淺述黃土軟弱圍巖地質(zhì)隧道開挖支護技術(shù)

李小宏

（中鐵一院集團南方工程咨詢監(jiān)理有限公司，甘肅 慶陽745000）

0 前言

隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，高鐵項目建設(shè)是我國近年來建設(shè)重點，對于建設(shè)質(zhì)量、規(guī)模也提出了新的要求，越來越多隧道工程發(fā)展起來，修建隧道中，時常遇到黃土等軟弱圍巖問題。地質(zhì)因素由于較為復(fù)雜，黃土軟弱圍巖穩(wěn)定性差、強度低，隧道工程中難以準確預(yù)測圍巖變形，支護強度也會產(chǎn)生強度不足，難以維系圍巖穩(wěn)定的情況，破壞支護結(jié)構(gòu)，甚至引發(fā)坍塌，影響隧道施工。因此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合黃土軟弱圍巖地質(zhì)情況，利用加強開挖支護的方式，有效控制隧道變形，提升施工安全性的同時，使工程獲得較高的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

某鐵路隧道工程所處位置在黃圖臺塬區(qū)，這一區(qū)域存在的支溝下切較深，呈現(xiàn)出“v”字形，地形較為開闊，兩岸邊坡較陡，存在較大的坡度，存在較多的不良地質(zhì)現(xiàn)象，例如，溜坍、滑坡等，并且具備較為明顯的重力地貌特征，長距離穿越軟塑黃土地段且位于地下水附近，滲水量較大。在工程設(shè)計初期，選擇全斷面鋼拱架結(jié)合錨網(wǎng)噴的方式作為主要的支護模式，對于仰拱，采用的是現(xiàn)澆鋼筋混凝土，通過模注鋼筋混凝土進行二次襯砌。在實際施工環(huán)節(jié)，拱頂?shù)魤K、圍巖沉降、初期支護變形較大，多種工序交叉干擾加大了施工的難度。

2 隧道開挖支護

2．1 影響因素

（1）隧道開挖施工中，由于工程所處環(huán)境較為復(fù)雜，外界因素會影響施工，需結(jié)合工程情況，制定開挖支護措施。黃土地層位置處，存在發(fā)育較為明顯的垂直節(jié)理，表現(xiàn)出濕陷性特征，當(dāng)經(jīng)過水浸泡后，會出現(xiàn)較大的下沉變形量，并且結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出突然性破壞、應(yīng)力釋放較為明顯，在實際開挖過程中，掌子面極為不穩(wěn)定，會出現(xiàn)坍塌等不良現(xiàn)象，存在較大的施工難度，很容易發(fā)生安全性問題。

（2）黏質(zhì)黃土自身抗剪性能以及抗壓強度較好，并具備較高的硬度，當(dāng)其與水相接觸后，會發(fā)生明顯的軟化現(xiàn)象，易產(chǎn)生過量變形。本隧道在穿越地下水位影響區(qū)段，巖體含水率高達33%，呈軟塑狀，開挖后圍巖穩(wěn)定性極差，多次發(fā)生大變形，尤其是在雨水豐沛的雨季，會大大增加施工難度。

2.2 超前地質(zhì)預(yù)報

通過對勘查設(shè)計資料進行詳細的分析，地質(zhì)預(yù)報選擇多種方式進行，包括超前鉆探、物探超前地質(zhì)預(yù)報以及掌子面地質(zhì)素描的方式，深入了解掌子面前方現(xiàn)存問題可能會對實際施工所產(chǎn)生的影響，并對其圍巖地質(zhì)條件進行詳細分析，實現(xiàn)對地質(zhì)問題的事先預(yù)測，并提出工程措施建議，保證施工安全。

2.3 開挖工法

開挖過程中選擇臺階法，按照不同的圍巖級別，實際應(yīng)用的方法也存在較大的差異，利用三臺階法進行Ⅳ級圍巖開挖工作，利用三臺階預(yù)留核心土法進行Ⅴ級圍巖開挖工作，也可以選擇三臺階臨時仰拱法進行開挖，本項目兩座高風(fēng)險隧道在特殊地段設(shè)計有CRD及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

2.4 支護措施

2.4.1 超前支護隧道暗洞進洞拱部設(shè)一環(huán)長Ф108管棚，環(huán)向間距為0.4米，管棚長30米；在洞身段拱部位置的140°范圍內(nèi)選擇長度為3.5米，Ф42小導(dǎo)管實施超前支護，縱向搭接≥1米，外插角10至15°，環(huán)向間距為0.4米。洞內(nèi)特殊地段可采用108管棚進行超前支護，段落較長時可多次搭接施作。

2．4．2 初期支護

選擇鋼拱架支護結(jié)合錨網(wǎng)噴的方式進行初期支護，開挖后進行初噴混凝土封閉圍巖斷面，根據(jù)開挖工法，分節(jié)段安裝型鋼拱架，邊墻系統(tǒng)錨桿、掛雙層鋼筋網(wǎng)、拱架連接穩(wěn)固，底部位置處，每側(cè)安裝鋼架與鎖腳錨管，通過焊接的方式進行鎖定，隱蔽工程驗收合格后完成后復(fù)噴混凝土，確?；炷帘砻婀饣秸?，并且，仰拱初支做好初支封閉成環(huán)。

2．4．3 仰拱、襯砌

仰拱采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，仰拱緊跟開挖工作面施作，仰拱澆筑初凝后再進行仰拱填充施工。

二次襯砌采用模注鋼筋混凝土，根據(jù)隧道圍巖量測及斷面檢測情況確定施工時間，二襯回填注漿采用縱向預(yù)貼注漿管道法，在二襯施工完成后兩小時開始注漿施工，防止拱頂空洞。

2．5 特殊區(qū)段圍巖加固

2．5．1 地表降水

降水設(shè)備主要由深井井管和潛水泵等組成，鉆進至設(shè)計標高后，將鉆桿提至離孔底50 cm處進行沖孔，安裝井管前測量深度符合設(shè)計要求，開始下井管。降水井設(shè)備安裝完成后，即可開始抽水。過程中做好降水井靜水位、降水過程中動水位、單井涌水量、降水時間、隧道掌子面滲水量、掌子面巖體含水率的監(jiān)測記錄。

2.5.2 帷幕注漿

為確保掌子面開挖穩(wěn)定性，采取帷幕注漿工藝固化巖體輔助施工，在掌子面設(shè)置寬2.0 m止?jié){墻，背后空腔采用水泥砂漿回填。止?jié){墻墻體周邊與初支內(nèi)緣線的接觸面要密貼連接牢固，每循環(huán)加固長度為25 m（不含止?jié){墻）。注漿材料一般以PO42.5硅酸鹽水泥加水玻璃雙液漿為主、PO42.5普通硅酸鹽水泥單液漿為輔助，通常情況下注漿壓力表現(xiàn)為，注漿環(huán)節(jié)壓力會逐漸增大，流量會呈現(xiàn)出下降的趨勢，當(dāng)達到設(shè)計壓力后，需要穩(wěn)壓十分鐘，然后注漿完成。

2．5．3 袖閥管注漿

為確保隧道開挖支護施工安全，隧道軟塑段落采用剛性袖閥管垂直注漿，對隧道洞身開挖區(qū)域及開挖輪廓線外一定范圍進行地表超前預(yù)注漿加固。

根據(jù)地質(zhì)勘探，對不同含水率正洞地表范圍內(nèi)注漿孔設(shè)計排間距采取1.8 m×1.8 m、2.0 m×2.0 m、2.25 m×2.25 m等腰三角形布置，選擇壁厚3.5毫米、φ76毫米無縫鋼管進行剛性袖閥管的現(xiàn)場加工制作。完成袖閥管安設(shè)后，下入水囊式止?jié){塞，將止?jié){塞加壓至3MPa時，進行注漿操作，直至達到設(shè)計要求，注漿結(jié)束。

因為地層不均勻時，每層的透水性也會存在較大的差異，注漿效果也會存在不同，因此需要針對性的進行注漿，從而保證注漿效果，滿足設(shè)計要求。

2．5．4 應(yīng)用與驗證

通過隧道軟塑黃土地段施工理論分析及現(xiàn)場采取的施工措施得出如下主要結(jié)論：

（1）黃土隧道施工要嚴格控制進尺，盡快施做初期支護并盡早封閉成環(huán)。

（2）黃土隧道圍巖遇水后軟化，其抗剪性和抗壓性都有顯著變化，針對軟塑黃土段施工，要及時抽排積水，并采取相關(guān)措施，降低含水率，確保安全。

（3）帷幕注漿是在洞內(nèi)掌子面處采取的措施加固圍巖，可保證隧道開挖，但是施工周期較長，易造成工期風(fēng)險，不宜長段落采用。

（4）地表注漿及地表降水均可超前施作，不影響洞內(nèi)施工，但降水的效果的周期長，對于埋深較大的隧道地表剛性袖閥管注漿造價較高。應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)鉆探結(jié)果，采取對應(yīng)措施，提前進行施工，確保達到預(yù)期處理效果，保證隧道施工安全。

3 結(jié)語

綜上所述，隧道工程施工中，應(yīng)重點考慮黃土等軟弱圍巖問題，尤其是我國工程建設(shè)的發(fā)展下，對于隧道質(zhì)量提出了新的要求。因此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實際情況，明確工程影響因素及變形情況，通過控制噴射砼、錨桿支護、鋼架與鋼筋網(wǎng)的方式，提高圍巖強度，穩(wěn)定巖體變形，從而保證隧道工程施工順利完成，滿足工程質(zhì)量規(guī)范需求。