浅埋富水强风化泥岩隧道施工工法

发表时间：2020-12-16T14:06:30.517Z 来源：《建筑实践》2020年7月21期 作者： 师恩才

[导读] 隧道工程一般是在水下、地下或者山体中，浅埋富水强风化泥岩隧道施工和其它施工工程相比而言，设计施工要求更加严苛，使施工难度大大增加。 师恩才

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摘要：隧道工程一般是在水下、地下或者山体中，浅埋富水强风化泥岩隧道施工和其它施工工程相比而言，设计施工要求更加严苛，使施工难度大大增加。所以，施工过程中就必须考虑渗透性以及侵害性。本文从浅层富水泥岩段隧道工程的特点入手分析，首先对浅埋富水强风化泥岩隧道施工工法的适用范围与工艺原理进行了阐述，其次着重就该施工法的施工工艺流程、操作要点及施工质量控制措施进行了详细研究，以期为具有类似特点的地质环境隧道工程施工提供一定借鉴。 关键词：浅层富水风化泥岩；隧道施工；工艺；措施 前言

双柏隧道位于云南省楚雄市双柏县妥甸镇，为玉溪至楚雄高速公路控制性工程，隧道横穿山脊，地势起伏较大，坡体植被发育。双柏隧道设计为分离式隧道，左幅全长3615m，右幅全长3575m，为特长隧道。该隧道主要不良地质条件为：连续浅埋、富水强风化泥岩，其特点是浅埋段地表腐殖土侵入洞内，无规则、松散且无自稳性，地下水随着掌子面前进，出水口也跟随掌子面变化，对前方施工安全造成极大的影响，此次施工中采用先进有效的工艺工法、施工设备及管理措施，确保施工安全、质量的同时，保证了掌子面掘进速度，经过实践的不断总结与完善，形成了针对浅埋富水强风化泥岩的隧道施工法，该法重点解决了以下几个问题：（1）富水泥岩流变后引起的围岩变形超限问题；（2）开挖后无法自稳形成小型遛塌，在富水泥岩流化后极易演变成大型坍塌；（3）浅埋段由地表沟渠造成的各种不规则地质构造引起的不均匀沉降或局部坍塌。 1适用范围及工艺原理 1.1适用范围

本工法适用于大断面（开挖半径>5.5m）V级加强段围岩施工，或者同类型地质水文条件下的其它类型地下工程施工。 1.2工艺原理

该法遵循“管超前、弱（不）爆破、严注浆、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，制定浅埋富水强风化泥岩施工方案为：超前物探、超前探水、以排为主、排堵结合、严格控制超前注浆与系统注浆、初支加强及辅助措施并用、仰拱与二衬紧跟。 2施工工艺流程及操作要点 2.1施工工艺流程

施工工艺流程见图2-1。

图2-1施工工艺流程图 2.2操作要点

2.2.1超前地质预报 （1）超前地质预报

用接收天线接收来自地下的反射波并做记录，采用相应的雷达信号处理软件进行数据处理，然后根据处理后的数据图像结合工程地质及地球物理特征进行推断解释，对掌子面前方的工程地质情况（围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况）做出预测。

（2）超前探水兼疏干孔治水

浅埋富水强风化泥岩段隧道施工主要是防止泥岩流化变形，治水效果的好坏直接影响到隧道施工安全，在富水情况下，一般采用30m超前探水（遇塌孔情况可适当减少探水深度），搭接5m，测孔布设在上导，每个断面布3个探测孔，孔深30m，探孔用于探明前方水文情况，发现地下水较大时，于探孔位置安装Ф110透水盲管，延伸至上台阶底部，同时做好隧底临时排水沟及底部防渗透措施，将水引出至后方集水坑，根据水量变化情况有针对性的采用必要的治水措施和手段。当水量稳定在可控范围后，可采用开挖的超前注浆、开挖后径向注浆堵水措施，对地下水进行封堵。

（3）注浆堵水小导管超前及径向注浆

地下水采用小导管注浆的方式进行封堵；富水地段每3m进行一次超前注浆，小导管采用先钻孔后下钢管法施工，钻孔时开孔从工作面最后一榀工字钢拱架上部穿过，打入小导管后，钢管尾部和工字钢架焊接成整体，小导管尾部安装注浆止浆阀，密封圈。止浆墙采用喷射混凝土，掌子面上台阶环形范围，喷10cm厚混凝土进行封闭，采用2台智能制浆注浆一体机进行注浆作业。径向注浆小导管在进行初期支护时同步打设，在开挖下一循环的时候对本循环打设的径向小导管进行注浆作业。注浆用水由隧道高压水管提供，水泥采用普通硅酸盐42.5级水泥，水玻璃浓度30~50Be。注浆配合比：W：C=0.2:1~0.8:1；水泥浆：水玻璃体积比C：S=1:0.3~1:1。注浆压力为0.5~1.0MPa；注浆工艺严格按设计和施工规范进行。 2.2.1开挖方法

为了减少对围岩的扰动，控制围岩变形，同时加快闭合成环工序循环时间，在浅埋富水地强风化泥岩段采用上部弧形导坑预留核心土三台阶法施工。上部弧形导坑采用双钩松土器开挖配合人工修凿；核心土长度同上台阶长度，核心土距拱顶开挖面1.5m，坡脚距拱脚开挖2.5m。中下台阶及仰拱均采用双钩松土器开挖配合人工修凿。各部开挖后及时初喷3~5cm混凝土封闭掌子面，网喷、锚杆、钢架联合支护作业。上导拱脚、中下导墙角增设锁脚锚管，仰拱紧跟下台阶施作，仰拱按照3m每循环进行开挖初支、6m每循环浇筑衬砌填充，使支护闭合成环。上、中台阶开挖后挖掘机将洞渣拔至下台阶，同时上导开始立钢架，挖掘机座于中台阶配合汽车出渣。 2.2.3支护措施

在浅埋富水强风化泥岩地段施工隧道，最重要的是迅速、有效抑制围岩的变形，因此支护措施必须要强，尤其是初期支护措施。施工需注意以下几点：①采用大功率湿喷机械手（25m3/h）湿喷；该类围岩施工关键点是与时间赛跑，据试验数据统计：1榀上台阶拱架喷射砼，现场实际喷射3～4m3，平均时间不超过20min，最快喷射时间为7min，大大缩短支护体系成型时间；该类围岩经常性开挖后失稳形成小型遛塌，处理突发状况时，机械手能迅速抵达现场完成喷射封闭任务；由于机械化作业，施工人员数量减少以及操作人员可以远离掌子面危险区域，施工安全风险也大大降低。②采用智能制浆注浆一体机可提高注浆效率，降低工人操作难度；抑制围岩变形注浆是关键，超前支护与系统注浆均能有效的抑制变形的恶化，超前支护措施能降低掌子面前方失稳的几率，系统注浆可固结支护体系周边，能一定程度的抑制围岩周边应力增加。③浅埋段仰拱基底在地下水影响下，流化后容易导致软硬不均，形成不均匀沉降，致使仰拱填充完成后形成拉裂，导致支护体系二次失稳变形，在仰拱支护过程中，为防止该类问题发生，需对仰拱基底地下水进行集中处理，在仰拱开挖段预留排水纵坡5%并初喷封闭，防止仰拱开挖段积水渗透,在其前方1m处设置集水坑集中抽排，若出现下导拱脚软化或流化现象，需对仰拱进行扩挖，增设纵向槽钢，并采用C15砼回填。 3质量控制措施

3.1支护质量保证措施（1）超前大管棚

管棚采用干钻法施工，以维持围岩稳定。钻孔前，按设计精确画出钻孔位置。控制钻孔角度，尤其是接长钻杆后钻进角度应严格控制。注浆时准确掌握浆液配比和注浆压力。施工时专人统一指挥，加强对围岩进行动态监控量测，实行信息化管理，能有效准确的提供数据并指导现场施工。（2）超前小导管

间距根据围岩情况确定，导管安装前，正确测放出钻眼位置，小导管排间搭接长度不小于1.5m。注浆前喷射混凝土封闭作业面，防止漏浆。注浆材料满足下列要求：浆液流动性好，固结后收缩小，具有良好的粘结力和较高的早期强度；结石体透水性低，抗渗性能好。注浆过程中根据地质、注浆目的等控制注浆压力，注浆终压为注浆压力的2～3倍，派专人做好记录。注浆结束后检查其效果，不合格者补注浆。注浆达到需要的强度后方可进行开挖。注浆顺序由拱脚向拱顶逐管注浆。（3）钢筋网

钢筋直径及网格尺寸符合设计要求。钢筋网与锚杆焊接牢固，网片之间搭接长度不小于5cm。铺设钢筋网前，先在开挖岩面喷射≥4cm混凝土，钢筋网保护层厚度≥2cm，在喷射混凝土时确保钢筋网不晃动。 （4）钢支撑

按设计材料、尺寸制作。安装前根据施工图纸检查验收加工质量，确保钢支撑有足够强度、刚度。安装确保中线、标高、尺寸、安装垂直度与设计相符，安装稳固牢靠。保证钢支撑在衬砌断面以外。安装控制好钢架保护层厚度，外侧保护层不小于4cm，内侧保护层不小于2cm。

（5）喷射混凝土

①喷砼采用湿喷技术。水泥、水、骨料的各项技术指标确保满足规范中有关条款要求。

②控制喷射角度、距离，通常垂直岩面，距离为0.8～1.2m；注意喷射顺序，按照先墙后拱的顺序，做螺旋形喷射，两个喷射环之间需做好衔接，喷射至接近设计厚度的时候，调整喷射速率，保证初支面平整。 3.2仰拱和衬砌质量保证措施

（1）施工前做好地下水的封堵、引排，仰拱及基础部位的浮碴、积水必须清理干净，地基承载力必须满足设计要求，衬砌混凝土必须

在无水情况下进行施作。混凝土灌注前，对钢模台车、钢筋和预埋件进行仔细检查，符合要求后方能灌注。（2）施工中严格控制混凝土坍落度，严禁在现场随意加水，以确保混凝土的密实度及抗裂性。（3）衬砌配筋安装过程中，钢筋头应加塑料套，防止搬运和安装钢筋时碰破防水板，钢筋保护层垫块应均匀安装，强度不低于二衬设计强度，每平米安装数量不少于4个。（4）施工过程中加强过程控制，避免衬砌厚度不足的问题出现。（5）防水混凝土连续灌注，避免冷缝、人字坡出现，施工缝按设计留设，尽量不留或少留。 3.3“不渗、不漏、不裂”质量保证措施 （1）结构防水质量保证措施

①由专业的防水作业工班施作防水层，所有防水施工人员经专门培训，考核合格后上岗。作业队配备专业防水工程技术人员，负责技术指导、施工组织、监督及质量把关。②各种原材料符合国家现行和行业标准的规定，并符合设计要求，使用前向监理工程师上报质量证明文件和试验资料，得到同意后再用于施工，并在施工过程中经常进行检验试验。③混凝土配合比的主要参数，保证符合设计要求和有关技术标准，并通过试验确定。混凝土和防水层施工时，不得带水、带泥作业。④防水层施工过程中，当下道工序或相邻工程同时施工时，对已完成部分加强防护，防止破坏。未采取防护措施，质检工程师有权要求停止其下一工序或相邻工程施工。⑤现场焊接衬砌钢筋时，在钢筋接头与防水层之间用阻燃垫板隔开，防止焊接火花将防水层烧坏。⑥衬砌钢筋安装完成后，再次对防水层进行检查，发现问题，及时处理，确保混凝土灌注前防水层的施工质量。⑦防水工程完成后，严禁在其上凿眼打洞，不得已时则采取稳妥可靠的防水措施，并会同设计、监理单位确定后实施。⑧防水工程的施工工艺严格遵守现行国家及行业规范，并符合设计及招标文件规定。（2）结构混凝土防开裂保证措施

①合理采用双掺技术、严格控制水泥用量。在混凝土中采用双掺技术（即掺粉煤灰和减水剂）。掺入适量粉煤灰和减水剂，减少水泥用量，降低水化热，避免或减轻混凝土的收缩开裂。同时灌注过程中控制施工环境温度和内外温差。在喷射混凝土中掺加合成纤维，提高初期支护的抗裂性能。②严格控制拆模时间和养护。根据不同地段混凝土衬砌的受力状况，满足混凝土最小拆模强度8MPa的要求。拆模后及时喷水养护，养护时间满足相关要求，以防开裂。 总结

综上所述，经现场实践证明，针对浅埋富水强风化泥岩隧道施工，该施工方法在节约材料、保证施工安全和质量的基础上最大程度的缩短了初期支护施工的时间，避免了更换开挖工法、坍塌处理、换拱等情况发生，节约了工期，并且降低了成本，符合现代化的发展要求。可见，如果将该工艺广泛运用于公路及铁路隧道工程施工中，环保、节能、创收效益将更加显著，有着很好的市场前景。参考文献：

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