拱、衬砌

仰拱采用现浇钢筋混凝土，仰拱紧跟开挖工作面施作，仰拱浇筑初凝后再进行仰拱填充施工。

二次衬砌采用模注钢筋混凝土，根据隧道围岩量测及断面检测情况确定施工时间，二衬回填注浆采用纵向预贴注浆管道法，在二衬施工完成后两小时开始注浆施工，防止拱顶空洞。

2．5 特殊区段围岩加固

2．5．1 地表降水

降水设备主要由深井井管和潜水泵等组成，钻进至设计标高后，将钻杆提至离孔底50 cm处进行冲孔，安装井管前测量深度符合设计要求，开始下井管。降水井设备安装完成后，即可开始抽水。过程中做好降水井静水位、降水过程中动水位、单井涌水量、降水时间、隧道掌子面渗水量、掌子面岩体含水率的监测记录。

2.5.2 帷幕注浆

为确保掌子面开挖稳定性，采取帷幕注浆工艺固化岩体辅助施工，在掌子面设置宽2.0 m止浆墙，背后空腔采用水泥砂浆回填。止浆墙墙体周边与初支内缘线的接触面要密贴连接牢固，每循环加固长度为25 m（不含止浆墙）。注浆材料一般以PO42.5硅酸盐水泥加水玻璃双液浆为主、PO42.5普通硅酸盐水泥单液浆为辅助，通常情况下注浆压力表现为，注浆环节压力会逐渐增大，流量会呈现出下降的趋势，当达到设计压力后，需要稳压十分钟，然后注浆完成。

2．5．3 袖阀管注浆

为确保隧道开挖支护施工安全，隧道软塑段落采用刚性袖阀管垂直注浆，对隧道洞身开挖区域及开挖轮廓线外一定范围进行地表超前预注浆加固。

根据地质勘探，对不同含水率正洞地表范围内注浆孔设计排间距采取1.8 m×1.8 m、2.0 m×2.0 m、2.25 m×2.25 m等腰三角形布置，选择壁厚3.5毫米、φ76毫米无缝钢管进行刚性袖阀管的现场加工制作。完成袖阀管安设后，下入水囊式止浆塞，将止浆塞加压至3MPa时，进行注浆操作，直至达到设计要求，注浆结束。

因为地层不均匀时，每层的透水性也会存在较大的差异，注浆效果也会存在不同，因此需要针对性的进行注浆，从而保证注浆效果，满足设计要求。

2．5．4 应用与验证

通过隧道软塑黄土地段施工理论分析及现场采取的施工措施得出如下主要结论：

（1）黄土隧道施工要严格控制进尺，尽快施做初期支护并尽早封闭成环。

（2）黄土隧道围岩遇水后软化，其抗剪性和抗压性都有显著变化，针对软塑黄土段施工，要及时抽排积水，并采取相关措施，降低含水率，确保安全。

（3）帷幕注浆是在洞内掌子面处采取的措施加固围岩，可保证隧道开挖，但是施工周期较长，易造成工期风险，不宜长段落采用。

（4）地表注浆及地表降水均可超前施作，不影响洞内施工，但降水的效果的周期长，对于埋深较大的隧道地表刚性袖阀管注浆造价较高。应根据不同地质钻探结果，采取对应措施，提前进行施工，确保达到预期处理效果，保证隧道施工安全。

3 结语

综上所述，隧道工程施工中，应重点考虑黄土等软弱围岩问题，尤其是我国工程建设的发展下，对于隧道质量提出了新的要求。因此，应当结合工程实际情况，明确工程影响因素及变形情况，通过控制喷射砼、锚杆支护、钢架与钢筋网的方式，提高围岩强度，稳定岩体变形，从而保证隧道工程施工顺利完成，满足工程质量规范需求。