浅析软弱围岩下隧道三台阶开挖工艺与工法

刘智广

中铁上海工程局集团第六工程有限公司云南昆明650215

摘要：云南省普洱市至西双版纳自治州，地质多为强风化粉质泥岩夹砂岩，Vc级软弱围岩，裸露后遇水易软化，脱落掉块，对隧道开挖支护非常不利，须做到及时快速封闭成环，以控制围岩失稳、脱落掉块，防止初支沉降及内敛超限，方能确保隧道净空尺寸满足设计要求。

关键词：软弱围岩，浅埋段，偏压，强风化粉质泥岩，裂隙水，控制爆破，超前支护，封闭成环，加强支护，复合式衬砌。

1地质背景

云南玉溪至磨憨新建铁路站前工程，普洱至西双版纳傣族自治州段，测区属中低山地貌，上覆第四系滑坡堆积粉质黏土，坡残积粉质黏土；下伏白垩系下统南新组（K1n1）石英砂岩、砂砾岩夹泥岩，景星组上段（K1j2）泥岩，景星组下段（K1j1）石英砂岩夹泥岩。隧道段内不良地质为滑坡、顺曾偏压。受构造影响，岩石节理发育，岩体破碎，稳定性差，地下水主要为基岩裂隙水，水量较丰富。雷达测线探测里程范围内，围岩破碎，节理发育，局部存在软弱夹层及裂隙水。

施工时注意及时支护，防止掉块、失稳塌方，注意观季节水量变化，采用加深炮孔探测围岩破碎、含水情况，异常时采用钻探法验证。

2开挖工法

采用三台阶临时仰拱法（上台阶预留核心土）施工步骤如下：

1）在上一循环的超前支护防护下，弱爆破开挖①部→施做①部周边的初期支护；初喷混凝土，架立钢架（设锁脚锚管），钻设径向锚杆，铺钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。

2）弱爆破开挖②-1部，施作②-1部初期支护：初喷混凝土，架立钢架（设锁脚锚管），钻设径向锚杆，铺钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。

3）同②-1部施工工序，开挖及支护②-2部。

4）施做临时仰拱；架设工18临时横撑，铺设φ8钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱。

5）弱爆破开挖③-1部，施作③-1部边墙初期支护，即初喷混凝土，架立钢架（设锁脚锚管），钻设径向锚杆，铺钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。

6）同③-1部施工工序，开挖及支护③-2。

7）弱爆破开挖④部，施作仰拱初期支护，既初喷混凝土，架设钢架，铺钢筋网，复喷混凝土至设计厚度。

8）灌筑○Ⅴ部仰拱与边墙基础；待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充○Ⅵ部至设计高度。

9）根据监控量测分析，确定二次衬砌施作时机，铺设环+纵向透水盲管、防水板+土工布、利用衬砌模板台车一次性灌注○Ⅶ部（拱墙）衬砌。

3工艺措施

对变形量进行预测，留足变形量，避免因侵线拆换初期支护。初期支护钢架预留变形量根据地质条件确定，该段地段预留变形量取30~45cm。

4超前支护

根据掌子面围岩情况，加强超前支护措施，在打设超前小导管之前，现将掌子面用C25喷射混凝土封闭，以免打钻时造成松散围岩遇水后软化掉块。设置双层超前小导管，超前小导管与工20b型钢钢架组合而成的预支护系统，特殊情况下采用φ76中管棚进行超前支护。超前小导管采用热轧无缝钢花管制成，壁厚3.5mm，在前部钻注浆孔，孔径6~8mm，孔间距10~20cm，成梅花型布置，前端加工成锥形，尾部长度1.0m作为不钻孔的止浆段。小导管尾部与钢架采用焊接连接。

每循环小导管大小插角交错布置，环相间距0.3~0.4m，每环纵向间距1.2m。超前小导管小外插角倾角10°~15°，大外插角倾角20°~30°。每根长度为3.5m，两组超前小导管间纵向水平搭接长度取值2.3m。注浆材料选用M20水泥净浆或水泥砂浆。当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆。加强超前小导管注浆，压力控制在0.2~0.3MPa，稳压2分钟后关闭止浆阀。

5加强锁脚

上台阶拱架采用φ42小导管，4.5m/根，双锁脚每榀钢架节点打设4根，锁脚环采用HRB400φ25钢筋加工成L型，长25cm。L型钢筋将拱脚与φ42锁脚锚管焊接连接，以控制水平收敛，角焊缝大于6mm。

及时施作仰拱底部初支拱架，加快仰拱封闭成环，初支成环距离掌子面开挖距离控制在30m以内。进行日常沉降及收敛观测。待沉降观测值趋于稳定后再进行二次衬砌施工。

结语：

综上所述，对于隧道围岩变化，根据超前地质预报及现场围岩揭露情况来调整施工过程中的工艺、工法，遇到特殊地质情况后及时与设计院沟通，经参建各方共同协商后，按相应技术方案进行施作。会岗山隧道进口工区，经工法上的优化及工艺参数的调整与相关加固措施，使得会岗山隧道进口避免初支侵线及衬砌厚度不足问题。经优化后相关方案的实施，定能为我司在该隧道8903m的掘进工作取得长足进步。

参考文献：

[1]《铁路隧道工程施工技术指南》-TZ204-2008

[2]《新奥法原理》-新奥法NewAustrianTunnellingMethod

[3]《岩承理论》-拉布西维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈