强风化黏土质砂隧道洞身开挖支护关键技术研究

李胜  李佑龙  关志宽

中铁十局集团有限公司  山东 济南 250000

摘要：本研究聚焦于强风化黏土质砂隧道洞身的开挖支护关键技术，旨在深入探讨在富水地区全强风化黏土质砂隧道施工中的关键问题和解决方案。通过对地质环境的详细分析，本研究首先提出了洞身超前管棚支护的施工工法，以有效应对强风化黏土质的不稳定性。其次，结合洞内排水施工工法，旨在解决富水地区的排水问题，确保洞身施工的安全和稳定。在此基础上，引入双层超前支护和短进尺开挖工艺，以进一步提升隧道施工的效率和安全性。最后，通过信息化设计施工，结合监控量测数据，确保施工过程中的及时调整和质量控制。

关键词：强风化黏土质砂隧道；洞身；开挖支护

0引言

某电站电站项目，线路总长22km，包含水电水利隧洞工程、公路桥梁、隧道和道路工程等，其中上下库连接公路包括公路隧道6座，本项目具有边坡残坡积层较厚、岩体风化较深，稳定条件较差的地质特点；上下库连接公路隧道洞口进洞段围岩地质不良，并且遇到大量地下水，致使洞口段全~强风化黏土质砂进洞困难；传统的隧道进洞方式采用超前管棚进洞，但是根据本地区的地质特点，进洞后管棚注浆起到的封闭成拱的效应不能完全起到封闭上部土体的作用；所以在此类不良地质条件下，寻找一种安全、有效的进洞施工方法非常重要。

1强风化黏土质砂隧道洞身开挖支护关键技术工法特点

在富水地区全强风化黏土质砂隧道洞身开挖支护过程中，采用超前管棚支护相比通常情况下的支护施工，具有以下特点：

（1）富水地区全强风化黏土质砂隧道洞内排水施工工艺： 由于该地区土质为强风化黏土质砂，其含水量较高，洞内可能存在大量地下水。超前管棚支护工法注重在洞挖过程中进行有效的排水处理，以确保施工现场的干燥，提高施工效率，并防止由于水土流失引起的地层不稳定问题。（2）富水地区全强风化黏土质砂隧道双层超前支护施工工艺： 在超前管棚支护的基础上，特别采用双层支护工艺，增加了对洞身的稳定性和安全性的保障。通过双层支护，能够有效分担地层的压力，减缓洞身的变形速度，提高对地质灾害的抵抗能力[1]。（3）富水地区全强风化黏土质砂隧道短进尺开挖施工工艺：由于地质条件的复杂性，采用了短进尺的开挖方式，即在较小的区域内进行挖掘。

2施工工艺原理

首先，在进洞前采用超前管棚支护。超前管棚支护是指在洞进尺前就先进行支护，通过管道和棚架的结构，对地层进行支撑和固定。本步骤的目的是在洞挖掘的同时，防止地层的松散物质崩塌，保障施工现场的安全。其次，根据掌子面的具体情况，进行深层排水和隧道洞身周边排水。本步骤是为了处理地下水问题，特别是在富水地区全强风化黏土质砂隧道中，通过排水可以有效减小洞内水压，防止水土流失，提高施工的安全性[2]。

3施工工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程

3.1.1环形开挖预留核心土法施工工序

该工法的环形开挖预留核心土法采用了一系列有序的施工工序，确保了隧道的稳定性和安全性。首先，进行Ⅰ超前支护，通过管棚结构对地层进行支撑，防止松散土体崩塌。接着，开挖上台阶环向土体，逐步推进洞挖过程。在此基础上，进行Ⅲ上台阶拱、墙初期支护，并施工锁脚锚杆，进一步增强洞壁的稳定性。整个工序通过循环进行，每循环3m后，开挖Ⅳ纵向一部分核心土，保证洞身的整体稳定。接着，开挖V下台阶土体，进行Ⅵ下台阶初期支护，依次浇筑Ⅲ、Ⅹ，最终进行管沟及路面的施工。纵向施工示意图如下图1所示。

3.1.2洞内排水施工工法

为了解决富水地区全强风化黏土质砂隧道中可能存在的大量地下水问题，采用了洞内排水施工工法。在掌子面布设3个¢90的PE管，通过打深层排水孔30m，有效排除洞内水分，降低水压，提高施工安全性。同时，在洞身周边布设¢50的PVC管，间距为3m，进行周边排水，进一步加强了对地下水的控制。

3.1.3双层超前小导管支护

采用双层超前小导管支护，对隧道进行额外的支护措施。该支护方法基于超前注浆小导管支护，使用φ42*4mm无缝热轧钢管，长度为1.5m，环向间距为20cm。此外，小导管前端经过加工成锥形，便于插打，中间部位设有钻孔直径为6mm的溢浆孔，呈梅花形布置。每榀钢拱架间距为0.5m，每循环均进行超前小导管支护。这一支护方式通过风动凿岩机冲击振动，将小导管直接顶入软弱围岩中，增加了对围岩的支撑强度。整个施工过程中，还包括对开挖工作面进行喷混凝土封闭等环节，保障了支护工程的全面完成。

图1 纵向施工示意图

3.2施工要点及注意事项

首先，隧道的开挖循环进尺应按照每榀钢拱架的间距进行控制。这有助于保持隧道的整体稳定性，确保每个进尺循环的施工受到合理的掌控；其次，施工过程应坚持“管超前、严注浆、弱爆破、短开挖、强支护、勤测量、早封闭”的基本原则。特别要注重超前支护的有效实施，注浆的质量控制，弱爆破的安全性，短进尺开挖的策略性，强有力的支护工作，频繁的测量监控以及尽早的封闭工序，以最大程度地降低潜在风险。第三，采用机械开挖作为主要的开挖方式，以提高开挖效率和确保工程质量

[3]。

3.3材料与设备

在该工法中，主要使用的材料包括形成双层超前支护和实现排水效果的管材。核心材料主要集中在超前小导管和排水管道上，其中超前小导管采用φ42*4mm无缝热轧钢管制成，而生产排水孔的材料则为PE排水花管，而隧道洞身周边排水孔所用的材料为PVC排水花管。其中，手风钻用于在施工现场进行手动钻孔工作，电焊机用于进行焊接作业，而潜孔钻则用于在地下进行潜孔操作。这些设备的配置合理，可满足超前小导管和排水管道的制作、安装以及其他相关工序的需求。超前小导管施工允许偏差质量控制

表1 超前小导管施工允许偏差

序号	项目	允许偏差	检查方法
1	外插角	2°	尺量
2	孔间距	±50mm	尺量
3	孔深	＋50mm，0	尺量

4施工质量控制措施

4.1质量保证体系

为确保洞身开挖支护的施工质量，将建立完善的质量保证体系。在项目部层面，将从高层到底层确保各个责任单位各司其职，组建质量管理组织机构，以确保本工法施工的质量符合要求。

4.2原材料检验

（1）所有洞身开挖支护主材料的原材料必须经过严格的检验，确保其符合质量标准。（2）对掌子面封闭所使用的喷射混凝土的原材料和外加剂进行检验，确保其合格。同时，对混凝土的配合比、流动性、抗渗性等方面进行专门实验，并在浇筑过程中严格控制，确保施工过程中的材料质量达到要求。

4.3过程控制措施

（1）质量管理措施：在每个工序完成后，由分管工序的技术负责人和质量检查人员组织工班长进行检验。如果发现不符合质量标准的情况，必须坚决返工处理，直到再次验收合格。（2）双层超前小导管注浆质量控制措施：在小导管安设后，采用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙。通过注浆泵注浆，确保注浆管连接良好。

5结束语

在对强风化黏土质砂隧道洞身开挖支护的关键技术进行深入研究后，我们得出了一系列重要的结论。首先，超前管棚支护工法在富水地区全强风化黏土质砂隧道施工中具有显著的效果，有效地应对了强风化黏土的不稳定性，提高了洞身的稳定性和安全性。其次，洞内排水施工工法对解决富水地区洞身排水问题具有重要意义，有效降低了水土流失风险，确保了施工的顺利进行。在支护方面，引入双层超前支护和短进尺开挖工艺，进一步提升了隧道施工的效率和灵活性。综上所述，本研究为类似地质条件下的隧道工程提供了实用且可靠的技术指导，对于提高施工效率和保障工程安全具有积极的推动作用。

参考文献

[1]史雄博. 高速公路隧道洞身开挖施工与初期支护措施[J]. 运输经理世界, 2021, (34): 79-81.

[2]罗华胤. 浅析连拱隧道洞身开挖及其支护[J]. 黑龙江交通科技, 2016, 39 (09): 157-158.

[3]欧阳结新. 公路隧道洞身开挖与支护的多机种机械化作业模式与集成研究[D]. 重庆交通大学, 2015.