隧道洞口段预加固措施及施工方法

隧道洞口段预加固措施及施工方法隧道网 (2008-3-28) 来源：现代隧道技术摘要：通过对内昆铁路复杂地质条件下随道洞口段预加固措施、施工方法、支护参数等方面的总结与研究，尝试为今后类似地质条件下随道洞口段的施工提供量化参考。

关键词：隧遗洞口段预加固措施施工方法1 前言随着国家基建重心向西部转移，铁路建设中出现了较多的山区隧道。

根据施工经验，山区隧道地质条件大都复杂多变，特别是洞口段围岩一般较为破碎，地质条件差，开挖边仰坡又破坏了山体原有平衡，因此洞口往往是地质条件极为复杂的地段。

采取有效的施工方法实现顺利进洞，对于确保隧道施工和运营安全具有至关重要的作用。

国内外工程技术人员都非常重视隧道洞口段的施工，许多国家的隧道设计、施工规范中，都对洞口段的设计与施工设有专门条款。

近年来国外大多提倡隧道进洞顺延山坡坡度，尽量不扰动洞口段岩体的稳定性，采取无洞门的“趋自然状态”形式。

国内设计和施工时着重强调“早进晚出”及“保持边仰坡稳定”，要求及时施做洞门，通常采用在预加固结构保护下进行施工。

水昭(水富至昭通)段位于国家“九五”重点工程—内昆铁路北段，其间共有94座隧道，总长约121 km，其中36座隧道位于岩堆体中。

洞口段大多埋深浅且位于岩堆、滑坡、顺层、泥石流沟、厚层碎石土、块石土、堆积层等不良地质地段。

由于地质复杂，有关专家把该段称为“地质百科全书”。

施工时，又适逢长期雨季，为隧道洞口施工增加了很大的难度。

针对以上特点，进行统筹安排，依靠科技，精心组织施工，实现了94座隧道的顺利进洞。

本文将着重对水昭段隧道洞口段的开挖方法、支护措施、施工要点等进行总结和分析。

2 洞口段主要预加固措施根据国内外经验，洞口施工大多是在预加固的支护系统下进行的，尤其是在浅埋、偏压、破碎、软弱、地下水丰富并具有软弱夹层、顺层等极易发生滑移、坍塌的地段，更需要采用综合预加固体系。

水昭段隧道洞口段采用的预加固措施主要有地表锚杆加固、抗滑桩、挡土墙、锚索(桩)、减载、填土反压、地表注浆、超前锚杆、大小管棚、预注浆、套拱、水平旋喷桩、锥形短桩加固隧底等方式。

2.1 常用预加固措施常用的预加固措施在施工中已得到广泛应用，在此仅列出施工参数(表1、表2)。

2.2 水平高压旋喷法水平高压旋喷法(图1)是针对浅埋隧道围岩破碎段严格限制拱顶下沉而采用的新技术。

这项新技术的主要原理是：在隧道开挖前采用特殊机械钻孔，利用超高压(400---600 MPa)流化剂向管体内高压喷射水泥浆液，使其在掌子面前方沿拱部外轮廓线形成高强度的拱状刚性圆柱体，从而减轻地表传到掌子面和支护上的荷载，起到控制地表下沉和掌子面坍塌的作用。

主要施工工序(1)平整钻机场坪，根据围岩稳定程度确定两侧边坡开挖坡率，一般采用1:0.2；采用网喷防护，混凝土喷射厚度为10 cm;采用邦钢筋，间距20 ~25 cm深用必22短锚杆，L=1-V1.5 m，间距1.5 m,梅花型布置。

(2)开挖上部，在洞口2m段采用"4 2超前小导管注浆(设2环，外插角150，每根长3.5 m，环向间距0.4 m)和喷锚支护，架设格栅钢架，掌子面开挖成1:0. 2的斜坡面，喷射混凝土(10~20 cm)封闭，并加设25 cm X 25 cm钢筋网，在拱部范围内以30^-60cm间距布设X40 cm钻孔。

同时进行旋喷试验，确定最佳的旋喷速度、拔出速度、旋喷压力等参数。

(3)钻机就位后，在预加固范围内分段钻孔，每段长度为10~20m，钻孔尽量平行隧道轴线，最大外插角不大于7}。

钻孔完毕，开启旋喷装置，自孔底喷射浆液，边喷边旋转，采用后退法旋喷注浆，注浆压力由小增大，注浆量由大变小。

距孔口2m范围内不旋喷，以防止损坏工作面。

当单孔注浆量达到设计值时，停止旋喷。

旋喷材料采用425“普通硅酸盐水泥，水灰比为1 " U.8^'1.5 " 1.0，旋喷压力为5 ~,3;>MPa(压力根据地质情况、旋喷孔深度等调整)，单孔注浆量按照为旋喷孔直径，I.为旋喷孔深度)计算。

(4)拔出喷嘴，用木栓塞住钻孔口，防止浆液流失。

同时对注浆过程中的记录予以整理、分析、总结，并调整制定下一段旋喷注浆参数。

(5) 5~7天后，浆液固化，强度达1. 5~2.0MPa时进行开挖，进尺控制在1~2m，采用喷锚、格栅钢架支护，进人一下一开挖循环。

(6)两次旋喷段的搭接长度不小于2 m。

实际施工过程中通过对地面沉陷及洞内支护变形的监测数据发现，水平旋喷法拱部加固对控制浅埋段拱顶位移非常有效。

开挖下部台阶时，采用常规支护参数支护的边墙、仰拱有局部开裂现象。

2.3 注意事项(1)在围岩特别差的地段，本着“宁强勿弱”的原则，在确定施工方案前应优先对大管棚、水平高压旋喷法、小管棚等方法进行比选，避免采用一般加固措施带来的隐患。

(2)采用预加固措施后，施工中发现有边墙开裂、仰拱隆起现象，说明拱部加固后，边墙、仰拱受力增大，因此，施工中在进行拱部预加固的同时应加强边墙、仰拱支护强度，如增加锚杆的数量和长度、增设格栅钢架及先行施做仰拱等措施。

(3)在采用水平旋喷法施工中，控制浆液水灰比、旋喷压力、单孔旋喷量等是决定该施工质量的关键所在，而在注浆前通过试验确定有关参数是保证施工质量的重要环节。

3 洞口段施工方法目前国内对洞口段的设计大多考虑了预加固措施，但对施工方法不够明确，施工规范也仅简单阐述了洞口的施工原则。

笔者认为，施工方法的选择对洞口防坍和施工安全具有重要作用。

在制定内昆线隧道洞口段方案时，充分考虑了地质和施工条件、埋深和断面尺寸、围岩类别、坡面情况、地表建筑物结构、地下水及气候条件、施工进度与围岩承载拱形式的关系、材料供应、队伍施工水平、方案经济性、工期要求、突发事件应对措施等因素，主要采用了正向施工法和反向施工法两种方式。

3.1 正向施工法正向施工法包括台阶法和分部分区法两部分。

(1)台阶法适用于B,班类围岩且含软弱夹层带或节理发育地段，配置有简易开挖台架、支架式风钻、小型运输设备。

特点是:随着台阶长度的缩短，拱顶位移、地表沉降等明显减小，根据围岩破碎程度，可调整台阶长度。

①长台阶法.上台阶超前5倍洞跨，但不宜大于60 m，主要应用在单线隧道浅埋段、短隧道和位于8度地震区的隧道施工。

特点是：施工干扰小，通风设备简单，三管两线布置方便，抬高开挖断面可较为准确地探明前方地质情况，便于下台阶调整施工方法。

②短台阶法.上台阶超前小于5倍洞跨，但大于5m，主要应用在单线隧道类围岩段、软弱偏压段、双线隧道浅埋段且工期要求不紧张时。

特点是:进尺较短，支护及时，可探明前方地质情况，但施工干扰较大，翻碴工作量大。

③超短台阶法.上台阶超前不大于1倍洞跨或3^-5 m，主要应用在多线隧道软弱浅埋段或偏压段及受地表建筑物影响的单线隧道。

特点是:隧道稳定性明显增加，拱顶位移、地表下沉减小，围岩变化时容易变更施工方法，但施工干扰大，管线布置困难。

④留核心土法.由台阶法变化而来，上台阶超前2倍洞跨，主要应用在采用短台阶法开挖遇到土质、涌水、掌子面坍塌等段落。

特点是:施工方法调整不大，在遇到短距离围岩变化时可优先采用，能较快提高施工的安全性，但工序增多，进尺较短(一般不超过1 m)o(2)分部分区开挖法主要应用于软弱围岩中大跨多线浅埋洞口段或‖一I类围岩土质松软段。

特点是:先固后挖，支护必须牢固可靠、施做及时，施工过程中，必须对中壁进行支护，开挖仰拱时应采取有效措施防止边墙受挤内移。

中壁支护是此法的关键技术，一般采用X22锚杆(1. 5)-3 m),喷混凝土(10~20 cm)、四肢小25格栅钢架、18”工字钢横撑等支护。

该方法由传统的蘑菇形开挖法、侧壁导坑法、品字形导坑法等演化而来，同时考虑了复杂的地质条件、大跨隧道的施工难度、施工技术水平等，施工中主要采用单侧壁导坑和双侧壁导坑两种形式。

①单侧壁导坑法(即CD法或CRD法).适用于围岩较差、地表沉陷难于控制或浅埋多线隧道。

特点是:单侧导坑超前，中壁和另侧正台阶法施工，极大地降低了拱顶和边墙位移，但仰拱为薄弱环节，施工中易出现开裂，且围岩变化时不易调整施工方法。

主要施工工序:单侧导坑超前一台阶法开挖~开挖拱部(进尺不超过1. 5m)~自进式G32锚杆、格栅钢架、喷混凝土支护一中壁支护一拱脚架设工字钢一开挖下部~初期支护~中壁支护~边墙脚横撑一仰拱开挖~灌注仰拱混凝土~灌注边墙混凝土~灌注拱部混凝土~下一个循环。

②双侧壁导坑法(即眼镜法).适用于浅埋大跨、地表下沉量要求严格、围岩特别差的多线隧道。

特点是:采用小型机械，对围岩扰动小，安全可靠，但工序复杂，速度慢，管线布置困难，造价高，适合在三线隧道困难段使用。

施工中既要拉开工序，又要防止围岩暴露过久而松弛坍塌，故两侧壁导坑平行掘进时保持7 ^' 10 m的距离。

采用侧壁导坑短台阶法施工，台阶长度不超过3m。

下台阶施工到lOm时，开挖边墙脚，灌注墙脚混凝土;当强度达到2. 5MPa时，灌注墙身混凝土;强度达到70%时，开挖上半断面，随开挖随灌注拱部混凝土;随后开挖核心土和仰拱。

3.2 反向施工法适用于桥隧相连处或洞口外为悬崖陡坎段以及无施工场地、且边仰坡覆盖层极度破碎的隧道。

为尽早完成洞口段工程，在进行洞口段地表预加固和施工相临桥台的同时，增设横洞，开挖至正洞里程，反向挑开洞口。

特点是：可以与边仰坡封闭、桥台施工同时进行，避免直接接触破碎的边仰坡，但增加了施工费用。

4 结束语隧道洞口段施工对于隧道施工的重要性显而易见，按照新奥法理论，初期支护及预加固措施是隧道结构的一部分，而二次衬砌仅起安全储备和饰面作用，因此重视预加固措施和初期支护对隧道施工是工作之本。

各项措施不是孤立存在的，根据围岩情况、施工环境、工期要求等进行安全性、经济性比较，因地制宜采取综合手段才是确保施工顺利进行的关键所在。

综合起来，内昆线隧道洞口段施工有以下经验可供借鉴：(1)重视各项准备工作.进洞前施工单位制定完整的进洞方案(场地布置、预加固措施、施工方法等)，方案经审核批准后开工，施工中不得随意变更方案。

重点隧道配备专职地质技术人员，及时掌握地质变化情况，并提出施工建议。

(2)贯彻“早进晚出”原则，尽量减少对边仰坡的扰动，提倡“趋自然状态进洞”，尽早完成洞口周围排水系统。

边仰坡处理与路基施工、场地布置、便道施工、桥涵工程统一安排。

(3)先固后挖，严格执行“先治水，管超前，严注浆，短开挖，弱爆破，强支护，早封闭，勤量测，抢做门”27字方针。

(4)衬砌尽量先墙后拱，不提倡先拱后墙，有仰拱的必须先做仰拱，尽早成环。

(5)洞口段采用台阶法施工时，尽量缩短台阶长度以确保隧道稳定性。

(6)对于偏压、浅埋的多线隧道，优先采用双侧壁导坑法，在地表预加固措施到位的前提下，可考虑采用台阶法。