淺埋軟弱圍巖下隧道施工工藝及支護施工技術

田志宏

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162）

1 淺埋軟弱圍巖隧道介紹

1）軟弱圍巖的特征 軟弱圍巖具有巖質軟弱、承載力低、節理裂隙發育、結構破碎等特點，以V、VI級圍巖為主，部分為IV級圍巖。

2）淺埋隧道的特征 相對于深埋隧道，淺埋隧道的主要問題在于開挖時不能形成承壓拱，隧道上方往往存在嚴重的風化問題，穩定性較差，極易受到地表水的影響，開挖后若不及時支護，極易造成拱頂掉塊、坍塌等地質災害。

綜上，淺埋軟弱圍巖隧道水文地質條件差、圍巖自穩能力差，部分隧道需穿越既有建（構）筑物，若開挖、支護方法不當，極易出現初期支護變形、崩塌等問題。對此，必須加強隧道開挖方法、超前預加固、支護方式、圍巖穩定性控制、監控量測等方面的研究分析，切實保障隧道作業安全。

2 施工工藝及支護施工技術

2.1 施工工藝

在淺埋軟弱圍巖下的隧道施工前，需根據隧道長度、斷面形狀、工程地質及周邊環境合理選擇施工工藝，無論是開挖還是支護等方法均需慎重比選。總的來看，可將其施工工藝概括為以下3種。

1）明挖法 此方法施工簡單、方便、經濟、安全，關鍵工序包括:①降低地下水位；②邊坡支護；③土方開挖；④結構施工；⑤防水作業。我國城市隧道發展初期將此方法作為施工首選開挖技術，但其對周邊環境影響較大，現主要用于軟弱淺埋隧道，且要求周邊地表建筑物較少。

秸稈生物反應堆試驗地點分為兩處，一處位于朱林鎮紅旗圩村申豐鄉村大世界的現代蔬菜產業園，另一處位于金壇市直溪鎮呂坵村。紅旗圩處做了西瓜品種早佳8424、甜瓜品種DFM應用試驗，呂坵村做了紅香芋品種為脫毒紅香芋的應用試驗，兩處都是鋼架大棚。試驗均用稻草秸稈為材料，方法采用行內內置式反應堆。供試菌種和疫苗均來自山東天合生物工程技術有限公司生產。

2）暗挖法 此方法適用于無法采用明挖法施工的隧道，主要采用“新奧法”施工原理，遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”施工原則，采用管棚、小導管進行超前支護，增強圍巖自穩能力，開挖進尺過程中做好初期支護工作，做好防水層后再做二次襯砌。

3）蓋挖法 此方法適用于隧道穿越公路、建筑等障礙物施工，主要是從地面開挖至一定深度后封閉頂部，然后完成其余下部工程，具體可分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法。

上述3種方法各有優缺點與適用范圍，實際工程中應根據項目情況進行合理比選。

2.2 淺埋軟弱圍巖下隧道開挖斷面形式

淺埋軟弱圍巖下隧道開挖斷面形式較多，下面重點就臺階法、CD（側壁導坑）法、雙側壁導坑開挖法作簡要分析。

1）臺階法 隧道臺階法開挖施工相對靈活，可采用大型機械設備，將其用于淺埋軟弱圍巖地段，需合理調整施工方法，如分散爆破、超前施作混凝土仰拱等，切實保證作業安全、穩定，同時在保證工期方面具有較大優勢。

2）中壁法（CD法） 在掌子面不穩、埋深淺、圍巖差的隧道工程中CD法使用較多，其縱向分割斷面、開挖斷面相對較小，在保證掌子面穩定方面具有優勢。此方法施工難度小、工序少、進度快、造價低，步步成環，配合超前支護手段，可有效保證結構受力良好，安全性高。

3）雙側壁導坑開挖法 此方法較多用于埋深超淺、圍巖特別差的隧道工程中，其分割斷面細，通過超前導坑探明前方地質情況，在保證掌子面穩定、控制地面沉降方面優勢顯著。但此方法工序較為復雜，無法使用大型機械，施工速度較慢。

2.3 淺埋軟弱圍巖下隧道支護技術

2.3.1 超前支護技術

淺埋軟弱圍巖下隧道施工需解決的首要問題是掌子面的穩定性，超前支護是不可缺少的手段，工程實踐中多采用管棚或超前導管法，開挖前在隧道開挖輪廓線外弧線上安裝傘形金屬保護棚架（由大慣性力矩鋼管構成），然后打入金屬鋼管，使用注漿機壓入水泥砂漿，待其凝固后方可開挖施工。

2.3.2 初期支護技術

現代支護理念認為，所有結構性巖層均具備自穩能力。因此，在進行支護施工時，需將其與圍巖看作統一的整體。當前，我國初期支護主要采用噴錨支護體系，根據實際需要包括以下幾種技術方法:①噴射混凝土支護，包括“干噴”和“濕噴”2種；②錨桿支護，包括普通錨桿和預應力錨桿；③噴射混凝土錨桿支護，噴射混凝土+錨桿；④鋼筋網噴射混凝土支護，噴射混凝土中設鋼筋網，增強了噴層整體性、抗彎與抗剪能力；⑤鋼筋網噴射混凝土錨桿支護，即鋼筋網噴射混凝土+錨桿。

3 實例探析

3.1 工程概況

本標起止里程為:ZK1+220—ZK1+738、YK1+224—YK1＋740，左線長518m，右線長516m，位于湖里區高崎段附近，場地原始地貌位于海陸交互地段。主線隧道限界凈寬為10.5m，三車道隧道限界凈寬為14.5m，A匝道隧道限界凈寬為9.7m，緊急停車帶隧道限界凈寬為13.5m，車行橫洞建筑限界凈寬4.5m，人行橫洞建筑限界凈寬2.0m，凈高2.5m。

3.2 隧道施工方案總體思路

結合本隧道的特點、場地條件和施工難易度、工期、交通組織與相關施工經驗，隧道施工主要采取明挖暗埋和淺埋暗挖2種施工方式。

1）明挖暗埋法施工 主線隧道進口側ZK1+220—ZK1＋490（YK1＋224—YK1＋497）段隧道采用明挖暗埋施工，基坑圍護形式為上部放坡鉆孔灌注樁+鋼管內支撐+高壓旋噴止水帷幕。

2）淺埋暗挖法施工 主線隧道ZK1+490～ZK1+738（YK1+497—YK1+740）采用淺埋暗挖法施工，主要下穿鐵路鹽專線、嘉禾路、北溪引水渠、佳貝美集團、特區供水管等，左線隧道暗挖長248m，右線隧道暗挖段長243m。

3.3 隧道開挖與支護施工方法

3.3.1 明挖暗埋法施工

1）基坑開挖

ZK1+220—ZK1+320（YK1+224—YK1+325）基坑開挖深度7～11m，基坑支護方案采用φ1 000mm鉆孔灌注排樁+一道鋼管內支撐+樁間高壓旋噴樁止水帷幕。

ZK1+320—ZK1+400（YK1+325—YK1+407）基坑開挖深度10～14m，基坑支護方案采用局部放坡降低地表+坡面噴射C20混凝土+ 1 200mm鉆孔灌注排樁+2道鋼管內支撐+樁間高壓旋噴樁止水帷幕。

ZK1+400—ZK1+490（YK1+407—YK1+497）基坑開挖深度10.5～16.5m，基坑支護方案采用高壓旋噴隔水幕墻＋ 1 200mm鉆孔灌注排樁+3道鋼管內支撐。

基坑開挖采用挖機進行，開挖前先進行鉆孔樁、止水帷幕、樁頂冠梁及排水系統施工，然后進行開挖。開挖至一定深度時，設置第1道鋼支撐，進行第2次開挖；設置第2道鋼支撐，進行第3次開挖；設置第3道鋼支撐，進行第4次開挖。開挖至基坑底后，設置基坑底排水溝，基坑尺寸為50cm×50cm，設置集水井、降水井。

2）明洞施工

ZK1+220—ZK1+320（YK1+224—YK1+325）隧道結構采用矩形明洞，ZK1+320—ZK1+490（YK1+325—YK1+497）隧道結構采用拱形明洞，明洞主體結構采用C40防水耐腐蝕鋼筋混凝土，混凝土外防水層采用2mm厚反應黏結型高分子濕鋪防水卷材，在防水卷材外采用M10水泥砂漿保護層5cm。

3.3.2 淺埋暗挖法施工

主線隧道 ZK1+490—ZK1+738（YK1+497—YK1+740）采用淺埋暗挖法施工。

1）初期支護 由鋼拱架、格珊拱架、系統錨桿、鋼筋錨桿、鋼筋網及噴射混凝土組成，鋼拱架與格珊拱架之間用縱向鋼筋連接，與鋼筋網焊接為一體，與圍巖密貼。

2）二次襯砌 本項目圍巖自穩定時間較短，施工時要求支護結構緊跟開挖面，盡早封閉成環，注意初期支護的變形與穩定檢測，盡可能發揮巖體自成拱效應及初期支護的承載能力。

3）隧道防排水施工 遵循“防堵為主、因地制宜、綜合治理”的全封閉防水原則，防止地下水在隧道中滲透和流失，切實保護好隧道工程的生態環境，并保證隧道結構物和運營設備的正常使用。隧道的防水等級按二級防水標準，應達到結構不允許漏水、結構表面可有少量濕潤的要求。

3.3.3 下穿鐵路鹽專線段隧道施工

下穿鐵路鹽專線段:隧道于ZK1+490—ZK1+530（YK1＋497—ZK1＋537）段從既有鐵路鹽專線下方近距離穿越，平面交角約88°，鐵路線僅有1股道。隧道頂板與鐵路鹽專線的最小豎向距離為9.13m，穿越的地層主要為:全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖及中風化花崗巖。為嚴格控制地表和鐵路沉降，隧道洞外、洞內施工措施如下。

1）隧道洞外工程措施 ①采用D20型施工便梁架空加固軌道；②列車實行限速運行，限制速度45km/h；③線間便梁支墩挖孔樁施工時，相應地段線路應扣軌加固，經常復查軌面高程保證行車安全；⑤布設嚴密的監控網，加強施工期間鐵路路基、軌道沉降變形監控測量工作。

2）隧道洞內工程措施 ①拱頂搭設鋼筋籠單層超前長管棚（ 159mm×6mm）+超前小導管并注漿（ 42mm×3.5mm），控制洞頂沉降；②殘積砂質黏性土等軟弱圍巖段，設全螺紋纖維增強樹脂錨桿進行超前支護；③隧道開挖后及時施作初期支護，以縱向鋼筋將支撐連成整體，并及時回填注漿，減少沉降；④加強洞內拱頂沉降、凈空收斂監控，根據現場測量數據施作二次襯砌結構；⑤隧道基底未修正地基承載力＜250kPa時，采用 50mm注漿鋼化管進行加固處理，鋼化管長度為4m，縱向、橫向間距為1.0m×1.0m，呈梅花形布置。

4 結語

綜上所述，淺埋軟弱圍巖下隧道修建面臨著較為惡劣的施工條件，其開挖后圍巖自穩時間短、易坍塌，若是開挖或支護不當，極易出現較大變形甚至失穩破壞。對此，必須綜合分析隧道地質條件、施工要求等，合理選擇施工與支護方法，規范落實超前支護、地質預報、初期支護等工作，切實保證隧道開挖作業安全順利地完成。