软岩隧道技术交流材料.docx

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软岩隧道技术交流材料

尊敬的集团公司领导，各位同仁，大家好：

根据本次会议安排，下面结合项目隧道施工情况，就软弱围岩隧道施工技术做简要汇报，不妥之外，敬请指正。

一、项目隧道概况

**项目地处陕西***县，线路呈南北走向，全长32.002km，合同造价28.84亿元。

包括隧道10座23.97km，占线路总长度的78%，软弱围岩分布较广，Ⅳ、Ⅴ级围岩占86.95%。

大于4km隧道2座，分别为：

**隧道长8208.25m，设置2座斜井和1座平导；**隧道，全长6673.59m，设置1座斜井。

2015年8月进场，隧道11月进洞。

到2017年5月底，施工时间约17个月，贯通5座隧道。

地形地貌特征：

标段地处毛乌素沙漠和黄土高原过渡区，地形地貌以边缘沙漠和侵蚀性梁峁沟谷地貌为主，“V”字型冲沟发育，呈树枝状分布，支离破碎，地形较为复杂。

沙漠边缘区地貌

梁峁沟谷地貌

残源地貌

隧道地质特征：

1.特殊地质围岩

10座隧道围岩岩性基本为第四系砂质新黄土和白垩系砂岩。

砂质新黄土具湿陷性、呈松散状，承载力低；砂岩紫红色、泥质胶结，成岩作用差、全～强风化、岩质软，节理裂隙较发育、水平成层。

砂质新黄土开挖后易坍塌、变形；白垩系砂岩开挖后易风化、遇水软化，初支易发生大变形、坍塌。

多个隧道穿越土石分界，施工难度大，风险高。

围岩分级为

级、V级为主，部分地段为

级（约800m）。

2.不良地质

（1）含（富）水风积砂质新黄土浅埋、偏压

（2）含（富）水全风化～强风化白垩系砂岩

二、隧道施工主要采取的措施

核心思想：

初期支护承受（所有）围岩应力，二衬混凝土基本不受力。

主要技术措施：

围绕加强初期支护强度和及时封闭成环进行，表现在以下方面：

⑴是取消型钢钢架，全部采用格栅钢架，提高与混凝土整体受力同步变形能力；⑵是优化格栅拱架形式，平面“8字结”改为立体“蝴蝶结”；⑶是初支混凝土采用大型湿喷机施工，提高混凝土强度；⑷是采用40m自行式长栈桥施工仰拱混凝土，确保仰拱填充层施工质量，包括混凝土厚度强度、钢筋数量质量等；⑸是优化了仰拱厚度，将仰拱标高抬高至侧沟底，增加仰拱厚度，减少填充层厚度。

同时要求填充一次施工到位，不允许预留找平层。

保证了隧底质量。

⑹是实行开挖“两紧跟”，钢架紧顶掌子面，初期支护早成环，

级围岩（两台阶）1倍洞径、V级围岩（三台阶）2倍洞径；⑺是重视监控量测工作，指挥部统一开发了隧道监测信息系统，所有管理人员在手机上，可实时了解所有隧道变形情况，并按实测点数单独计价。

⑻是洞口尽早形成锁口圈。

掌子面开挖至1～1.5倍洞径时，停止掌子面掘进，将洞口至少1倍洞径长度初支封闭。

确保洞口安全和稳定。

⑼是不论多差的围岩均采用台阶法施工。

采用三（两）台阶工法，微台阶工艺，每个台阶均左右对称施工。

对围岩较差时可采用四台阶、五台阶工法。

⑽是采用超前周边注浆、超前帷幕注浆、超前密排小导管、超前管棚、真空降水、超前深孔降水等措施进行预支护，提高围岩本身的自稳能力。

⑾取消了中心水（管）沟，隧底整体性更好，施工更方便。

主要管理措施：

⑴高度重视施工图现场核对，施工前由业主组织设计、监理、施工单位进行四方现场核对，提前解决设计与现场不符的情况，减少施工中的变更，加快施工进度。

⑵实行自主变更，根据现场围岩等情况动态设计，施工单位在一定授权范围内可自主进行变更设计，对初期支护可加强，围岩级别可调整。

⑶允许分包，使“包工队”合法化，让施工队承担应有责任，管理上更顺畅。

⑷是采用重奖管重罚的管理方式。

发现问题采取通报批评、停工整顿、撤换人员等处罚。

激励大家工作的责任心和主动性。

以下就几种主要措施做简要说明。

1.取消工字钢、推行格栅钢架、实行工厂化集中加工

全部取消了初支型钢钢架，改用格栅钢架，充分利用格栅钢架与喷射混凝土整体受力性能，提高初支质量。

项目共建了6个钢构件集中加工厂，配备了数控八字筋弯曲机、数控八字筋焊接机等自动化设备，保证格栅钢架加工质量。

每环格栅钢架约需60对八字筋，共有焊缝1320道。

格栅钢架半成品

过去项目的格棚钢架型式

2.杜绝干喷、禁用小型湿喷机、推行大型湿喷机械手

要求隧道初支混凝土必须采用每小时15方以上的大型机械手施工，杜绝干喷，严禁小湿喷机使用。

项目累计配置机械手20台，目前部分已调往其他项目。

实际证明大型湿喷机施工的混凝土强度比小湿喷机施工的混凝土强度平均要提高5Mpa。

铁建重工HPS3016型机械手（30m3/h）

机械手在洞口作业

3.推行自行式仰拱长栈桥、仰拱长段落施工

要求仰拱一次浇筑必须在24m以上，必须使用40m长栈桥，以保证仰拱整体质量。

项目共配备自行式仰拱长栈桥20台。

4.推行微台阶工法、实行两紧跟技术

要求全部隧道采用微台阶施工工法，控制了沉降收敛变形，加快了施工进度。

将安全步距提高了标准，要求两台阶施工掌子面至仰拱初支封闭不大于1倍洞径（11米），三台阶施工掌子面至仰拱初支封闭不大于2倍洞径（22米）。

项目部在集团公司技术心指导下，编制了微台阶施工要点，在全项目隧道施工中强力推广。

5.高度重视监控量测工作

监控量测点列入清单，做为单独子目进行计价。

建立监控量测信息化平台，所有作业区面的数据均实时上传，相关的管理人员可以第一时间看到各作业面的沉降和收敛情况。

项目制定了监控量测管理办法，单独成立了6个监控量测组负责监控量测的现场测量和内业资料收集整理，由总工负责监控量测的管理。

6.推广隧道水沟电缆槽整体浇筑台车

所有隧道水沟、电缆槽采用液压自行式整体台车施工，不得使用小型模板或简易台架。

目前共配备10台，采用整体台车施工的水沟、电缆槽线形顺直，混凝土质量内实外光，平均月进度可达到450m。

三、典型案例介绍

（一）砂质新黄土超浅埋隧道小导管微台阶法进洞技术

1.工程概况

**隧道进口段（DK282+210～DK282+299）洞身岩性为第四系上更新统砂质新黄土：

浅黄色，稍密～密实，稍湿，成份粉粒为主，含少量白色菌丝与姜石，具湿陷性，是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，其强度显著降低。

进口段DK282+210～DK282+250段覆土厚度为1.5m～15.5m，自然坡度约25°。

导向架及小导管完成进尺1榀

2.小导管进洞

**隧道进洞方式为小导管进洞，即采用φ42（t=3.5mm）的钢花管作为洞口支承，由现有开挖断面处进洞，隧道施工实际预留变形量为40cm。

（1）在隧道开挖面位置DK282+210处采用双层I20a钢架，上层钢架作为导向架，下层钢架为初支钢架，两层钢架间距离为100mm，钢架每个节点位置施作2根φ42×5mm锁脚锚管，锁脚锚管长L=4m，与直立掌子面间的夹角为30°（向下），锁脚锚管内采用1:

1水泥浆注浆。

（2）在DK282+210施作导向钢架，并在钢架腹板处割孔打设φ42×3.5mm的长导管，导管长6m，环向间距40cm，外插角约15°，环向施作40根；导向架施作完成后立即施作初支钢架，同时施作导向架与初支钢架拱脚处的锁脚锚管；在导向架与初支刚架之间10cm的空隙间施作Φ42×3.5mm的小导管，导管长4m，环向间距20cm，外插角约10°，共施作75根。

（3）钢架施工完成后将工作面采用C25网喷喷射混凝土封闭，同时在钢花管尾部焊接止浆阀注浆，对两排导管注浆，注浆采用1:

1水泥浆液，注浆压力为0.5~1.0MPa，注浆完成约12个小时后，开始进行洞身开挖。

采用大管棚施工，增加仰坡土方量，用钢材量多14.47t，大管棚工费约9.8万元，小导管施工工费约9.1万元。

（4）采用小导管施工减少扰动原地貌，增强隧道施工的安全；隧道进洞处覆土厚度仅1.5m，大管棚施工对围岩扰动大，同时管棚打设角度不易控制，易造成管棚冒出围岩，打设长度达不到设计要求，存在安全隐患。

综上所述，**隧道选用小导管进洞优点大于缺点，既能保证安全又减少施工工程量，同时加快施工进度，减少成本。

（二）砂质新黄土浅埋偏压隧道四台阶三临时仰拱法进洞技术

1.地形地貌及地质特征

薛家畔隧道进口位于一小山脊上，处于毛乌素沙漠与黄土高原过渡区，冲沟发育，仰坡自然坡度约51°，洞顶最大覆盖层厚度17米，拱腰最小覆盖层厚度6米。

进口处及仰坡上覆砂质新黄土，下伏白垩系砂岩。

砂质新黄土，具湿陷性，属中等湿陷性黄土。

砂岩，紫红色，全风化，原岩结构已破坏，呈角砾松散状结构，自稳能力差。

2.施工方案

该隧道开工前，项目部提出变更方案，将洞口段“牛鼻子”山脊做明洞，但业主没有同意。

采用4台阶法，设3道临时仰拱，洞内增加径向注浆，洞外增加地表注浆。

具体施工措施及方法如下：

采用四台阶，上、中、下台阶均设置临时仰拱，分部封闭成环，同时临时仰拱相邻层搭接即下层封闭前上层临时仰拱不撤除（至少拱接3榀），控制沉降变形。

超前密排小导管，辅助插板，控制砂层溜塌，保证拱部安全。

预留核心土，保证掌子面稳定不溜塌。

各台阶加强锁脚，每节点施作2-3层锁脚，控制沉降。

洞内初支增加径向注浆，防止初支背后的空洞，同时形成稳定的拱圈，保证隧道永久安全。

该隧道目前已全部施工完成，洞口段沉降稳定，质量满足要求。

（三）富水砂质新黄土与全风化白垩系砂岩互层施工技术

1.现场情况

阳城隧道1号斜井正洞大里程DK245+072（距交叉口72m）处，上台阶地层为砂质、黏质新黄土交错、层状结构，含水量较高达22%。

线路拱部含水量较高，有清水不断渗出，土体松软。

中、下台阶可见明显水流，渗水量较大，局部呈泥浆状，如图1、2所示。

上台阶在开挖过程中，不断出现掌子面开裂、脱落现象，土体自动流淌涌出，不能自稳，无法进行开挖作业。

DK245+072掌子面开挖局部成泥浆状

DK245+072～DK245+109段超前水平钻孔揭示地质如下。

3～5m：

全风化砂岩，黄褐色，饱和，呈流塑状。

5～10m：

除6～8m含强风化砂岩外，其余为全风化砂岩，饱和，呈流塑状。

10～15m：

粉细砂土，黄褐色，饱和，呈软塑状。

15～20m：

粉细砂，黄褐色，含水较大，呈松散结构。

20～25m：

粉细砂，黄褐色，含水较大，23～25m粉砂粘性土。

25～27m：

粉细砂，饱和，呈流塑状。

27～29m：

砂质新黄土，呈流塑状。

29～34m：

粉细砂，浅黄色，含水较大。

34～40m：

粉细砂，浅黄色，含水较大，呈松散结构。

正洞小里程DK244+895（距交叉口105m）处，土砂互层，含水量较大，结构松散，呈饱和状、流塑状，结合周边地质调查，综合判断，该处穿越古冲沟。

2.施工难度及特点

施工中均出现涌泥、涌砂、涌水等地质灾害，掌子面不能自稳，无法进行开挖。

已施工段落初支沉降、变形较大，最大沉降达89cm，初支出现环向贯通裂缝，缝宽最大达9cm。

该段施工最大困难在于水的影响，虽然水量不是很大，日涌水量约260～300m3，但由于围岩为土夹砂地质，遇水后呈流塑状，无自稳能力。

3.采取的施工方案及措施

针对施工遇到的问题及超前水平钻孔对围岩判识，经与设计、业主单位研究，最终采用以下方案及措施。

⑴超前帷幕注浆。

采用超前注浆，对掌子面前方进行固结，提高围岩自稳能力。

为提高注浆效果，注浆压力提高至6～12MPa，采用前进式分段注浆方法，同时对止浆墙后方已施工初支段提前进行径向注浆加固，保证掌子面前方注浆时初支稳定。

⑵降水措施。

采用超前深孔泄水、超前真空降水、作业面真空降水相结合的方式进行降水，降低围岩含水量，提高围岩可塑性。

⑶小导管辅助补注浆。

由于砂质新土、砂岩注浆效果较差，注浆扩散不确定性高，浆脉分布不均，在开挖时局部还存在流塑状土体，对这部分围岩采用局部小导管补注浆加强。

⑷微台阶加临时仰拱开挖工法。

采用微台阶开挖，上、中台阶增设临时仰拱，分部封闭成环，控制沉降变形。

⑸加强监控量测。

施工过程中按3～5m设置监控量测断面，每天观测2次，及时分析数据，根据监控量测结果及时对施工进度、措施进行调整，保证施工安全。

采取以上措施1号斜井正洞大、小里程均能正常施工，目前大里程第2循环帷幕注浆结束，正在开挖。

小里程完成1个循环的帷幕注浆，目前通过降水，围岩有一定自稳能力，采用长导管超前注浆方式进行施工。

实际施工证明，以上措施对此种围岩是有效的。

（四）悬臂掘进机机械开挖施工

1.工程概况

银山1号隧道DK262+349～DK262+407段隧道右侧有中石油杏3046号井场，共12个井口，距开挖面轮廓线最近7.6m，最远20.2m。

油井于2014年7月建成，均为定向井，井深1360～1480m，造斜点距地面120m左右，位于隧底以下约60m，隧道施工对斜井段不造成影响，直井段存在安全隐患。

油井的密封性不确定，可能发生瓦斯气体溢出影响安全。

为保证油井安全需对油井停产封井，据中石油杏子川采油厂测算，共需费用2020万元。

DK262+700～DK263+150段隧道从屈家畔村下部穿过，最小埋深43m。

地表分布有土窑洞、庙宇、高压铁塔、油田高压注水管道、村民生产生活水井和管道及道路等生产生活设施，对变形及震动较敏感，采用钻爆法开挖，极易造成破坏。

2.悬臂掘进机介绍

EBZ200（Ⅱ）型悬臂式掘进机，输入电压1140V，整机功率325KW，截割功率200/110KW，整机质量54吨，外形尺寸（长×宽×高）10.6×3.6×1.8m。

截割范围（宽×高）6.5×5.1m，最大截割断面33m²，截割硬度不大于80MPa，截割环境温度为0～30℃，坡度为±18°，截割深度约为一个截割头长度（90cm），相对于机身底部只能最大向下截割41cm。

（五）双层超长大管棚下穿国道进洞施工

1.工程概况

武家坡隧道进口段覆盖砂质新黄土，黄褐色，稍密，稍湿，具垂直节理，具大孔隙。

砂质老黄土，坚硬～硬塑，呈大块状压密结构。

进口段DK256+693-DK256+707段下穿G307国道，与洞口距离40m，与线路交角60°，埋深35m。

G307国道宽度8m,为沥青路面，土路肩，车流量较大。

G307国道平面及立面示意图见下图。

武家坡隧道下穿G307国道平面示意图

2.施工方案

采用双层Φ159超前长管棚做为超前支护，洞内采用微台阶工法施工，确保洞顶公路通行安全。

施工时在洞顶国道上和洞内设置监控量测点，从离G307国道15米开始，至下穿段二衬施工完成后1个月连续进行监控。

Φ159mm超前长管棚采用双层支护，外径159mm，壁厚7mm，长度为86.75米，通过优化机械施工性能，采用PG115型管棚钻机一次性一循环施作完成。

顶管时将钢管安放在管棚钻机上，对准已钻好的引导孔，低速推进钢管，其冲击力控制在1.8～2.0MPa，推进压力控制在4.0～6.0MPa。

安装后进行注浆，水灰比：

0.5:

1～2:

1；注浆压力：

0.5～2.0Mpa。

Φ159超前长管棚导向墙内钢架及管棚布置图。

导向墙钻孔并送管

安放钢筋笼

（六）中管棚配合五台阶法穿越土石分界和砂质新黄土段

1.工程概况

新窑隧道进口施工至DK260+486时（距洞口820m）掌子面揭示为土石分界。

上台阶及中台阶左侧为砂层，结构松散，稍湿，自稳性差，中台阶右侧及下台阶为全风化白垩系砂岩，呈砂状；土石分界处有少量渗水，开挖时有流砂现象。

2.施工方案

采用Φ89中管棚超前支护，采用五台阶微台阶工法开挖，初支封闭紧跟，加强监控量测。

管棚采用外径Φ89mm，壁厚5mm热轧无缝钢管加工，每10m一环，采用HC420H履带式潜孔钻车。

注浆用水泥浆液，水灰比：

0.5:

1～2:

1；注浆压力：

0.5～2.0Mpa。

钻机成孔管棚安装完成

3.五台阶法施工

⑴由于受中下台阶砂层的影响，开挖后易发生溜砂现场，造成拱架背后超挖严重，同时立架作业人员存在安全隐患且施工时间较长，鉴于该情况对三台阶临时仰拱法进行调整，采用五台阶施工方法，上台阶不变，中下台阶分别均分为2个节段进行落底施工。

⑵现场施工照片

中台阶分两段落底下台阶分两段落底

上台阶临时仰拱上、中台阶临时仰拱