淺談淺埋軟土隧道施工技術的應用

摘要：在淺埋軟土隧道施工中，采用長、大鎖腳鋼管技術加強初期支護，改變以往的施工思路，在“CD”法或“CRD”法外采用較常規的三臺階預留核心土法輔以大幅度加強初支鎖腳和初支整體連接的方式來控制淺埋軟弱圍巖中隧道的初支下沉變形。文章對淺埋軟土隧道施工技術的應用進行了探討。

關鍵詞：淺埋軟土隧道；初期支護；長、大鎖腳鋼管；縱向工字鋼托梁；施工技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2017）06-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.032

目前我國基礎設施建設仍處于高速發展階段，公路、鐵路建設是其中重要組成，大多鐵路、公路線均有隧道工程，其中淺埋軟土圍巖隧道施工也比較常見。本文根據某隧道水文及地質特點，對淺埋軟土隧道初期支護施工進行創新及推廣，通過采用較易行的施工工法輔以特殊的初支加強措施，以提高項目的經濟性和安全性，實現隧道施工的穩步快速推進。

1 某淺埋軟土隧道工程概況

1.1 設計情況

該隧道為雙向四車道隧道、隧道圍巖由石炭系石英砂巖、砂巖、礫巖、粉砂巖、泥巖夾煤層及侵入巖—中粗粒斑狀黑云二長花崗巖組成，其中進口段為全風化～強風化，表部分布薄層殘坡積松散碎石土，巖石風化強烈，結構較破碎，圍巖穩定性差。

暗洞淺埋軟土（洞頂埋深為3～25m）樁號范圍：進口左線ZK156+150～ZK156+260、進口右線K156+145～K156+240，左、右線淺埋軟土段落共計205m。隧道洞口段各設有30m長Φ108*6mm大管棚進行超前支護。

1.2 施工情況

根據施工計劃和工期進度安排，該隧道左、右洞掌子面分別正常掘進21m、28m后，進入春雨季節施工。地表、地下水發育，洞內圍巖呈飽和液性土狀，洞頂及洞內初支監控量測數據持續超過預警值，初支出現開裂現象。施工單位隨即停止開挖掘進并將現場情況上報，對已施工的初支段采取注漿、增設縱橫向工字鋼支架的方式進行加固，阻緩初支變形的進一步發展。而后業主單位組織召開了專家論證會，分析因持續降雨，滲水量大，從而導致覆蓋層土體含水飽和，土體重量增加，土體喪失黏聚力及自穩能力，從而導致初支荷載急增，初支開裂。會上專家提出，淺埋軟土圍巖隧道遇水后完全喪失自穩能力，并不適用新奧法施工。對后續淺埋軟土圍巖段初支施工，建議采取以鋼架拱腳設長、大鎖腳鋼管的初支加強技術來抵抗圍巖的荷載。經驗證，施工單位在剩余的淺埋軟土圍巖段施工中，靈活運用了該技術，初支變形始終處于可控的狀態，施工組織得以正常有序推進。

2 長、大鎖腳鋼管技術施工原則

由于該工程質量要求高、工期緊，淺埋軟土圍巖段落長，在三臺階預留核心土法的基礎上進行工法改進，涉及到相關工序優化安排及機械設備選擇，對長、大鎖腳鋼管施工提出了更高的技術要求。在施工過程中，要尤其重視觀察初支外觀的變化及監測數據的整理分析。遵循的最基本原則確保初期支護變形處于安全、可控狀態前提下，總結各項技術參數，把握長、大鎖腳鋼管最佳施作時機，靈活組織施工。在征求相關專家同意的前提下，對鋼管直徑、長度、數量、施打時間等技術參數及時調整，嚴禁冒進作業。

3 長、大鎖腳鋼管施工規程

3.1 施工工藝

該隧道進洞施工采用三臺階預留核心土工法開挖，由于需預留核心土，存在施工作業空間限制，潛孔鉆機無法擺放。故上臺階施工時，長、大鎖腳錨管的施工會滯后掌子面4～5m；中、下臺施工則不受影響，可隨每循環初支同步進行。進行上臺初支立架時應充分考慮初支變形下沉量，尤其是鎖腳鋼管施作前的變化，充分理解鎖腳鋼管技術應用目的在于鎖腳鋼管施作后至襯砌施工封閉期間，有效抑制淺埋軟弱隧道初支的持續變形，為下一步開挖初支提供安全、質量保障。

在軟弱淺埋圍巖中，長、大鎖腳鋼管雖對抑制初支下沉和變形有不錯的效果，但初支變形仍會緩慢持續發展，所以尤其要重視初襯的及時成環和二襯施工及時施作，嚴格把安全步距控制在規范允許范圍內。

3.2 工藝流程

3.2.1 鋼管制作。鎖腳鋼管管全部在鋼構廠統一加工，采用L=6m，Φ89*6mm熱軋無縫熱軋鋼管制成，在前部鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距20cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部不鉆孔長度0.6m，作為止漿段。

3.2.2 設置縱向工字鋼托梁。縱向工字鋼托梁采用I16型鋼切割制作而成，長50cm（根據鋼架間距調整）。焊接于前后2榀工字鋼拱腳上方40cm處的腹板之間。初支立架時注意縱向工字鋼與鋼架腹板間的縫隙應盡量小，縫隙采用鋼板或鋼筋進行塞焊，焊縫需飽滿緊密中、下臺焊縫質量關系著初支與長、大鎖腳鋼管的能否形成一個有效的整體進行受力，是該技術的關鍵要點之一，嚴禁漏焊、虛焊。

因上臺長、大鎖腳鋼管施工會略滯后于上臺初支施工，焊接于2榀鋼架間的縱向工字鋼中部正下方位置需點焊預留Φ8mm鋼筋作為標識，鋼筋頭長度滿足初支噴砼厚外露砼面2～3cm，以便后續長、大鎖腳鋼管安裝時準確定位。為提高工效，中、下臺長、大鎖腳鋼管施工時機可根據監測數據分析及現場施工組織情況把握。可隨中、下臺初支立架即時施作，也可待初支完成后幾個循環段集中一次施作（應注意參照上臺長、大鎖腳鋼管施工預留Φ8mm鋼筋作為打設孔位的標識），但推后作業的施工段落不宜過長。

3.2.3 鉆孔、安裝。鎖腳鋼管鉆孔采用潛孔鉆機成孔，孔位緊貼于縱向工字鋼托梁中部的正下方位置，孔深不小于6.1m，外插角15°～20°。鋼管頂入長度應保證尾部剛好露出初支砼表面為準，避免影響后續防水層施工，鋼管頂入后尾部焊接注漿管頭，用錨固劑或塑料膠泥封堵孔口及周圍縫隙。

下附長、大鎖腳鋼管安裝位置示意圖如圖2所示：

3.2.4 注漿。注漿作業應提前做好準備，在鎖腳鋼管安裝完成后立即進行。注漿作業能提高鋼管管身剛度且能固結初支背后圍巖，極大地提升初支、鎖腳鋼管、圍巖間的整體性，是長、大鎖腳鋼管技術施工過程中不可或缺的一環。

注漿材料及參數：注漿材料：水泥漿。注漿參數：（1）水泥漿液水灰比1∶1（重量比）；（2）注漿壓力：0.5～1.0MPa。

注漿前進行壓水試驗，檢查機械設備是否正常，管路連接是否正確。注漿量先大后小，注漿壓力由小到大。單孔注漿壓力達到設計要求值，持續注漿10min且進漿速度為開始進漿速度的1/4或進漿量達到設計進漿量的80%及以上時注漿方可結束。出漿口與小導管間需連接牢固，采用契形鋼管包布打入或絲扣連接，保證高壓狀態下不崩管。漿液在攪拌桶中按配合比配置攪拌，放入儲漿桶中并應過濾，一次放漿不宜過多，攪拌桶中漿液不得停止攪拌。

注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿，做好注漿記錄，以便分析注漿效果。

值得注意的是，為加快漿體凝結時間，盡早形成強度，在其他類似工況中，運用該技術時，也可考慮使用水泥-水玻璃雙液漿。

4 淺埋軟土隧道初期支護施工中長、大鎖腳鋼管技術

淺埋軟土隧道初期支護施工中長、大鎖腳鋼管技術是一種抑制初支下沉變形的加強技術，應根據現場圍巖情況、初支變形情況對鋼管直徑、長度、數量、施作時機等技術參數及時調整。實踐過程中要用到潛孔鉆機進行成孔、安裝作業，考慮到潛孔鉆機使用成本，當淺埋軟弱圍巖需加強段落長度越長時經濟效益越可觀。當然，該項技術在其他類似的不良地質條件下，也可考慮作為一項常規的洞身初支加強技術。

軟弱圍巖施工需高度重視初支各項工序施工質量，切實做好監控量測工作，按方案進行數據的整理、分析，為長鎖腳錨管的施作時間及實際效果提供依據，確保施工進度達到預期、提升安全效益。為提高施工效率，中、下臺初支施工時可根據監控量測數據情況合理調整鎖腳鋼管的施作時間，當監測數據顯示變形可控且初支變形量富余較大時，鎖腳鋼管施工可略滯后初支施工，劃分段落集中進行施作。

通過設置縱向工字鋼托梁加強初支的整體連接并對下設的鋼管鎖腳起到鎖定作用，長、大鎖腳鋼管與常規的Φ42*3.5mm鋼管鎖腳相比，極大地增加了鎖腳對初支下沉變形的抵抗力。在淺埋軟弱圍巖進洞施工中，采用較常規的三臺階預留核心土法，輔以打設較大鋼管鎖腳和設置工字鋼托梁控制初支變形，與傳統的“CD”法或“CRD”法相比，其工藝簡單、質量可控、成本低廉、進度快速。

5 結語

該隧道前期施工中，監控量測數據長期處于預警狀態，初支變形大，出現不同程度的侵限情況。后經專家研究決定采用較常規的三臺階預留核心土法施工輔以長、大鎖腳鋼管加強措施后，有效地抑制住淺埋軟弱圍巖中初支變形的持續發展，現場施工恢復正常，施工進度穩步安全推進。這說明該項設計具有重大的應用價值，可以被應用于相似的隧道建設中。施工人員也可以在實際施工過程中，對相關內容進行創新與改進，對各項技術參數和施工步序進行動態調整，不斷積累總結經驗，以便更好地促進該技術的發展。

參考文獻

[1] 童磊.軟土淺埋隧道變形、滲流及固結性狀研究[D].浙江大學，2010.

[2] 黃興華.軟弱圍巖條件下的淺埋隧道施工研究[D].湖南大學，2009.

作者簡介：李文剛（1982-），男，江西樟樹人，中鐵四局集團第五工程有限公司工程師，研究方向：鐵道工程。

（責任編輯：黃銀芳）