浅埋土石堆积体富水地段隧道进洞施工技术

马彦博

(中铁十二局集团铁路养护工程有限公司)

1 工程概况

漳永高速公路官田隧道设计为分离式双向四车道隧道，右洞全长超过6300m，为特长高速公路隧道，进口段115m 地处山坳之中，裂隙水、地表水较发育，且被当地其他高速公路隧道洞渣填平，洞渣主要为松散土石堆积体及残积粘性土，深度4～28m，宽度30～65m。围岩自稳能力差。若采用刷坡、卸载施工明洞或对洞口段整体注浆加固后采用CD（或双侧壁导坑法）法暗挖等常规方法施工，存在洞口征地数量多，土方开挖及边坡防护工程量大、排水困难，施工工序复杂、进度缓慢等问题。为解决浅埋、富水、松散地层中的进洞施工难题，施工中采用井点降水、地表垂直注浆及套拱三向加固等方法，工程效果良好。

2 施工工艺流程

施工工艺流程为：施工准备→井点降水→地表垂直注浆→套拱拱部开挖及边仰坡防护→套拱拱部钢架安装、三向加固及混凝土浇筑→大管棚施工→正洞开挖支护。

3 施工操作要点

3.1 施工准备

⑴对洞口场地做好测量放样，准备设备材料、平整场地确定洞口段施工范围。

⑵进口段隧道围岩主要为浅埋松散的土石堆积体及残积粘性土，洞口段施工前进行地表截排水施工，防止因地表水进入洞口段隧道围岩导致围岩受浸泡后自稳能力降低，施工难度增大。

3.2 井点降水

进口段为山坳弃土区，主要地质为松散土石堆积体及残积粘性土，地表水通过山坳汇水下渗至洞身范围，且地下水丰富，据设计、实际勘探及当地往年降雨量统计等资料分析，计算出进口段最大涌水量330m3/h，在隧道进口115m 段开挖边线外5m 的位置布设8 口降水井进行降水，管井为φ200mm×厚4.9mmPVC 管，左右各4口，纵向间距30m，管井底部低于隧道仰拱底4m。降水井布置纵断面图见图1。

图1 降水井布置纵断面图

在隧道进口115m 段左右侧布设的8 口降水井施工完成后放入抽水泵（抽水功率为55m3/h 以上），通过高压抽水泵抽排的方式将地下水排到地面排水系统，隧道开挖支护作业的同时降水井正常有效地运行工作。通过降水井降水措施，有效地降低了地下水位，也确保了后续施工中地表向下注浆的效果。后面一系列的开挖支护施工中，避免了地下水浸泡围岩，减少了围岩的随机流动性，防止了开挖过程中围岩含水量较大，出现淤泥、水流、坍塌，初期支护极不易达到稳定等不良现象发生，较大地提高了作业效率，确保了现场施工安全。

3.3 地表垂直注浆

洞口段穿越山坳土石堆积区（松散煤矸石及残积粘性土），埋深5～25m，山坳汇水由地表下渗至洞身范围，且地下水丰富，为了封闭止水及加固松散围岩，防止开挖坍塌，采用地表垂直注浆，将隧道开挖轮廓周边围岩加固成“门型”整体结构[1-3]。

3.3.1 止浆盘施工

地表垂直注浆前，施作止浆盘以避免跑浆。止浆盘施工区域为进口段（139m）隧道开挖边线外4.5m 范围内。止浆盘施工采用单层φ10mm（网格间距20cm×20cm）钢筋网+25cm 厚C25 混凝土。

3.3.2 钻孔、下管

止浆盘强度达到设计的85%后，采用ZGYX-451 履带钻机钻孔下管，钻孔直径为89mm，隧道开挖边线内注浆孔间距1.5m，梅花型布置，浆液扩散半径1m。注浆管采用φ50mm（厚度4mm）无缝钢管，钢管注浆花孔直径10mm，间距40㎝，梅花型布置，注浆管尾端50㎝为预留止浆段。注浆管长度深入隧道初期支护结构，开挖支护过程中将注浆管与初支钢拱架焊接牢固，提高结构整体承载性能，同时也可以分担钢拱架所承受的荷载。隧道开挖边线两侧3m 范围内注浆孔加密，间距0.75m，梅花型布置，下管长度要深入仰拱底1m，一是起到帷幕注浆止水的作用，二是增加隧道两侧围岩自稳能力，确保中下导围岩开挖支护安全。图2 为地表注浆孔平面布置图。

图2 地表注浆孔平面布置图

3.3.3 注浆

本次注浆施工采用水泥单液浆，注浆施工前进行多次注浆试验，确定合理的注浆参数：水灰比0.5～1.0，前期注浆压力控制在0.5～1.0MPa，后期注浆压力控制在1.2～2.0MPa。注浆过程中，由于土石堆积体过于松散，串浆严重，所以先对周边孔注浆，形成一个相对封闭的注浆环境，再进行中间孔的注浆。单个注浆达到孔口冒浆时，进行换孔注浆施工，注浆压力达到终压且进浆量小于30L/min，稳压20～25min 可结束注浆，以保证浆液的扩散范围可以满足规范要求。

经过浆体的填充、压密、渗透、劈裂等作用，使松散围岩裂隙被填充，增强了围岩强度、稳定性及防水性。通过地表垂直注浆，将隧道周围松散围岩加固形成“门型”整体结构，确保了围岩稳定及施工安全。

3.4 套拱拱部开挖及边仰坡支护

进口段（纵向长度7m）埋深为1～2m，拱顶120～140°范围内根据实际情况明挖施工施作套拱，其余部分暗挖施工。明挖部分进行边仰开挖防护，坡率1:1.25～1:1.5，边仰坡施工长6mφ32mm 锚杆，呈等边三角形布置，挂φ6.5mm 钢筋网后喷射10～15㎝厚C25混凝土。按设计要求，挖机+人工的方式开挖出套拱底胎膜。采用M7.5 砂浆抹平开挖后不平整的地方。

3.5 套拱拱部钢架安装、三向加固及混凝土浇筑

3.5.1 套拱三向加固

套拱施作大拱脚，拱脚的侧向和正向两个方向采用φ22mm 砂浆锚杆锚固，竖向（开挖轮廓线外）施作两排φ108mm×6mm 无缝钢管到隧底以下1m 处，纵向间距1m，横向间距50cm。砂浆锚杆及φ108mm 钢管末端均深入到钢筋混凝土套拱中，并与套拱钢筋焊接，加强套拱与隧道周围围岩的整体性及洞口的稳定性。

3.5.2 套拱钢架、钢筋安装及混凝土浇筑

套拱钢架、钢筋安装如图3 所示，钢架I20b 型钢，纵向间距0.7m，采用φ22mmU 型钢筋纵向连接，导向管采用φ127mm 钢管。钢筋骨架按照如下间距设置：主筋间距为0.30m、纵向钢筋间距为0.30m、箍筋间距为0.55m。钢筋骨架安装加固之后浇筑套拱C30 混凝土，浇筑前防护好钢拱架接头部位，确保浇筑时钢拱架接头位置不被混凝土包裹，以便于隧道暗挖过程中套拱边墙钢拱架连接。

图3 套拱钢架、钢筋安装及混凝土浇筑示意图

3.6 大管棚施工

施做YK162+111～YK162+151 段（40m）大管棚，大管棚选用用φ108mm×6mm 热轧无缝钢管，环向间距控制在55cm，外插角控制在1°～2°，节长4m、8m，采用89mm×6mm 内套管焊接连接，内套管长18cm，隧道同一断面处的接头数不大于50%，相邻钢管的管棚管的接头至少需要错开1m，管棚管径向施工误差不大于15cm[4-5]。

管棚应至少5㎝外露于套拱，并于外露的管棚上焊接环向φ32mm 钢筋作为接地母线桩，接地母线应延至内外侧电缆沟。接地母线桩要求双面焊接，焊缝不小于4mm。

不打孔钢管与打孔钢花管间隔布设，奇数号孔使用打孔钢花管，偶数号孔使用不打孔钢管，注浆孔孔径10mm，孔距10㎝，上下左右错开梅花型布置，管尾4m 不设注浆孔。本次注浆采用水泥单液浆，注浆施工前进行多次注浆试验，确定合理的注浆参数：水灰比为0.5～1.0，前期注浆压力控制在0.5～1.0Pa，后期注浆压力控制在1.0～1.5MPa。注浆压力达到设计注浆终压且孔口有浆液冒出后，持续注浆10～20min 后停止注浆。

3.7 正洞开挖支护

待完成大管棚注浆施工以后，采用三台阶法开挖支护进口段，短开挖、早支护、勤量测、闭合成环。加强围岩量测，局部地段支护临时仰拱。按规范要求及时施做排水系统、二次衬砌。

4 结语

综上所述，通过在隧道开挖边线外5m 的位置布设8 口（左右各4 口）φ160mm 孔径的降水井，降低了地下水位至仰拱底4m 以下，确保地表注浆的效果良好；通过地表垂直注浆加固隧道周围松散土石堆积体，使松散围岩形成“门型”整体结构，提高土体自稳能力，减少周边土体变形和地表沉降；通过优化套拱施工，使套拱与围岩（正向、侧向、竖向）的充分连接成整体，提高洞口稳定性。井点降水、地表垂直注浆及套拱三向加固等技术施工工序简单，工期短，安全性高具有较好的经济社会效益，适用于浅埋、富水、围岩松散地层公路、铁路隧道进洞施工，也可用于洞身浅埋、富水段隧道施工。