淺述黃土軟弱圍巖地質隧道開挖支護技術

李小宏

（中鐵一院集團南方工程咨詢監理有限公司，甘肅 慶陽745000）

0 前言

隨著經濟技術的發展，高鐵項目建設是我國近年來建設重點，對于建設質量、規模也提出了新的要求，越來越多隧道工程發展起來，修建隧道中，時常遇到黃土等軟弱圍巖問題。地質因素由于較為復雜，黃土軟弱圍巖穩定性差、強度低，隧道工程中難以準確預測圍巖變形，支護強度也會產生強度不足，難以維系圍巖穩定的情況，破壞支護結構，甚至引發坍塌，影響隧道施工。因此，應當結合黃土軟弱圍巖地質情況，利用加強開挖支護的方式，有效控制隧道變形，提升施工安全性的同時，使工程獲得較高的經濟效益。

1 工程概況

某鐵路隧道工程所處位置在黃圖臺塬區，這一區域存在的支溝下切較深，呈現出“v”字形，地形較為開闊，兩岸邊坡較陡，存在較大的坡度，存在較多的不良地質現象，例如，溜坍、滑坡等，并且具備較為明顯的重力地貌特征，長距離穿越軟塑黃土地段且位于地下水附近，滲水量較大。在工程設計初期，選擇全斷面鋼拱架結合錨網噴的方式作為主要的支護模式，對于仰拱，采用的是現澆鋼筋混凝土，通過模注鋼筋混凝土進行二次襯砌。在實際施工環節，拱頂掉塊、圍巖沉降、初期支護變形較大，多種工序交叉干擾加大了施工的難度。

2 隧道開挖支護

2．1 影響因素

（1）隧道開挖施工中，由于工程所處環境較為復雜，外界因素會影響施工，需結合工程情況，制定開挖支護措施。黃土地層位置處，存在發育較為明顯的垂直節理，表現出濕陷性特征，當經過水浸泡后，會出現較大的下沉變形量，并且結構呈現出突然性破壞、應力釋放較為明顯，在實際開挖過程中，掌子面極為不穩定，會出現坍塌等不良現象，存在較大的施工難度，很容易發生安全性問題。

（2）黏質黃土自身抗剪性能以及抗壓強度較好，并具備較高的硬度，當其與水相接觸后，會發生明顯的軟化現象，易產生過量變形。本隧道在穿越地下水位影響區段，巖體含水率高達33%，呈軟塑狀，開挖后圍巖穩定性極差，多次發生大變形，尤其是在雨水豐沛的雨季，會大大增加施工難度。

2.2 超前地質預報

通過對勘查設計資料進行詳細的分析，地質預報選擇多種方式進行，包括超前鉆探、物探超前地質預報以及掌子面地質素描的方式，深入了解掌子面前方現存問題可能會對實際施工所產生的影響，并對其圍巖地質條件進行詳細分析，實現對地質問題的事先預測，并提出工程措施建議，保證施工安全。

2.3 開挖工法

開挖過程中選擇臺階法，按照不同的圍巖級別，實際應用的方法也存在較大的差異，利用三臺階法進行Ⅳ級圍巖開挖工作，利用三臺階預留核心土法進行Ⅴ級圍巖開挖工作，也可以選擇三臺階臨時仰拱法進行開挖，本項目兩座高風險隧道在特殊地段設計有CRD及雙側壁導坑法。

2.4 支護措施

2.4.1 超前支護隧道暗洞進洞拱部設一環長Ф108管棚，環向間距為0.4米，管棚長30米；在洞身段拱部位置的140°范圍內選擇長度為3.5米，Ф42小導管實施超前支護，縱向搭接≥1米，外插角10至15°，環向間距為0.4米。洞內特殊地段可采用108管棚進行超前支護，段落較長時可多次搭接施作。

2．4．2 初期支護

選擇鋼拱架支護結合錨網噴的方式進行初期支護，開挖后進行初噴混凝土封閉圍巖斷面，根據開挖工法，分節段安裝型鋼拱架，邊墻系統錨桿、掛雙層鋼筋網、拱架連接穩固，底部位置處，每側安裝鋼架與鎖腳錨管，通過焊接的方式進行鎖定，隱蔽工程驗收合格后完成后復噴混凝土，確保混凝土表面光滑平整，并且，仰拱初支做好初支封閉成環。

2．4．3 仰拱、襯砌

仰拱采用現澆鋼筋混凝土，仰拱緊跟開挖工作面施作，仰拱澆筑初凝后再進行仰拱填充施工。

二次襯砌采用模注鋼筋混凝土，根據隧道圍巖量測及斷面檢測情況確定施工時間，二襯回填注漿采用縱向預貼注漿管道法，在二襯施工完成后兩小時開始注漿施工，防止拱頂空洞。

2．5 特殊區段圍巖加固

2．5．1 地表降水

降水設備主要由深井井管和潛水泵等組成，鉆進至設計標高后，將鉆桿提至離孔底50 cm處進行沖孔，安裝井管前測量深度符合設計要求，開始下井管。降水井設備安裝完成后，即可開始抽水。過程中做好降水井靜水位、降水過程中動水位、單井涌水量、降水時間、隧道掌子面滲水量、掌子面巖體含水率的監測記錄。

2.5.2 帷幕注漿

為確保掌子面開挖穩定性，采取帷幕注漿工藝固化巖體輔助施工，在掌子面設置寬2.0 m止漿墻，背后空腔采用水泥砂漿回填。止漿墻墻體周邊與初支內緣線的接觸面要密貼連接牢固，每循環加固長度為25 m（不含止漿墻）。注漿材料一般以PO42.5硅酸鹽水泥加水玻璃雙液漿為主、PO42.5普通硅酸鹽水泥單液漿為輔助，通常情況下注漿壓力表現為，注漿環節壓力會逐漸增大，流量會呈現出下降的趨勢，當達到設計壓力后，需要穩壓十分鐘，然后注漿完成。

2．5．3 袖閥管注漿

為確保隧道開挖支護施工安全，隧道軟塑段落采用剛性袖閥管垂直注漿，對隧道洞身開挖區域及開挖輪廓線外一定范圍進行地表超前預注漿加固。

根據地質勘探，對不同含水率正洞地表范圍內注漿孔設計排間距采取1.8 m×1.8 m、2.0 m×2.0 m、2.25 m×2.25 m等腰三角形布置，選擇壁厚3.5毫米、φ76毫米無縫鋼管進行剛性袖閥管的現場加工制作。完成袖閥管安設后，下入水囊式止漿塞，將止漿塞加壓至3MPa時，進行注漿操作，直至達到設計要求，注漿結束。

因為地層不均勻時，每層的透水性也會存在較大的差異，注漿效果也會存在不同，因此需要針對性的進行注漿，從而保證注漿效果，滿足設計要求。

2．5．4 應用與驗證

通過隧道軟塑黃土地段施工理論分析及現場采取的施工措施得出如下主要結論：

（1）黃土隧道施工要嚴格控制進尺，盡快施做初期支護并盡早封閉成環。

（2）黃土隧道圍巖遇水后軟化，其抗剪性和抗壓性都有顯著變化，針對軟塑黃土段施工，要及時抽排積水，并采取相關措施，降低含水率，確保安全。

（3）帷幕注漿是在洞內掌子面處采取的措施加固圍巖，可保證隧道開挖，但是施工周期較長，易造成工期風險，不宜長段落采用。

（4）地表注漿及地表降水均可超前施作，不影響洞內施工，但降水的效果的周期長，對于埋深較大的隧道地表剛性袖閥管注漿造價較高。應根據不同地質鉆探結果，采取對應措施，提前進行施工，確保達到預期處理效果，保證隧道施工安全。

3 結語

綜上所述，隧道工程施工中，應重點考慮黃土等軟弱圍巖問題，尤其是我國工程建設的發展下，對于隧道質量提出了新的要求。因此，應當結合工程實際情況，明確工程影響因素及變形情況，通過控制噴射砼、錨桿支護、鋼架與鋼筋網的方式，提高圍巖強度，穩定巖體變形，從而保證隧道工程施工順利完成，滿足工程質量規范需求。