高原浅埋暗挖隧道进洞施工技术

肖刚 谭登国

中国葛洲坝集团市政工程有限公司 湖北宜昌 443000

摘 要：结合新建川藏铁路拉萨至林芝段安拉隧道出口浅埋砂层进洞施工实例，阐述了浅埋砂层、隧道暗挖施工的基本要求和施工要点，着重介绍在浅埋砂层中超前支护稳定围岩、三台阶七步法的施工方法，为后续类似工程施工提供经验。

关键词：高原隧道；浅埋砂层；暗挖进洞施工

前言

隧道围岩的自稳能力、允许承载力、变形模量与埋深一般呈正相关关系，浅埋砂层地层失稳快，坍塌风险大，初支变形速率高，施工进度慢。铁路设计受线路纵坡、曲率半径限制，高原隧道的洞口段常遇浅埋砂土层、风积沙等不良地层^[1]，围岩自稳能力极差，开挖极易坍塌。施工防坍塌、沉降、冒顶是影响安全和进度的重要因素，解决这一因素的有效方法成为高原隧道施工的重要课题^[2]。

1、工程概况

1.1工程简介

安拉隧道隧址范围地处雅鲁藏布江桑加峡谷地貌，隧道出口位于峡谷外，峡谷内雅鲁藏布江两岸均为极高山，地形起伏极大，进口段自然坡度为25°～35°，出口段为缓坡，坡度5°～10°。隧道出口段位于加查附近雅鲁藏布江宽缓阶地，出口段地表为第四系碎石土、粗砂、卵石土覆盖。地下水以潜水为主，地下水较发育，其水质对砼无侵蚀性，围岩极差，施工开挖易产生坍塌、冒顶等工程地质病害，工程地质条件差。DK210+440-+410段为安拉隧道出口工作面进洞洞身段，隧道埋深不足10m。

1.2工程特点

（1）自稳能力差。自身难以稳定，隧道开挖后极易坍塌。

（2）安全风险突出。隧道开挖、二衬施工前，极易出现坍塌、冒顶、掉块、初支变形等安全风险。

（3）隧道初支变形大。浅埋隧道，尤其是洞口段，开挖前需采取大量超前支护预加固围岩；开挖后，隧道需采取初支措施，迫使围岩形成新的稳定体；初支后，需加强监控量测，反馈及时调整施工参数指导施工。

（4）施工进度慢。隧道超前支护、开挖工法、工序繁多、安全风险突出，一般此类围岩施工进度较慢，设计预设计月开挖平均进尺为30m。

2、施工方法

采用管棚超前、临时横撑加固、双排注浆小导管超前、三台阶七部开挖。

2.1导向墙管棚施工

（1）导向墙管棚施工，采用φ108壁厚6mm热轧无缝钢管制成，节长1.5m，采用丝扣连接，丝扣长15cm。管头焊成圆锥形，便于入孔，外插角5°～15°。采用潜孔钻钻眼，钻孔过程中要经常采用测斜仪量测钻进的偏斜度，以准确控制钻机轴线方向，每钻完一孔应立即安设一根钢花管。

（2）在钢管的周壁钻排水孔，孔径10～16mm，孔纵向间距15～20cm，排距9～12cm，呈梅花形布置。在专用的管床上加工好丝扣，管头焊成圆锥形，便于入孔。

（3）成孔方式主要有两种：一是管棚引孔顶入法，当钻进地层易成孔时，一般采用先钻孔、后插管的方法，即钻孔完成经查合格后，将管棚连续接长，由钻机旋转顶进将其装入孔内；二是管棚跟管钻进法，当地质状况复杂，遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎带不易成孔时，可采用跟管钻进工艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出钻杆，顶入管棚，拔出外套管。

（4）少量钻孔如遇孤石、漂石或破碎带不易成孔时，可提前终孔，通过定量注浆加固再行补钻；或开挖至终孔里程，局部孤石处理后再行补钻施工。但必须确保施工安全为前提，结合施工情况、地层情况而定。

图1 导向墙管棚施工参数图

（
5）洞口I18钢架、锁口混凝土、导向墙管棚施工参数见下图1。

2.2双排小导管超前支护

（1）小导管规格及间距：小导管采用无缝热轧钢花管，外径Ф42mm，壁厚3.5mm；超前小导管环向间距为50cm。

（2）倾角：钢管角度分别采用不同仰角交错布置，上层小导管仰角为30°，底层小导管仰角为10°，可根据实际情况调整，见下图2。

（3）注浆材料：1:1水泥浆，水泥采用P.O42.5级，水灰比为1:1，注浆压力为0.5～1MPa，具体注浆参数根据现场试验确定。

（4）设置范围：上层小导管：DK210+430.4—+410隧道上台阶在管棚仅限隧道洞身设计轮廓断面内设置，其设置范围见图3，每环8根。底层小导管：DK210+430.4—+410隧道上台阶断面拱部144°范围。

（5）双层小导管长度均为3.5m，其底层小导管纵向前后相邻两排的水平投影搭接长度为1.1m，每环24根。

图2 双排小导管布置示意图

2.3隧道暗挖

洞口锁口、超前管棚支护、双排超前支护施工后，隧道开挖采用三台阶七部开挖。

隧道开挖及初支流程如下：

施工准备→施做上台阶底部临时横撑→打设边墙径向小导管→小导管注浆→中台阶开挖→中台阶周边初期支护→下台阶开挖→架立钢架并及时封闭成环→仰拱浇筑→仰拱填充浇筑→进入下一循环施工。

2.3.1开挖控制要点

（1）三台阶七步开挖法应以220型挖掘机机械开挖为主，必要时辅以弱爆破，各分步平行作业，平行施作初期支护，各分部初期支护应衔接紧密，及时封闭成环。

（2）仰拱应紧跟下台阶施作，及时闭合构成稳固的支护体系。

（3）施工过程中应通过监控量测掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。

（4）应完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

（5）开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.0m，上台阶开挖矢跨比应大于0.3。

（6）中台阶及下台阶左、右侧开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.0m。左、右侧台阶错开2～3m。

（7）上台阶预留核心土开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

2.3.2临时横撑施工

安拉隧道DK210+440—+430.4段为保障施工安全采用临时横撑的临时支护方案。临时横撑设置在上台阶部位，紧跟掌子面设置；开挖下台阶时，逐榀由永久钢架替换。

2.3.3围岩小导管注浆加固施工

（1）围岩自稳能力差，采取径向注浆小导管进行加固。梅花型布置，间距1.0~1.2m。

（2）注浆管采用Ф42无缝热轧钢管制成，外径42mm，壁厚3.5mm。在前部钻注浆孔，孔径6～8mm，孔间距10～20cm，呈梅花形布置，前段加工成锥形，尾部预留长度不小于100cm作为不钻孔的止浆段。构造见下图9。

（3）注浆材料：1:1水泥浆；注浆压力0.2～0.3MPa。水泥浆液应采用拌合桶配制，配制水泥浆或稀释水玻璃浆液时，应防止杂物混入，拌制好的浆液必须过滤后使用，配制好的浆液应在规定时间内注完，随配随用。

当压力达到设计注浆终压并稳定10～15min，注浆量达到设计注浆量的80％以上时，可结束该孔注浆。

3、结语

浅埋砂层地层失稳快，坍塌风险大，初支变形速率高，围岩自稳能力极差，容易出现大变形、塌方、冒顶等事故。隧道施工期安全保证的核心是超前支护，是隧道施工成败的关键。通过管棚、双排超前小导管注浆，强制土颗粒与水泥浆混合，提前改善隧道洞室周边围岩的自稳能力。三台阶七步法施工步序较多，其关键在于上下台阶施工长度，上部临时钢支撑横撑加固支护、左右两侧墙角仰拱结合部的快速跟进、初支快速成环。安拉隧道出口工作面，在确保安全的前提下，1个月洞口锁口并完成隧道洞挖22m，相较设计指导进洞1.5月有显著成效；后在浅埋砂层中暗挖施工，月平均进尺达45m，相较设计指导月平均进尺30m有大幅上涨。

参考文献：

[1]晏启祥，刘罡，耿萍，朱家稳.风积砂地层隧道导向水平旋喷桩超前加固与预留核心土台阶法施工技术[J].施工技术，2013，4（7）.

[2] 金邦元.高原隧道通过风积、沙积地层施工技术[J].西藏科技，2006（7）；88-89.