软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究 工程部京沈周佳政_浅埋软弱围岩隧道施工

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软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究

软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究

【内容提要】 随着“十三五”期间国家高速铁路投入力度的加大，势必会对高速铁路的施工技术提出更高的要求，隧道作为高铁的主要组成部分，施工工艺显得尤为重要。而软弱围岩，特别是含水量较大地段的围岩，如何在保证安全和质量的前提下，尽快的开挖、支护、封闭，在隧道施工过程中显得尤为关键。

【关键词】 隧道；施工技术；软弱围岩；开挖。1.软弱围岩的施工难点 1.1软弱围岩的特点

开挖工序作为隧道施工的重点环节，影响着整条隧道的施工质量和进度，而随着围岩级别的递增，开挖难度也逐渐加大，特别是Ⅴ级围岩，岩体极为破碎、容易风化，受爆破震动影响显著，这就要求我们在开挖完成后，及时支护闭合，同时做好监控量测。1.2软弱围岩的开挖方法

本文针对京沈客专在建的三棱山隧道，结合大型机械化施工工艺，对Ⅴ级围岩的开挖支护和衬砌注意事项做出了几点归纳。

三棱山隧道1#斜井沈阳方向围岩类型较复杂，围岩Ⅱ级至Ⅴ级交替，其中，Ⅴ级围岩地段，岩体自稳性非常差，基岩裂隙水较完全发育，而对掌子面前方围岩的预见性的手段有限，仅靠地质预报和掌子面素描是远远不够的。

为了施工安全起见，我项目采用了三台阶预留核心土的开挖方法，严格控制上台阶一次性开挖进尺，根据掌子面围岩的不同区域，合理的调整打钻时的外插角度，特别是拱脚处，如果外插角度过大，爆破时会对破碎的围岩造成更大的扰动，会对支护工序造成很大的隐患。同时，视岩层的坚硬程度，对单孔装药量也进行了合理的控制，岩层尤为破碎和不稳定的部分，可以选择破碎锤进行敲击，同时挖机配合进行清理碎渣。开挖工作完成后，及时测量开挖轮廓，坚决避免欠挖的发生，在考虑软弱围岩变形较大的情况下，对理论预留的变形量做出了进一步的调整，适当的放大了开挖轮廓线。中、下台阶的开挖要交错进行、及时跟进，单侧每个循环的开挖进尺不应大于两榀拱架间距，拱架间距宜在0.6米至0.8米之间，同时，避免拱架悬空。2.支护方式多样性

开挖完成以后，要尽快的对外漏的围岩进行支护封闭，为了增加初期支护的稳定性，支护所用的喷锚混凝土比设计增加了一个标号。控制拱架的施工质量是支护工作的重点，拱架每个单元之间

第1页，共6页。软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究的连接要确保牢固；同时，为了保证初支拱架的稳固性，对每榀拱架的两侧各增设了一组锁脚锚管。拱脚位置应避免悬空，保证坐落在硬岩上，如因超挖、排险等因素引起的拱脚外漏、悬空，我们选择用槽钢或者工字钢对其进行铺垫。特殊的，可以将槽钢或工字钢与拱脚进行连接。超前支护施作，个人认为是隧道支护工序的重中之重，超前的施工质量决定了下一循环开挖的安全性、稳定性，可以在一定程度上避免掌子面前方和上部的滑塌。我标段在施作超前支护方面，充分利用了大型机械化施工的优越条件，在极其软弱的围岩里程段，用三臂凿岩台车打设了中管棚（见图1），并留设注浆孔和注浆阀门，以便后期注浆加固掌子面前方的岩体。相较于传统的超前施作工艺，三臂凿岩台车在打设管棚时，比人工所使用的气腿式凿岩机要方便的多，具体体现在以下几点：

图1 三臂凿岩台车施作中管棚

1.1所需时间少。

传统的凿岩机每打设一根超前小导管用时在15分钟左右，小导管长度按3.5米，全环布设55根，6名工人操作凿岩机，全环小导管共计用时2.5小时；而三臂凿岩台车每打设一根中管棚用时在3分钟左右，三个机械手同时操作，全环共计用1小时。凿岩台车大大的节省了工序时间，把后续的每一个施工工序都提前了一个节点。1.2操作方便。

三臂凿岩台车仅需要接入高压电缆和水带，专业的技术人员就可以进行操作了。而凿岩机需要配备一定数量的空压机，接入水管。并且，凿岩机维修和保养的频率要远远超过凿岩台车，操作起来比较麻烦。

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1.3减少资金的投入。

同样打设一组超前导管，单是机械用电量这一项，三臂凿岩台车就比凿岩机节省了很大的开支，为项目带来了很大的经济效益。4.初支防水与排水

在支护工序完成后，就需要对初期支护和掌子面渗水处进行止水和排水处理，按照“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，我标段主要采用了注浆止水和初支表面引排相结合的方法对渗水进行处理。4.1掌子面注浆。

对管棚注浆之前，先对掌子面喷锚封闭，分两层喷射混凝土，确保所注浆液不流失或较少流失。掌子面也可以根据出水情况施作一些小导管，和中管棚一样，在管口处预留注浆孔，并将止浆阀门安装于管口位置，通过注浆管连接到双液注浆机的阀门处。注浆机采用恒峰HYB80/90双液注浆机，注浆原材料采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥和水玻璃，将水泥倒入搅拌桶中，加入适量的水进行搅拌。同样，水玻璃也是加水稀释后才能进行注浆。（见图2）注浆顺序按照从水量小的区域依次向水量多的区域进行，在注浆前及注浆过程中，实验负责人和现场质量负责人对水、水泥、水玻璃的比例做过多次实验，力求符合现场的注浆环境，最终所得出的配比为（质量比）：水泥：水：水玻璃=1:0.15:0.7，确保注浆效果达到最佳。注浆压力控制在1.5MPa左右为宜，持压历时6-8分钟，结合现场实际情况，当发现注浆管附近的其他管口或者初期支护面有浆液轻微渗出时，说明此管及其周围围岩裂隙注浆基本饱满，此时停止注浆一段时间，待浆液充分扩散后，再次进行注浆，直至表盘指针转动幅度较小为止。（此时压力很小，已经不能泵入水泥和水玻璃混合液）

图2 掌子面注浆加固

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注浆结束后，立即关闭止浆阀门，并立即用清水将注浆机及软管清洗干净。在注浆过程中，可根据现场出水量适当增加水玻璃的用量，并关注仪表压力是否在合理范围内。在注浆完成后，定时观察掌子面的出水量，安排专人做好相关记录，同时建立规范的影像资料存档制度，按照单位工程→分部工程→分项工程的顺序，收集影像资料。内业诸如注浆、管棚施作等资料，要建立健全施工台账。4.2全环径向注浆。

初支面全环注浆在掌子面注浆并达到稳定后进行，和掌子面注浆的方法相同，利用开挖台车，在初支面按照梅花形布设注浆孔，从边墙逐次向拱顶进行注浆。根据初支面布设的监控量测点所测得的数据，当数据在合理的范围内，方能进行下一循环的爆破、开挖。4.3初支引排水。

极个别的初期支护表面，由于水量较大的缘故，注浆并不能完全将渗水止住，此时就需要在渗水处增加排水盲管，并用土工布包裹，固定在初支表面上，该盲管与仰拱边墙施工的盲管联通，确保初支渗水可以通过盲管流入中心水沟的排水管，并排出洞外。5.衬砌和防水层施工

开挖和支护工序的顺利完成，标志着隧道向贯通又迈进了一步。但是，后期所施工的防排水系统和衬砌，也是非常重要的，在开挖支护完成后，衬砌要及时的施作，确保安全步距在规定的范围内。5.1仰拱的施工

仰拱一次性开挖进尺要小于3米，基底的积水和碎渣必须清理干净，并确保仰拱拱架与下导拱架连接牢固后，方能喷锚支护，使初期支护闭合成环。当整幅仰拱初支完成后，需要对仰拱施作防水层。首先，对边墙初支基面进行检查，清除基面尖锐物体后，安装环向和纵向盲管，铺设土工布，其次，铺设防水板，确保土工布和防水板的搭接长度满足设计要求。仰拱端头模板采用刚端模板，小边墙模板采用整体式桁架模板，对仰拱一次性浇筑，填充和仰拱分开浇筑。同时，边墙纵向止水带的安装，使用了特制的卡具，保证了止水带的预埋深度和顺直。仰拱边墙部分的环向盲管要预留足够的长度，深入仰拱内部的排水管要固定牢固，保证畅通性。接地钢筋作为仰拱施工的一部分，必须要保证与初支钢架的主筋有足够的焊接长度，在仰拱浇筑边墙时，接地钢筋要伸出边墙一定的长度，并用万用表测量接地电阻，并做好相关的记录。当电阻值小于1Ω时，说明该处接地钢筋设置合格。接地钢筋要与槽道钢筋连为一体，这样才能保证槽道带电体传入大地。5.2二衬施工

二衬施工作为复合式衬砌的最后一个组成部分，是确保高速列车安全运行的关键。我标段采用整幅液压台车浇筑二衬混凝土，并在台车面板背面安装平板振捣器，在衬砌模板二仓及以下位置，采用插入式振捣器。二仓及以上位置主要以平板振捣器振捣为主，振动器运行时间不宜过长，避免过大

第4页，共6页。软弱围岩及富水地段隧道施工技术研究的震动对二衬台车的稳定性造成不利的影响。混凝土浇筑过程中，实验员和技术员旁站监督混凝土浇筑情况，对混凝土的坍落度、和异性实时监控，根据混凝土浇筑高度，灵活的调整混凝土的坍落度。为避免混凝土浇筑高度过高，特别设置了溜槽，可灵活的调整溜槽的高度，和料仓高度相匹配。5.3二衬防水层施工的注意事项 5.3.1防水板施工注意事项。

防水板之间的搭接长度要满足设计要求，对爬焊机爬焊过的双焊缝要做气密性检查，不合格处要及时补贴、焊接牢固。5.3.2初支基面异物割除。

初支表面的注浆管、监控量测标都要割除，并用砂浆抹平，极个别的凹凸不平处也需要砂浆均匀的涂抹。

5.3.3注浆管的布设。

衬砌段防水板铺设完成后，在拱顶处的防水板位置，布设两根直径100㎜的PVC管，一根打孔作为注浆使用；另一根不需要割孔，兼顾排气。在二衬混凝土浇筑完成以后，当其强度达到75%时，开始对拱顶进行回填注浆。这种方法可以有效的解决二衬脱空问题。6.附属工程施工

随着主体工程的推进，水沟电缆槽、中心水沟、找平层都应及时的提上日程，所涉及的工装都应提前做出安排布置。水沟电缆槽的施工要保证两竖墙之间的距离不侵入规定的净空；保温水沟和找平层的浇筑高度严禁侵入内轨顶部的结构。具体施工细节不一一赘述。7.监控量测与日常测量

在初支完成后，要及时的根据围岩等级埋设沉降观测标，并及时的量测、统计分析，当拱顶沉降和边墙收敛超出正常范围时，在此区域内，加密一些观测点，并提高测量频率，以便做出相应的解决方案。日常的测量工作一定要注意各种轮廓线的合理数据，严禁侵限发生，尤其是二衬净空，更不能超出建筑界限和行车界限。8.围岩探测

对掌子面前方围岩情况的遇见，一直是隧道施工的重点。我项目主要采用了以下三种方法来判别掌子面围岩的好坏，以便提前做出合理的部署。8.1超前地质预报。

个人认为超前地质预报是探明掌子面前方围岩最有效的一种探测方法，它能详细探明围岩的波速、水量以及其破碎程度，而且预测范围较长，对掌子面开挖能提供可靠的依据。8.2加深炮孔。

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加深炮孔是一种简单易行的物探方法，在每循环掘进过程中顺带施做，可大致预测前方小范围内围岩程度的好坏，有一定的随机性，可靠性不高。8.3掌子面地质素描。

在掌子面排险找顶后，可直观的对掌子面围岩做出描述。诸如渗水情况、节理裂隙发育、岩层走向等，都可以直观的体现出来。和加深炮孔类似，掌子面素描对围岩的预测精确度不高。9.结束语

在日常工作中总结的一点工作经验，希望能给施工一线的同事提供些许参考，不足之处，望领导、同事多多提出建议，谢谢。【参考文献】

《高速铁路隧道工程施工技术规程》 倪光辉，刘世杰，卿三惠等.中国铁道出版社 J1149-2011.《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》 张奕斌，林传年，侯小军.中国铁道出版社 Q/CR 9604-2015.第6页，共6页。