大跨度软弱围岩隧道施工技术研究

Vol．43No．2Feb．2012

建筑技术ArchitectureTechnology

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大跨度软弱围岩隧道施工技术研究

吕永军

（中铁二十局集团第四工程有限公司，266011，山东青岛）

摘要：西康二线铁路汪梁一号隧道跨度大、开挖截面大、埋深浅、围岩软弱，如按原设计组织施工，该隧道

工程不仅会成为亏损工程，还难以保证工期，经研究后决定采用三台阶七步开挖法施工，通过采取监控量测控制、减少围岩暴露时间、设置超前支护及采取弱爆破等措施较好完成了工程。

关键词：隧道工程；软弱围岩；大跨度隧道；浅埋隧道；监控量测中图分类号：TU751

文献标识码：B

文章编号：1000-4726（2012）02-0179－03

RESEARCHONWIDE－SPANSOFTWALLROCKTUNNELCONSTRUCTIONTECHNIQUE

LUYong-jun

（TheNo.4EngineeringCorporationLimitedofCR20G,266011,Qingdao,Shandong,China）

Abstract:Wangliangno．1tunnelofXi＇an－AnkangrailwaylineIIhaswidespan，largeexcavationsection，

shallowburialdepthandsoftwallrock．Ifconstructioniscarriedoutaccordingtotheoriginaldesign，financiallosswillbesufferedandconstructionishardtobeguaranteed．Afterresearch，itisdeterminedtoadoptthree－stageseven－stepexcavationmethod．Theengineeringconstructionissuccessfullycompletedthroughmonitoringandcontrolofmeasurement，reductionofwallrockexposureduration，applicationofadvancedsupportandprotectionandweakexplosion．

Keywords:tunnelengineering；softwallrock；wide－spantunnel；shallowtunnel；measurementmonitoring

西康二线铁路汪梁一号隧道为双线隧道，总长右岸二级阶地，所在内域范围多属四系土，覆盖层薄，最大29m，一般为15~20m；部分地区为裸露云母片岩等变质岩，洞身通过地段云母片岩揉皱发育，节理裂隙发育。隧道所处路线段内不良地质现象为破碎风化岩层，地下水主要为第四系松散层孔隙水与基岩裂隙水。

327m，宽11.66m。隧道地处汉江河谷区，线路于汉江

收稿日期：2011-12-12

作者简介：吕永军（1976-），男，河南漯河人，工程师，副总工程师，e-

mail：zzw4455@163.com.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!筋和混凝土保护层，以防钢筋笼倾倒，当混凝土凿除完成后，采用电动砂轮割除钢筋笼，每次割除钢筋的长度不得大于1m，有效控制割除长度，保证安全。

（1）采取物探及钻探等技术手段对盾构区间线路进一步查明障碍物，提前处理障碍，盾构掘进过程中发现异样应立即查明情况，以防发生刀盘卡死现象；

（2）盾构施工在通过障碍桩处理范围内应降低推进速度，调整通过不均匀地层的盾构姿态，以防发生推进偏差；

（3）做好盾构施工的监控量测及风险管理工作，及时反馈信息，指导施工消除工程风险。

参考文献

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3.3回填施工

障碍桩处理深度达到低于盾构基底标高0.5m后，

停止障碍桩的处理施工，并进行回填施工。回填施工分

3部分：盾构掘进区域内回填粘性土，并采用人工进行

夯实；粘性土回填至盾构机顶部标高上0.8m高度后，采用导管灌注的方法回填M5砂浆约4m，保证盾构机顶进的盾体周围土体强度均匀性；顶部1m保证绿化带根系生长需要，回填粉质粘性土，并恢复绿化。

4工程建议

障碍桩处理完成之后，结合工程实际情况，为避免

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发生类似情况，对盾构掘进施工提出以下建议：

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建筑技术第43卷第2期

1施工难点

（1）施工地质条件差，隧道穿越片状及块状云母

土，核心土长度为3m，第一循环开挖进尺为0.9m；每循环开挖完成后及时进行初期支护，并在拱脚处射喷混凝土大拱脚和3组6根锁脚锚杆，以控制下沉（图1），喷射混凝土封闭；上台阶开挖面掘进5m后，开始中台阶施工。

片岩层，隧道洞口段岩层为堆积层和洪冲积层，岩性为碎石土、粘性土、砂性土，自稳能力差，开挖后易坍塌，属Ⅴ级加强软弱围岩。

（2）开挖截面大，开挖跨度11.6m，形状扁平，不利于结构受力。

（3）埋深浅，洞口段覆土厚只有4～10m，为浅埋隧道，增加了隧道拱顶的不稳定性。

2工艺比选

从目前的隧道施工技术看，适合大跨度软弱围岩

隧道的施工方法主要有：台阶法、双侧壁导坑法及中隔壁法。汪梁一号隧道Ⅴ级软弱围岩设计采用双侧壁导坑法。

根据汪梁一号隧道现场围岩实际情况及其对隧道稳定性影响，对3种施工方法进行比对：由于台阶法施工空间大，方便机械化施工，可多作业面平行作业；在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法；适应不同跨度和多种截面形式，初期支护工序操作便捷。最终确定汪梁一号隧道采用三台阶七步开挖法施工。

（2）开挖隧道中台阶，先开挖中槽部分，两侧拱脚预留宽度不小于2.0马口，左右两侧马口错开2～3m分侧开挖，每循环进尺为1.8m，每循环开挖完成后及时进行初期支护，并在拱脚设喷混凝土大拱脚和锁脚锚杆，以控制下沉，喷射混凝土封闭；上台阶与中台阶开挖面掘进距离为3～5m，便于机械配合作业施工。

（3）开挖隧道下台阶，先开挖中槽部分，两侧拱脚预留宽度不小于2.0马口，左右两侧马口错开2～3m分侧开挖，每循环进尺为1.8m,每循环开挖完成后及时进行初期支护，并在拱脚设喷混凝土大拱脚和锁脚锚杆，以控制下沉，喷射混凝土封闭；中台阶与下台阶开挖面掘进距离为3～5m，便于机械配合作业施工。

（4）开挖隧道仰拱，每循环开挖长度为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，在完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度为4～6m。仰拱与下台阶开挖面掘进距离为15～25m，施工工序如图2所示。

3

3.1

施工工艺

施工支护参数

汪梁一号隧道工程结合隧道洞口地形、地质条件，

对于隧道洞口较差围岩段进洞采用超前注浆预加固，洞内较差围岩采用超前小导管辅助措施进行围岩预加固，并辅以钢拱架等支护措施，以确保施工安全；隧道暗洞衬砌均按新奥法原理组织施工，支护体系结构均采用复合式衬砌，以锚杆加喷射混凝土加钢架为初期支护，模筑钢筋混凝土为二次衬砌。

隧道洞口Ⅴ级围岩加强段采用覫108超前长管棚加覫42超前小导管注浆预加固围岩，管棚长度为30m，环向间距50cm；洞内Ⅴ级围岩段采用覫42超前小导管注水泥-水玻璃双液浆预加固围岩,小导管长3.5m，环向间距50cm，外插角5°~10°，纵向间距2.0m。隧道采用系统锚杆、钢拱架和喷射混凝土初期支护，锚杆为

3.3监控量测

监控量测须紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，

量测数据运用工程类比法及时分析反馈，隧道支护参数须根据量测分析结果及时调整，以保证隧道施工安全。汪梁一号隧道主要观测初期支护拱（墙）脚变化、初期支护拱顶下沉及地表沉降。

各测点取得初读数据后，应按沉降速度和收敛速度选择量测频率；当发现隧道出现异常情况时，说明边坡的位移出现骤然增加，表明边坡已不稳，应加大量测频率并及时调整支护参数。

3.5m长覫25中空注浆锚杆，间距100cm×80cm，18钢拱

架间距80cm，C25喷射混凝土厚25cm，C35钢筋混凝土二次衬砌厚45cm，预留15cm变形量。

3.2三台阶七步开挖法施工工艺

（1）开挖隧道上台阶，高度为3.55m,预留核心

2012年2月吕永军：大跨度软弱围岩隧道施工技术研究··181

序之间安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。

（2）严格按设计要求施作超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。

（3）隧道周边部位应预留30cm人工开挖，其余部位宜采用机械开挖，当局部需爆破时，应采用弱爆破，不得超挖。施工时应严格控制装药量，以减少对围岩的扰动。

（4）初期支护先上后下，分步实施，及时封闭成环，初期支护混凝土强度达到强度设计值的70%以上时进行下一部分开挖。

（5）施工过程中可采用增加拱（墙）脚锁、脚锚杆（管）、增设钢架拱（墙）脚部位纵向连接筋、扩大拱（墙）脚初期支护基础及增设拱（墙）脚槽钢垫板等增强拱（墙）脚承载力等措施控制变形。

4结语

汪梁一号隧道总长327m，全隧道位于Ⅴ级围岩浅

埋地段。设计上采用的双侧壁施工方法对施工操作人员的技术素质要求很高，施工技术难度较大，工序多、转换困难；而且施工造价高，施工周期长。如按原设计组织施工，该隧道不仅会成为亏损工程，还难以保证工期。通过对该隧道实地考察，调整软弱围岩施工方案，采用了工序转换灵活、初期支护工序操作便捷、便于机械化作业的“三台阶七步开挖法”。经该方案调整，使工期压力得到了缓解，并减少了施工投资。

汪梁一号隧道开挖跨度大，埋深浅，隧道围岩较差。在施工过程中，采用超前小导管预注浆加固，采取三台阶七步开挖施工技术，以系统锚杆、喷射混凝土及工字钢架作为初期支护，并按要求对隧道进行了监控量测，同时将量测结果迅速反馈到下一步施工当中，从而确保了隧道施工安全。

参考文献

通过绘制位移-时间变化曲线（图3）可知：（1）若U-t曲线如图3（a）所示趋于平缓，通过数据处理或回归分析，可推算最终位移速率，掌握位移变化规律；

（2）若U-t曲线出现类似图3（b）所示情况，变形有加快发展趋势，表明围岩和支护处于不稳定状态，应停止前方开挖面掘进，及时调整支护参数，超前施做仰拱早封闭成环。

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3.4施工注意事项

（1）三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工

1-6.