偏压、浅埋隧道施工技术

四公司 段绍和

【摘 要】 渝怀铁路30标DK524+600~DK536+000段隧道地质条件差，傍山偏压浅埋，覆盖层薄，围岩变化复杂。以该段几个隧道为实例，通过对开挖、爆破、支护等一系列技术处理，实现了安全、可靠、经济的预期目的，确保了隧道不渗不漏。 【关键词】 偏压 浅埋 隧道 支护

1 工程概况

渝怀铁路30标DK524+600~DK536+000段属低山河谷地区，自然坡度15~50°。地表覆盖较差，分别为块石土、碎石土，下伏风化页岩。隧道岩体破碎，节理发育，围岩的自稳能力较差。偏压浅埋分布广，共6个隧道，偏压区段共5段151米，主要集中在洞口段，浅埋区段共4段165米。

偏压浅埋隧道围岩概况表

序号 中心里程 隧道名称 凉水井隧道 全长(m) 995 Ⅳ级偏压(m) 20 20 Ⅴ级偏压(m) 15 25 65 26 131 偏压自浅埋然横坡 段(m) 1：2 1：1.5 1：2 1：2 1：1.5 15 20 90 40 165 备注 出口偏压兼浅埋 1 DK525+627.5 2 3 DK530+878 DK531+252 屯上1号隧道 184 屯上3号隧道 184 进口 进口偏压，过沟偏压兼浅埋 4 DK531+581.5 屯上4号隧道 315 5 6 DK532+567 DK533+959 合计 2 施工方案

大董隧道 半坡隧道 546 1278 洞身过沟 进口偏压，洞身过沟浅埋 进口 根据各个隧道施工的具体实际情况，针对偏压浅埋段的施工，主要从以下几方面入手： （1）开挖：主要采用短台阶法施工，台阶长度4~10米；如岩层软弱，则可上部预留核心土，环形开挖，下部分层分侧开挖等。

（2）循环进尺：根据隧道掌子面围岩的地质情况，在不同的机械设备配备下和不同的围岩中调整爆破的各种参数，以减少对围岩的扰动、控制超欠挖和选择合理的循环进尺。

（3）支护：提高各种支护的质量，及时实施超前支护和系统支护是防止软弱围岩坍塌的关键。 （4）衬砌：仰拱先行，使支护形成环向闭合的体系，尽早施作拱墙衬砌，以及时控制软弱围岩和施工支护的变形。

（5）监控观测：加强地表和洞内的动态观测，及时反馈信息，调整施工参数。 3 施工方法

3.1 偏压隧道洞口段的施工

本段偏压隧道特点：洞顶覆盖层较薄，地面横坡较陡，围岩级别较高，隧道承受显著不对称荷载。

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屯上3号隧道进口DK531+160~+225段为严重风化页岩，节理发育，地表自然横坡1：2，覆盖层厚度2~12米，设计为Ⅴ级偏压（1：2），其中 DK531+193~+216.5为山坡冲沟。9月份正值雨水较多季节，为确保安全进洞，制定并实施了以下方案： （1）施做洞顶环状天沟，截断地表水流，并人工清刷边坡。 （2）对洞口边仰坡进行加固。仰坡采用锚网喷支护：初喷C20砼8cm，锚杆采用Φ22砂浆锚杆，长L=3.0米，梅花型布置@1.5×1.5米，钢筋网φ8，间距20×20 cm。边坡锚喷支护。 （3）沿拱部开挖轮廓线外40 cm，按间距40 cm梅花型布置两排Φ42注浆小导管，L=3.5米，外插角20°，以锁固洞口。 （4）超前支护：沿拱部开挖外轮廓做Φ42小导管，L=3.5米，22根/环，2m/环外插角5~12°，采用单液水泥浆加固岩体。 （5）开挖：上导坑底面标高控制在起拱线位置。为减少对围岩的扰动，上半断面弧形导坑和下半断面均采用光面爆破。爆破周边眼间隔装药，周边眼和底板眼均采用反向不偶合装药，不偶合系数1.9，药卷采用φ25小直径。

洞口段2米范围加密至0.6m/榀。下半断面待上半断面掘进10米后进行，采用分层开挖，第一层台阶高度约2.5米，第二层台阶至边墙脚，台阶纵向差2~3米。每一层开挖后，立即接长格栅钢架和喷砼作业。循环进尺以格栅钢架间距为准。 （6）施工支护：设拱墙格栅钢架，间距0.8~1.2米，锚网喷封闭岩层面。喷C20砼拱部厚度12cm，边墙7 cm，格栅位置处喷砼需覆盖全部钢筋；径向锚杆Φ22，L=3.0米，10根/环。开挖后及时进行锚喷支护，先初喷一层混凝土，出碴，安装格栅钢架，间距0.6~1.0m，然后钻孔安装锚杆和挂网，格栅分节处设Φ22锁脚锚杆（端部作成弯勾桩）。锚杆、钢筋网和格栅钢架焊成一整体，最后复喷C20砼至设计厚度。注意格栅需与超前小导管尾部焊接在一起。 当上导坑开挖至DK531+195，下导坑掘进至DK531+188，仰拱及边墙基础已施做15米时，连续几天大雨，造成洞顶地表DK531+180中线桩向河偏移3.1cm，地表DK531+178~+188线路中线靠山侧出现纵向裂缝，缝宽1~3 cm；洞内DK531+170~+173靠河侧起拱线出现3米长的纵向裂缝，缝宽1~2 cm，并有发展趋势。分析原因：隧道开挖洞室后，周围松散层产生了微量变形，在遭受雨水浸泡后，岩层间摩擦角减小，致使靠山侧压力增大，洞室受挤压开裂。根据上述情况，实施了以下方案：

（1） 停止开挖工序，减少对围岩的扰动。

（2） 洞内裂缝处用喷砼封闭，并注意观测，洞顶增加两个观测桩。 （3） 在DK531+170~+176格栅钢架处加设六根φ100mm的钢管过河撑。 （4） 加快简易衬砌台车的拼装进度。

（5） 待台车拼好后，迅速拆除三榀过河撑，推衬砌台车到DK531+166~+173.5就位。全环拱墙自行加设φ8钢筋网，并首环拱墙衬砌砼强度提高为C25，以增加衬砌砼的抗裂性。泵送混凝土，拱墙衬砌一次成型。连续施工了四环衬砌DK531+160~+187，大大改善了围岩的受力状况，地表的裂缝也没再继续发展。

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（6） 在DK531+205山沟处，采用浆砌流水面，并5cm砂浆抹边封闭，以防地表水下渗。自DK531+187起，每开挖一段（8米），立即衬砌一段。 （7） 屯上3号隧道洞口段施工难点在于山体陡，为典型的偏压浅埋，雨水的影响较大。施工中坚持了“短进尺、弱爆破、早衬砌、勤观测”的施工原则，安全渡过了该不良地质段。 凉水井隧道出口偏压段开挖实际地质为松散碎石土，上部预留核心土，环形开挖，下部分层分侧开挖。人力风镐，每开挖支护1米，用工字钢横撑加于拱脚处，并及时衬砌。 大董隧道进口偏压段实际开挖地质为碎石土，局部长年受地下水软化，层间夹泥，自稳能力差，由于成孔困难，采用Φ25自进式锚杆辅以小导管作超前支护，Φ小导管斜向45°注浆，困难地段格栅钢架改为工字钢架，以加强支护的刚度。 3.2 浅埋隧道的施工 屯上4号隧道浅埋段设计为Ⅴ级围岩，上覆碎石土，下付风化页岩，正处于山坡一冲沟下面，冲沟中心里程DK531+620，冲沟系松散土石堆积而成，地面横向坡度约1：2.5，最薄处洞顶覆盖层仅4米，洞顶土体很难形成自承体系。该段采用短台阶法施工，台阶长度7米；上部预留核心土，环形开挖，下部分层开挖。 （1）上导坑开挖实际地质：拱腰以上为堆积体，以下为风化页岩，由于常年手冲沟水流下渗，岩体 3 软化，层理间结合力较差。为减少对围岩的扰动，在超前支护的作用下，人力风镐环形开挖，循环进尺控制在0.6~0.8米。

（2）采用小导管超前支护及格栅钢架结合锚网喷联合支护。小导管注浆浆液采用单液注浆，单根小导管注浆量为0.2m，以确保岩层间隙胶结良好。注浆结束8h后即进行下一循环开挖。 （3）开挖后立即初喷5cm混凝土封闭裸露岩面，并迅速打φ22径向锚杆、挂网和架设格栅钢架，格栅钢架之间环向每米设φ22纵向连接筋，然后复喷7cm混凝土至完全覆盖格栅钢架。 （4）格栅钢架的布设密度：DK532+575~+600段1榀/1m，DK532+600~+630段1榀/0.6m，DK532+630~+645段1榀/0.8m，DK532+645~+665段1榀/1m。 （5）下部开挖时，为避免围岩暴露面大造成坍塌，分上下两层台阶开挖。开挖后初喷4cm混凝土封闭裸露岩面，设格栅钢架，复喷3cm混凝土，各层间格栅钢架连接牢固。下部每开挖出7米，立即跟进灌注仰拱和拱墙衬砌6米，直到完全通过浅埋段。 （6）在施工过程中，一遇上雨天，DK532+620右侧拱腰处渗水成大股流下，致使整个隧道各种工序均处于停顿状态。为确保安全、不留隐患，采用了“堵排结合”的办法：DK532+617~+623拱部采用Φ42小导管压浆堵水，单根小导管注浆量约为0.3m；拱墙衬砌前，6米范围内加密铺设3环环向透水软管，4根/环，接集中渗水，并铺设拱墙CCR防水板，排向隧道排水沟，形成通畅的排水体系，确保隧道不渗不漏。 33 大董隧道浅埋段采用小管棚（Φ42注浆小导管+格栅钢架），结合锚网喷和护拱支护安全通过。 4 注浆小导管施工工艺 4 小导管选用Φ42、壁厚3.5mm热轧钢管，长度3.5m,环向间距0.3~0.4 m，每环22根，每根3.5 m，纵向间距2 m。小导管前端焊成尖锥形，管壁每隔20cm梅花型交错钻φ8mm圆孔，小导管尾部1.5米范围不钻孔。小导管布置在开挖轮廓线外。

小导管采用钻孔打入法，注浆前用高压风清洗管内土石，并喷射5cm砼封闭工作面作为止浆墙。注浆过程中注意检查出浆情况，根据注浆量（每根小导管注浆量不少于0.1m）和注浆压力（0.5~1.0MPa）的情况决定终止注浆时间。小导管尾部与格栅钢架焊接在一起，并在开挖时，控制合理的循环进尺，两环小导管搭接长度不小于1 m。以发挥小导管的桥梁作用。在成孔困难地段，建议在小导管前端焊接一个简易的一次性钻头，从而将钻孔和顶管同时完成，缩短导管安装时间，并减少成本投入。 5 结束语

（1）由于钢纤维喷砼具有较高的韧性，在素喷砼部分开裂的情况下，还能传递轴力、剪力和弯矩，在偏压浅埋隧道施工中，建议喷砼加入钢纤维，以提高喷砼的质量，减少喷砼的回弹量，并充分发挥喷砼的作用。

（2）在软弱围岩，特别是堆积岩体施工中，建议格栅钢架改为工字钢架，以增加支护的刚度，以控制围岩的变形。

（3）坚持“预加固、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤观测”的施工原则，及时掌握围岩的动态情况，选择合理的循环进尺，确保施工支护的质量，才能安全平稳渡过不良地质段。

（4）在偏压浅埋隧道施工中，尽早施做整体式衬砌，以有效控制围岩的变形。

（5）根据围岩的地质情况调整光面爆破参数，科学、经济安排不同围岩的合理循环进尺，进一步提高施工进度和控制超欠挖，以达到高效、经济施工的目的。

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