公路隧道浅埋软岩段施工技术浅析

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摘要：文中结合施工案例，分析了隧道施工过程中产生的病害成因，并提出了相应解决措施，以供参考。

关键词：公路隧道；浅埋软岩段；施工技术

1工程概况

某高速公路隧道设计采用左、右线分离式，隧道左线全长1125m，右线全长1132m。隧道净宽10.25m，按单向两车道设计。隧道地处低山丘陵区，流水侵蚀严重，沟谷发育，隧道进出口位于坡脚地带，属于浅埋软岩地段。隧道最大埋深为116.5m，最小埋深为3.5m。洞身段为强风化泥岩，遇水后强度急剧下降，多呈软塑状，类似于软土，围岩等级为Ⅴ级。隧道所处区域地下水来源主要为裂隙水，受大气降水影响较大，雨季水量大，旱季水量较少。隧道进出口段为浅埋软岩段，隧道围岩松散、自稳能力差，裂隙节理发育，受地表水影响较大。隧道洞口段存在偏压，且施工条件较差，受洞口高边坡影响较大。

2隧道主要病害与成因分析

2.1边坡滑塌

为减少边仰坡开挖支护工作量，减轻对周边植被的破坏程度，隧道进洞施工采用暗挖法。进洞开挖采用全断面开挖法，在进洞后隧道边仰坡出现了多次滑塌事故，严重影响施工进度和施工安全。分析原因主要包括两个方面：一是开挖方法选择不当，全断面开挖工作面大，开挖过程中对围岩扰动大，释放了大量的围岩应力，影响结构的稳定性；二是没有及时对边仰坡开展防护，在不满足进洞条件的情况下强行施工，导致边坡出现滑塌事故。应对措施：隧道进洞施工前，对边仰坡进行刷坡和防护，尽可能避免大挖大刷，通常采用锚杆钢筋网喷射混凝土支护的方式进行防护。边坡支护稳定后再进行开挖，并对浅埋段做好沉降监测。采用分布开挖留核心土法进行开挖，减少开挖断面尺寸，提高围岩结构的稳定性。

2.2塌方、冒顶事故

在隧道左线上导坑开挖进尺达到64m时，隧道洞顶出现掉块、地表下沉严重，发生了塌方、冒顶事故。分析原因是由于该段仍处于浅埋软岩路段，开挖时采取了爆破作业，一次开挖进尺过大，对围岩扰动较大，出现了较大的超挖现象，进而导致出现塌方、冒顶事故。应对措施：为了保证施工安全，施工单位对塌方、冒顶部位采取回填处理，重新压实后再进行开挖支护。在后续开挖过程中严格控制开挖进尺，并采取超前小导管进行超前支护，提高围岩结构的自稳能力。

2.3拱顶沉降、喷射混凝土掉块

在隧道右线施工过程中，出现拱顶沉降量较大的现象，最大变量为20mm/d，拱顶位置出现了小面积塌方，影响正常施工。在初期支护结构施作完成后，隧道受到围岩的挤压作用，两侧壁喷射混凝土出现了掉块，且出现了滴水现象。另外，超前锚杆出现了变形扭曲，造成隧道初期支护结构下部产生了较大变形。分析原因是由于隧道超前地质预报滞后，对隧道围岩基本情况了解不足，没有及时调整超前支护和初期支护参数，由于围岩裂隙较发育，开挖后释放了大量的应力，使隧道围岩和初期支护结构产生了较大变形。应对措施：在开挖前开展超前地质预报，确定掌子面前方围岩和地下水情况，并调整施工方案，对超前支护和初期支护施工参数进行调整，控制围岩变形。另外，在施工过程中加强拱顶下沉、周边位移监测，分析数据确定支护结构对围岩变形的控制效果。如发现围岩变形有增大趋势，及时采取加固措施，并进一步调整支护参数，实行动态施工管理。

2.4拱顶纵向裂缝

在隧道右线施工过程中，出现纵向裂缝，在隧道上部地面也发现一条纵向大裂缝，裂缝走向与隧道基本平行，且裂缝发展速度较快，裂缝最大宽度已达到240mm左右，裂缝长度超过20m。分析原因一方面是由于开裂区域较大范围内存在较深的上层滞水、长期浸泡土体，使土体强度下降，造成土体失稳；另一方面是由于开挖后释放了围岩应力，使隧道上覆土体产生松弛，使上部浅层滑动面产生滑动，进而导致出现了地面裂缝。另外，由于爆破施工产生的扰动较大、初期支护参数选择不当、施工不及时、没有及时封闭成环等原因，使松散岩体的空隙不断被填充，导致产生了一定程度的差异变形，使地表产生开裂。另外，雨水的渗入也加剧了围岩变形，进一步加剧了开裂。应对措施：为了防止裂缝进一步发展破坏，开挖后采用不透水材料进行回填，并开挖截水沟防止地表水渗入。初期支护完工后尽快施作仰拱封闭成环，对初期支护出现变形扭曲、开裂的区域，按照一定间距增设临时支撑，并设置纵向连接钢筋进行补强。另外，还可以对围岩松散区域进行注浆加固，提高围岩的稳定性。

3浅埋软岩段施工技术

3.1进洞方案

（1）边仰坡防护。根据设计要求，对边仰坡、洞口位置进行锚喷防护。所选锚杆为Φ22螺纹钢筋，长度为3.5m，布置间距为1m，采取梅花形布置。钢筋网片选用Φ8盘条，网格尺寸为200mm×200mm，C25喷射混凝土厚度为150mm。（2）套拱施工。套拱位于已开挖的稳定端，通常采用钢拱架、钢筋作为骨架架构，并现浇混凝土或喷射混凝土。钢拱架具有较高的刚度，可提高套拱刚度。套拱内部布置有导向管，可以控制超前小导管的外插角。本项目套拱选用I20工字钢拱架，布置间距为500mm，纵向连接钢筋采用Φ22螺纹钢筋，环向间距为1m，采用C25喷射混凝土。（3）超前小导管施工。超前小导管沿隧道开挖轮廓施作，可加固开挖面周边围岩，减少超挖，防止产生塌方。通过注浆，可以将浆液扩散到围岩孔隙中，在开挖轮廓线外部形成加固圈，进一步提高围岩的稳定性。同时，超前小导管注浆不仅可以加固围岩，还可以通过堵塞围岩内部的孔隙，可用于含有地下水的地层，防止地下水渗流到隧道开挖面，起到堵水的作用。本项目超前小导管设计长度为4m，选用外径为42mm，壁厚3mm热轧无缝钢管加工而成。在管壁四周布置注浆孔，采用梅花形布置，间距为150mm，注浆孔径为8mm。小导管尾端留500mm不加工注浆孔，以防止注浆过程中漏浆。为了便于进行送管施工，小导管前端加工成尖锥形。超前小导管布置范围为138~150°，采用双层布置，环向间距400mm，采用内外交错布置。小导管注浆采用水泥-水玻璃双液注浆，注浆过程中严格控制注浆压力和注浆量。注浆过程中如发生漏浆，应暂停注浆，对漏浆点处理后待水泥浆凝固后再进行注浆。超前小导管施工过程中严格控制外插角，纵向搭接不少于1m。

3.2浅埋洞口段施工

（1）开挖方法。为保证围岩稳定性，采取留核心土环形开挖法。先进行上台阶开挖、并预留100mm变形量，核心土纵向长度为2~3m，两侧环形开挖区域宽3m，以便于进行初期支护施工。（2）主要施工技术。由于隧道洞口段属于浅埋软岩段，为保证围岩稳定性，严格控制开挖进尺，每个循环进尺为0.6~1.0m。每个循环开挖施工前，对开挖面拱部进行超前钻孔注浆，安装早强砂浆超前锚杆。超前锚杆设计长度为3m，布置间距为0.5m，仰角20~30°。采用风动凿岩机钻孔，严格控制装药量，采用预裂爆破，减少对围岩的扰动。开挖后初喷混凝土，安装钢拱架、系统锚杆、钢筋网片，纵向连接钢筋选用Φ22螺纹钢筋。钢拱架选用Ⅰ18型工字钢，纵向间距为750mm，系统锚杆选用Φ22中空注浆锚杆，环向布置间距为1m。钢筋网片选用Φ8盘条，网格尺寸为200mm×200mm。挂网后进行C25喷射混凝土施工，施工过程中严格控制粉尘和回弹。（3）右线洞口处拱脚容易受地下水影响，该区域为泥岩，遇水后稳定性差。采取接长明洞的方式进行处理，将明洞原设计长度为5m变更为18m。明洞施工后进行反压回填，分层回填、分层压实，提高洞口边仰坡的稳定性。为了及时排除隧道洞口处围岩内部的地下水，分别在拱顶和两侧拱腰设置泄水孔。泄水孔选用Φ89钢花管，长度为7m，钢花管上交替布置10mm小孔，间距为150mm，并用土工布进行包裹。

3.3浅埋软岩段上台阶施工技术

该隧道施工采用新奥法，浅埋软岩段采用留核心环向开挖法施工。超前支护采用双层小导管周壁预注浆，小导管长度为3.5m，外插角10~30°，前后两环搭接长度不小于lm。小导管注浆采用水泥-水玻璃双液注浆，注浆4h后采用弱爆破或风镐开挖，尽量减少对围岩的扰动。首先开挖左、右两侧，然后进行拱部开挖，每个开挖循环进尺为600mm。开挖预留核心土，核心土长度为3~5m。开挖完成后立即初喷50mm厚喷射混凝土，然后安装钢拱架、锚杆和钢筋网，喷射混凝土完成初期支护。

3.4浅埋软岩段下台阶施工技术

上台阶施工50m，初期支护结构变形基本稳定后，开始下台阶施工。下台阶开挖必须进行拱脚加固，在上台阶钢拱架拱脚两侧施作4根缩脚锚杆，连接钢板拧紧螺帽，防止下台阶开挖后产生沉降。在钢拱架两侧拱脚纵向布置1根I20工字钢纵梁，将上台阶各榀钢拱架连接为一个整体，防止掉拱，保证下台阶开挖安全。下台阶开挖采用拉中槽跳马口的方式，中槽开挖10~20m后，交替开挖两侧断面，避免开挖后同一断面两侧拱脚同时悬空。开挖完成后及时进行下台阶支护，并尽快施作仰拱封闭成环，提高整体支护结构的稳定性。二次衬砌开挖前拆除I20工字钢纵梁，割断外漏的锚杆等尖锐钢筋，然后进行塑料防水板施工。另外，在公路隧道浅埋软岩段施工过程中，布置测点进行监控量测作业，并及时收集数据分析隧道围岩和初期支护结构的变形和受力情况。如出现较大变形，应及时采取措施进行加固，以防产生安全事故，避免不必要的经济损失，保证施工安全。

4结语

公路隧道浅埋软岩段，地质条件差，围岩自稳能力差，如开挖方法或支护参数选择不当很容易出现大变形，甚至出现塌方事故。在隧道勘察设计阶段，应详细做好地质勘察，为设计与施工方案的制定提供有力依据。对浅埋软岩段，应采用弱爆破或机械开挖、短开挖、强支护的方式进行施工，减少对围岩的扰动，及时施作初期支护，及时封闭成环，尽可能减少围岩和支护结构变形。在施工过程中，开展超前地质预报，在地质情况与设计文件出现较大出入时及时调整施工方案。另外，在施工过程中做好监控量测，根据监测结果及时调整支护参数，确保施工安全。

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作者:曹广荣 单位:山西路桥第六工程有限公司