不良地质隧道开挖与支护施工技术研究

张德模

摘要 由于存在不良地质，开挖与支护对于隧道来说其难度相对较大，不合理的开挖与支护技术将为隧道施工带来不安全性。本文将从分析某隧道所存在的不良地质问题出发，针对该隧道的不良地质现象，提出该隧道工程相应的施工技术；从不良地质段开挖以及预支护的研究入手，提出适合老龙山隧道不良地质段的预加固措施及开挖方法，为同类不良地质的隧道提供开挖与支护施工借鉴。

关键词 隧道施工；隧道开挖；预支护；帷幕超前预注浆

中图分类号U45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）43-0021-02

1 工程概况

本隧道隧址区位于陡峻山地中，山顶海拔高度在900m左右，任河谷底高程为310m~629m，切割深度为500m~600m，属中切割的中低山区。山体斜坡坡度多在45°~55°，斜坡沟谷处坡度在55°~65°，坡顶发育有宽缓的剥夷平台，平台一代分布有水田、旱地，隧道通过段坡面冲沟发育。

由于该隧道岩石属可溶性碳酸盐岩，岩溶较发育，围岩稳定性较差，而且含水较丰富；区内断裂构造发育，有一条构造发育的断层斜穿隧道，致使围岩破碎，降低了围岩级别，并构成了地下水通道。隧道进出口地形坡度较陡，岩体破碎、松散而且风化较严重，围岩稳定性差。但本隧道内不存在有毒有害气体，无高地温地层。经上述分析，隧道施工段较易出现涌突水、断层破碎带、软弱松散等不良地质地段。

2 隧道预支护施工

根据本隧道采取的超前探孔结果，对于本隧道的不良地质段必须进行预注浆加固处理，本工程采用全断面和局部帷幕超前预注浆施工方案。采用施做砼止浆墙封堵围岩面，注入单液或双液水泥浆，帷幕注浆固结效果达到要求后，在围岩整体性好的地方扩挖施工全断面φ108钢管，再次注浆加固围岩，形成大管棚超前支护体系。

1）超前锚杆预支护。沿本隧道开挖轮廓线均匀环向布设φ22超前锚杆，经计算超前锚杆长度为3.5m，锚杆纵环向间距2.0×0.4m。锚杆施做部位为两侧起拱线拱部120°范围，呈梅花形布置，外插角5°~15°，纵向搭接1.0m。锚杆尾端焊接在钢拱架上或系统锚杆尾端；

2）超前小导管预支护。开挖前沿钢架腹板上预留孔施做拱墙φ42小导管并注浆，孔的环向间距取40cm，小导管长度取3.0m和6.0m两种规格，外插角7°。导管的注浆材料采用单液水泥浆液，水泥浆水灰比1:1，注浆压力取0.5 MPa~2.0MPa；

3）大管棚超前预支护。超前大管棚采用壁厚为4mm的Φ108热轧无缝钢管加工而成，全断面共设置58个管棚。以隧道断面圆心为基准呈环向布设管棚，管棚环向间距为40cm，共设3环，管棚长度取30m。管棚由3m和6m的管节通过丝扣联结而成，以隧道中轴线为伞状平面布置，注浆范围为隧道开挖线外6m，浆液扩散半径取2m，外插角2°。管棚采用间隔钻孔与注浆，注浆液均采用1:1的水泥单浆液，注浆时先注单号然后再注双号。在帷幕注浆达到固结、板结破碎带效果后，向前开挖部分混凝土止浆墙，留取6m厚止浆墙作为止浆岩盘和保证施工安全。然后将止浆墙退后6m段扩挖以满足全断面施工φ108大管棚的条件，最后施作大管棚并注浆预支护；

4）帷幕超前预注浆。根据本隧道围岩情况，当超前地质钻孔中单孔流水量>2m3/h，总水量>10m3/h的断层与破碎带不良地段采取全断面帷幕超前预注浆。在局部涌突水地段采用局部帷幕超前预注浆。施工时根据实际的岩溶管道位置、大小、围岩孔隙率及浆液扩散等来布设注浆孔位置。

注浆浆液采用普通水泥单液浆或普通水泥-水玻璃浆液，而成孔注浆采取前进式分段注浆，采取反复注入稀浆与浓浆交替、压力控制与注入浆液量控制相结合的措施，注浆压力从低到高逐渐加压，注浆时间根据浆量的注入速率进行灵活调整，浆液等强期到后，再进行下循环开挖。

3隧道初期支护施工

3.1 初期支护

根据隧道埋深和围岩级别以及围岩地质情况，本隧道施工中应加强初期支护手段，支护断面采用Ⅳ~Ⅴ级围岩曲墙全断面增设带仰拱I18型工字钢刚架，钢刚架间距为0.5 m/榀~1.0m/榀；锚杆采用L=3.0m的D25中空注浆锚杆，纵环间距1.0m×1.0m；拱墙铺设双层φ8钢筋网片，网格尺寸20cm×20cm；然后素喷厚度为26cm 的C20混凝土。在每榀工字钢钢拱架之间用Φ22的钢筋连接，并与径向锚杆及钢筋网焊为一体。然后喷射砼封闭，以保证其快速形成承载结构。工程实践表明，这种方法对于隧道成功穿越岩体自稳能力差的不良地质地段尤其有效。

3.2 径向补注浆加固围岩

开挖及初支完成后及时进行径向注浆加强，径向注浆采用长度3.0m 的D25中空注浆锚杆，纵环间距1.0m×1.0m。本隧道采取的注浆参数如下：注浆材料采用普通水泥单液浆，水灰比W:C=1:1。从下到上采用全孔一次性注浆，初压时注浆压力为0.5MPa~1.0MPa，而终压时注浆压力控制在2.0MPa。注浆完成后，对其整体注浆效果进行检查，如果每延米出水量不大于2m3/d时，则表明注浆效果明显，否则应采取补孔注浆措施。

4 施工注意事项

1）混凝土止浆墙要确保其厚度以及密实度要求，以确保其切实起到止浆墙作用；

2）钻孔注浆要随时注意钻进的速度，如果发现问题应及时进行处理，以确保钻孔作业安全；

3）进行注浆时保证注浆压力，待压力有明显升高时，进行合理的判断是否注满，保证注浆效果；

4）隧道开挖过程中坚持“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则，防止围岩坍塌造成安全事故。同时开挖时应加强监控量测，及时进行回归分析，出现异常应及时采取处理措施；

5）隧道注浆过程中，要密切注意泵压和流量的变化。对于工作面漏浆，应采取封堵措施；如跑浆则通过调换浆液、调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，进行大泵量、低压力注浆；必要时采用间歇注浆，以达到控域注浆目的。注浆时应保持注浆管路畅通，以避免管路堵塞而影响注浆结束标准的判断。注浆完成后应检查注浆效果，对于未达到注浆结束标准时，应采取补孔注浆处理措施。

5 结论

本文从分析某隧道所存在的不良地质问题出发，针对该隧道的不良地质现象，提出了该隧道相应的施工技术；从不良地质段开挖以及预支护的研究入手，提出适合老龙山隧道不良地质段的预加固措施及开挖方法，为同类不良地质的隧道提供开挖与支护施工借鉴。

参考文献

[1]邹艳琴.深埋隧道施工组织及不良地质地段施工方法[J].铁道建筑，2008，23(10)：265-267.

[2]沈晓海，赵军辉，张汉斐.不良地质隧道围岩处治工程实践[J].公路，2004，21(1)：31-34.