浅埋偏压碳质泥岩隧道综合施工技术经验交流

1、浅埋偏压碳质泥岩隧道综合施工技术经验交流中铁一局重庆分公司 熊振摘要：本文结合工程实例，介绍了隧道位于洞口浅埋偏压、沟槽软弱碳质泥岩等不良地质隧道的工程实践。施工中综合运用了地表钢管桩及高压旋喷桩加固及洞口长管棚、洞内双层超前小导管注浆、全环钢拱架、临时仰拱、仰拱及二衬紧跟掌子面等措施，较好的解决了此类地质条件下隧道的进洞、开挖、支护、衬砌等技术难题。本文介绍的施工措施及工艺可供相似不良地质隧道的施工参考。关键词：浅埋偏压 碳质泥岩 隧道 施工技术1  工程概况新现1#隧道为级电力牵引单线隧道，设计行车速度120Km/h。起讫桩号为DK46+046DK46+620，隧道全长574米。

2、隧道进出口位于右偏曲线（R=1600m）上，隧道处线路纵坡为单面下坡（进口段为18下坡，出口段为12下坡），变坡点里程为DK46+450，变坡点高程为1422.55m。隧道断面内轮廓为三心圆曲边墙断面形式，断面净宽10.75米，拱顶净高7.79米，洞内铺设重型轨道碎石道床，铺设型枕及60kg/m钢轨，内轨顶面至道床底面高度为77cm。隧道进口采用翼墙式洞门，出口采用台阶式洞门，进出口边仰坡采用人字型骨架护坡防护。洞身采用复合式衬砌结构。隧道左侧设通信电缆槽，右侧设电力电缆槽，全隧设小避车洞16个，大避车洞兼电缆余长腔3个。隧道衬砌防水等级应满足地下工程防水技术规范（GB50108-2002）一

3、级标准，全隧二次衬砌及仰拱砼抗渗等级不低于P8要求。2 地质情况2.1 设计地质情况:隧道区属剥蚀中山地貌，植被发育，基岩出露甚少，隧道最大埋深约88.50米，洞口处较平缓，自然坡面稳定，无滑坡、崩塌等不良地质现象。隧道区覆盖层为第四系全新统坡残积层粉质粘土，下伏基岩为中寒武系猫猫头组板岩夹灰岩、灰岩，分全弱风化层。测区地震动峰值加速度为0.1g，地震动反应谱特征周期为0.35s。隧道穿越岩层分类和类围岩，设计情况如下：隧道围岩类别划分情况表序号围岩类别段 落 桩 号长度（m）备注1DK46+180DK46+3601802DK46+046+180/DK46+360+620134/2602.2实

4、际地质情况隧道出口段160m为浅埋沟槽偏压段，最小埋深2.5m,最大埋深19.1m，平均埋深10.8m（隧道埋深统计表表1）。地表上层06m为砂粘土，呈褐黄色、灰色、灰白色，夹有10%30%的板岩质石角砾，一般呈硬塑状，局部为软塑状。隧道洞身部分为堆积状碳质泥岩，呈黑褐色。受构造影响，岩体及其风化破碎，土质不均，含水量不均，具“流滑性”和蠕动作用，几乎无自稳能力，在有临空面的情况下极易产生下滑溜坍。岩体挤压破碎严重，受地下水长期浸泡作用，大部分已成土状、淤泥质土状，在局部残存的破碎岩块上可见断层擦痕。由于岩层无自稳能力，致使开挖支护后的初期支护下沉变形严重。该地区地下水主要为第四系孔隙水和基岩

5、裂隙水，受地表降水影响较大，每年510月份为雨季，对本段施工极为不利。隧道浅埋段实测埋深(表1)里程实测洞顶标高（m）设计隧道顶标高（m）计算埋深（m）DK46+5901439.8641428.5011.364DK46+5851440.2881428.5611.728DK46+5801441.4191428.6212.799DK46+5751442.0631428.6813.383DK46+5701442.7861428.7414.046DK46+5651443.6141428.8014.814DK46+5601444.0851428.8615.225DK46+5501444.5091428.

6、9815.529DK46+5401439.9471429.1010.847DK46+5301441.1301429.2211.910DK46+5201444.8171429.3415.477DK46+5001446.8171429.5817.237DK46+4901448.8171429.7019.1173 方案制定及主要工程措施由于该段隧道围岩几乎无承载力，且隧道出口端160m范围完全为泥土状的饱和碳质泥岩，侧压力大，开挖施工过程中就开始变形，变形速度快。若采用常规的承载型柔性支护，如大管棚或洞内水平旋喷，可以在开挖前预先加固拱部岩体，而无法在洞内开挖前和开挖后对边墙两侧岩体有效加固并控制变

7、形。根据现场施工中总结的经验教训及借鉴相关工程的施工经验，在摸清了地质情况和掌握了大量的变形量测资料的前提下，经过反复研讨比选，制定出“从洞外对隧道开挖断面两侧岩体进行地表垂直钢管桩加固，隧道洞顶地表进行旋喷桩预加固，洞内拱部辅以双层小导管支护，开挖采用三台阶七步平行流水施工，上、中台阶分别设置临时仰拱，仰拱及二衬紧跟，组织分单元成洞施工”的加固措施和施工方案。该方案的优点是：洞外开挖面轮廓线两侧30cm外75mm垂直钢管桩加固，可以在隧道洞身开挖断面两侧形成防护墙，可以阻止在隧道洞身开挖施工中两侧围岩变形及坍塌，提高围岩稳定性，约束土体变形。多排钢管桩交错连成一体，在隧道轮廓线外形成了良好的

8、“附加直墙式衬砌”，为后续工序的开展，特别是为永久衬砌提供了稳定的空间和时间。洞外地表旋喷法，可以在开挖前人为改良隧道洞顶的岩体，施工难度相对较小，改良效果易于保证，可靠性及安全有保证，相对减少洞内施工工序，保证施工支护及衬砌的及时施作。洞外地表旋喷加固法，通过在洞身范围内设置纵横向旋喷桩连续墙将土体隔开，可有效阻止土体在开挖过程中的坍塌及变形，提高围岩稳定性，约束土体变形，同时，能取得良好的止水防渗效果，为后续工序的开展，特别是为永久衬砌提供了稳定的空间和时间。旋喷桩连成一体，在隧道轮廓线外形成了良好的“附加拱式衬砌”，经过旋喷桩加固后的地层，开挖时施工支护有十分牢靠的支撑，能够起到防止坍塌

9、、变形的作用。洞内拱部设置双层超前小导管，可以在上部开挖前起到预先加固四周岩体，使岩体固结一体形成一个硬壳，从而保证开挖支护在安全的状态下进行，开挖施工中不会出现岩体溜坍现象，保证施工顺利进行。在上、中台阶底部设置临时仰拱，在施工过程中能及时封闭成环，形成良好的受力体，能够起到减少和抑制初期支护变形，满足后续二衬施工断面尺寸的作用。综合措施的实施，可以解决目前开挖施工中围岩溜坍变形及初期支护变形过大、过快的问题，从而平稳顺利的展开施工。洞身施工按照“”进行，施工中严格遵循“”的原则及“”的原则施工。控制挖掘机对周边围岩的碰撞，尽量减少对围岩扰动，控制成形，充分发挥围岩的自稳能力，及时形成封闭结

10、构，改善支护结构的受力状态，控制拱部及边墙的收敛及拱顶下沉。根据量测信息反馈，及时调整支护参数。施工前，按照机械设备及劳动力配置确定合理的施工进度，按照拟定的施工进度，采用单元法施工组织模式，即按“”，然后继续下一段施工的方式。施工单元的划分应该根据围岩变形情况、监控量测数据信息反馈、预留变形量、模板台车尺寸等综合考虑后决定，单元长度最好按照每次成型1模二衬砼的长度考虑（9.0m）。4 具体施工方法由于新现一号隧道出口段位于浅埋偏压段，地下水极其丰富，而且围岩破碎、风化严重，遇水迅速软化呈泥状，无承载能力。为了保证洞身施工安全、有序、平稳推进，采取对该段岩体进行地表钢管桩及旋喷桩预加固措施。钢

11、管桩及旋喷桩加固范围及型式，详见图1。地表加固范围为DK46+590+460段，共计130m。旋喷桩加固范围宽度为6.84m，间距为0.8m，梅花型布置，共计1361根，平均长度12m，共计16332m，造价245.63万元。钢管桩加固长度130m，间距1.0m，梅花型布置，每侧3排，计6排，共783根，平均长度22.5m，共计17618m，造价488.63万元。两项共计造价734.26万元。4.1旋喷桩旋喷桩加固范围横向为隧道最大开挖宽度两侧各0.30m，纵向为DK46+460+590段130m。在加固范围内纵向每隔3m沿横向设一道60cm三重管旋喷桩连续墙作超前小导管的临时支撑，以利于隧道

12、掘进。在洞顶其余范围内采用60cm单管旋喷桩，间距0.8m，梅花形布置，桩尖要求伸入隧道开挖轮廓线至少1.0m，以加固洞顶范围内的岩体，保证施工支护钢架及拱墙衬砌安全，避免下沉变形。旋喷桩连续墙及洞顶旋喷桩施工完毕14天后，施作洞内超前支护系统以加固土体，再进行隧道的掘进及开挖支护。旋喷桩施工要求：施工前，由试验室进行现场旋喷桩固结体试验，选定旋喷参数、浆液配方和外加剂材料。开钻前由测量人员现场准确放样确定桩位。采用地质钻机成孔，钻机就位后进行水平校正，使钻杆轴向垂直对准钻孔中心位置，保证钻孔的垂直度。钻孔完毕，拔出岩芯管，并换上旋喷管插入预定深度，由下而上进行喷射作业。注意检查浆液初凝时间、

13、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否满足设计要求，并做好记录，绘制作业过程曲线。为防止泥沙赌塞喷嘴，可边射水边插管，水压力一般控制在1Mpa以下，否则易将孔壁射塌。由于本地段岩体其土层组成、密实度、地下水状态存在明显的差异，喷射施工工艺需要适时调整，以适应地质变化。隧道洞身两侧纵向旋喷桩长度均在10米以上，属于深层桩，穿过砂粘土、沙砾土、碳质泥岩等地层。旋喷深层桩形成固结体时，若只采用单一的固定不变旋喷参数，会形成直径不匀的上粗下细的固结体，严重影响其承载和抗渗作用。正式施工前，必须进行试桩施工，并结合地质剖面图、地下水资料，总结出在不同深度、不同土层的旋喷参数。每根桩施工过程中必须采

14、取重复喷射工艺，以增强固结体直径。高压旋喷桩按照跳孔间隔法施工，相邻两桩间隔48小时以上。施工完毕的旋喷桩按照要求进行载荷试验及无侧限抗压强度试验。4.2钢管桩在隧道洞身开挖轮廓线两侧各0.3m外沿线路方向施作75mm钢管桩，每侧沿纵向做3排，纵向间距0.6m,横向间距0.5m,排与排之间错开布置。钢管桩底部必须深入隧底至少1.50m。钢管桩桩身按30cm间距设注浆孔，孔眼直径10mm，梅花形布置。钢管桩施工完成7天后，同时该段落洞顶旋喷桩施工完成14天以上，施作洞内超前支护系统以加固土体，再进行隧道的掘进及开挖支护。钢管桩施工要求：桩径100mm，桩长22.5m（伸入隧底深度2.0m），桩间

15、距1.0m，所用钢管直径为75mm，壁厚5mm；钢管1.5米以下做成花管（在管壁钻直径为10mm的孔眼，间距20cm，梅花形布置）。桩顶位于地面下0.5m。钢管内外灌1：1水泥砂浆，灌浆压力控制在0.4MPa。钢管桩施工工艺流程：平整场地测量放线钻孔安装钢管封孔灌水泥砂浆成桩。在钢管桩施工前进行场地平整，以保证测量放线准确和钻机就位钻孔。场地平整后按设计要求进行桩位放线，桩位误差小于50mm。钢管桩钻孔采用DG100型地质钻机，钻孔连续进行。钢管直径为75mm，每根长度22.5m，钢管接头之间用4根20cm长的12螺纹钢筋帮焊，成孔后安装钢管。将止浆带安装在钢管顶部以下1.5米位置，然后砂浆封

16、孔，待砂浆终凝后方可压浆。将注浆管与钢管相接好后，开始灌注1：1水泥砂浆（水灰比控制在0.350.45），待灌浆压力达到0.4MP后停止注浆。4.3洞身施工待地表加固措施完成，钢管桩及旋喷桩检测合格后，开始进行洞内掘进施工。每台阶每循环快速开挖锚喷支护至拱脚标高后，迅即在拱架脚外以60°俯角打入89钢管桩（长46m，间距0.4m），以提高拱脚承载力。开挖时，将拱脚扩大11.2m，并在拱脚处架立托梁钢筋笼，钢筋笼主筋与拱架焊联，一并立模浇筑混凝土。洞内开挖、支护、仰拱、防排水、二衬施工严格按照设计要求及施工工艺要求进行，施工过程中必须加强监控量测工作，根据监控量测的数据分析结果，适时调整工艺参数及施工措施，保证施工顺利进行。4.4临时仰拱超前 在C单元施工支护完成后，迅即用型钢作为临时仰拱支撑，及早使全断面施工支护封闭成环，尽快达到稳定、收敛的目的，保证施工正常进行。5 结论该隧道洞口段为浅埋偏压、特软弱围岩隧道，尤其是碳质泥岩具有“流滑性”及膨胀性，物理力学性质极差，在隧道施工实践中较为少见。通过对洞外地表钢管桩、旋喷桩加固和长管棚、洞内超前小导管、全环钢拱架、临时仰拱等一系列工程措施的综合运用，成功完成了穿越软弱碳质泥岩的隧道施工，解决了因围岩流滑、变形、地表下沉等造成的开挖支护困难及支护变形开裂的难题。洞外与洞内综合措施的联合运用作为