武隆隧道进口段浅埋软弱围岩的处理技术

孟凡亚

(中铁第十四局集团公司渝怀铁路工程指挥部，四川武隆408500)

摘 要：采用地表预注浆和管棚超前预支护技术，对渝怀铁路武隆隧道进口段的浅埋、软弱

围岩进行处理。实践表明，本文所采用的地层预加固方法改善了土体的结构性能，提高其自稳性和承载能力，取得了预期的加固效果。

关键词：铁路隧道；洞门；围岩；地表预注浆；管棚

渝(重庆)怀(怀化)铁路是国家实施西部大开发战略的重点工程之一，武隆隧道是渝怀线的第二长大隧道。设计为单线I级电气化铁路隧道，全长9418m，位于重庆市武隆县境内，也是渝怀线重点控制工程。隧道进口洞门位于R＝800m的左偏曲线上，线路设计为3‰的上坡。隧道洞口段属中低山地貌，地表植被发'，有少量耕地。隧道洞口上方有武隆至丰都的公路通过，洞顶蚣路面的埋深仅有6m。隧道进口里程为D2Kl88+684,进口高程为232．30m。洞口段从里程D2K188+684～Kl88+760段的76m洞身处于砂粘土(Q4dl、Q4dl+col )和碎石中，此段围e6稳性较差，地下水发育，承载力极低，属典型的浅埋、软弱的V9围岩。隧道断面宽7．76m，高8．94m，开挖断面积为71．05m2，隧道衬砌设计为钢筋混凝土整体式衬砌。此外隧道洞吐方因有公路通过，地层还受行车动荷载因素的影响，因此在nn进口开挖期间极有可能引发塌方冒顶。为确保隧道施工和QW公路的安全，在隧道进洞之前必须对浅埋、软弱围岩段进行预加固处理。

1加固方案

根据现场的地质条件，具体采取了如下的实施方案。首先将隧道洞顶上方的公路向远离洞口方向改移，然后采用Φmm钢管对地表分段进行注浆加固，注浆是沿线路里程D2K188+687～D2Kl88+760段左右两侧各7m范围的地层，注浆孔平面采用梅花形布置，孔间距和孔深设计如图1所示。其中5～11号注浆孔孔底距离隧道拱部衬砌外轮廓线为50cu'n。洞口段地表注浆加固完毕后立即在隧道进口里程D2K188+687的拱部地层施作Φmm管棚超前注浆预支护，其环向间距为40cm，管棚施作范围为D2K188+687一nKl88+722段，沿线路纵向长度为35m。 地面线1234567101112131415￠钢花管线路中线隧道中18线内轨顶面8*100=80076614009*100=900 图1 地表预注浆孔布置横断面图（单位：cm） 2施工过程 2．1地表加固 首先临时调整隧道洞口上方公路的平面位置，使其沿线路前进方向向远离洞口的方向改移，为洞口地表注浆提供作业场地。

2．1．1施工止浆盘

平整洞口上方作业场地，在注浆范围内浇筑30cm厚的C15钢筋砼止浆盘，目的在于对地层注浆时防止浆液外流而影响到注浆的效果。止浆盘钢筋采用Φ8mm×Φ8mm单层钢筋网片，其网距为25cm×25cm。

2．1．2 地表注浆

根据洞口段地层的结构特点，首先对其表层3m范围内的土层预注入水泥浆，浆液中掺人2％的速凝剂(CaCl2)。因这部分土质松软，钻孔施工比较容易，注浆压力可控制在孔口没有浆液溢出即可。考虑到不使大量浆液沿地下裂隙渗透到非加固区域，在此之前，采用同样配合比的水泥浆沿加固范围边缘预注浆，使其快速凝固，形成一圈止浆墙，这样可以防止浆液渗漏而污染周围的地层环境。表层注浆凝固后，即形成一个更大的止浆盘，可以有效地阻止浆液外流。

钻机准 场地平 计算孔

测量定

钻机就 首次钻 下注浆 灰浆拌 安装止装装 注浆机准 注 浆 钻孔检 不合压水实验 补孔注 结 束

合格

图2 地表注浆工艺流程图

2．1．3 钻孔注浆

采用XY一2型地质钻机和QZJ—100B型潜孔钻机同时钻孔，在钻孔到达设计深度后，立放人钢管并安装止浆塞，对钻孔进行注浆作业。注浆工艺流程见图2所示。

(1)钻孔：洞口处因孤石较少，钻孔无需加水即可钻进。遇到的个别孤石加少量清水以

便快速钻进。加水过多时会软化土体，进而降低土体的承载力。在里程D2Kl88+687～D2K188+760范围的钻孔部署按图1实施。钻孔后在注浆之前选点进行压水实验，以检测岩层单位吸水量、围岩孔隙率、渗透系数、涌水量等，为下一步确定和调整浆液配合比、水灰比和扩散半径等提拱依据。

(2)制备浆液：水泥浆液按水灰比确定水泥的用量和加水量，配制好后用lmm筛过滤一遍，放人储浆桶备用。

(3)注浆：正式注浆前检查注浆管路，当确认畅通后再接人注浆系统，开启阀门，启动注浆泵。注浆顺序由周边排孔至中间排孔。每排注浆孔中，先灌注两端的孔，然后间隔交错压注。在正常情况下，每次注浆的注浆压力由小逐渐增大，注浆量由大到小。注浆终压设计标准为2MPa。注浆终量设计标准为20～30L／min。当注浆压力达不到设计标准时，或接近设计注入量～，采取暂时停注，待养护24h后，复注直到符合设计标准为止。

(4)注浆效果检查；注浆完成后，从两个方面同时进行了检查：一方面取其岩芯，检查围岩裂隙是否被浆液充填饱满，岩芯的结石率是否达到设计要求；另一方面，钻设检查孔进行压水实验和注浆实验，检查注浆效果。若达不到设计要求的，再进行补孔注浆，直到满足设计要求为止。

2．2 洞口管棚施工

在洞口里程D2／K188+687～D2Kl88十722范围内，隧道围岩均为砂粘土，夹少量孤石。虽然通过地表注浆已使其得到一定程度的固结，但因地层结构的复杂和不均匀性，注浆加固仍不能完全保证进洞安全，加之洞口上方公路行车动载的影响。为了确保进洞口开挖的安全，决定对洞口里程D2Kl88+687一D2K188＋722的拱部范围施作Φmm管棚超前注浆预支护，管棚布置断面如图3和图4所示。其具体施工过程叙述如下： 长管棚导向墙线路中线隧道中线内轨顶面 图3 大管棚布置图 40407030100 图4 管棚导向墙布置图 衬砌外缘线 (1)先于D2Kl88+687处施作C20砼导向墙，导向墙内置两榀格栅拱架，并于格栅拱架上按设计管棚仰角均匀布置廖100PVC管，以便钻孔时能按照设计的要求进行。 （2）钢管采用Φmm壁厚6mm的热轧无缝钢花管，每节长9m，钢管间通过丝扣或V形连接。钢管环向间距40cm，在拱部均匀设置，钢管仰角1º～2º。钢花管的构造如图5所示。 丝扣预留止浆段￠15注浆孔钢管锥头150420=30*1460030 圈5 钢花管示意图 (3)钻孔时采用QZJ一100B潜孔钻，钻杆采用连接套，当钻至设计孔深时退出钻杆，依次拆卸钻杆，并及时顶人管棚钢管． (4)注浆时按水灰比为0．5~0．6配合比拌制水泥浆，检查注浆连接管路，启动注浆泵，缓慢加压注浆，直至终压达2MPa。管棚超前预注浆工艺流程为：测量放线 开挖工作室 施作导向墙 钻机就位 钻孔 预进钢管 注浆 2．3 洞口段开挖后洞口位移和地表沉降 为检查洞口段注浆预加固和管棚支护的效果，确保隧道洞口开挖的稳定性，还对洞口段在土层开挖后的变位和地表沉降进行了观测。

2．3．1 洞口段衬砌变位和地表沉降

地表深孔预注浆加固及洞口大管棚超前预支护施作完毕后，于2001年8月25日正式开挖进洞，为尽量减少开挖对隧道围岩的扰动，采用“弱爆破、强支护，短掘进、勤量测、快封闭、早成环的原则开挖进洞。

隧道进洞开挖方式采用3台阶开挖，边开挖边支护。洞口段支护采用格栅钢架、挂网、喷锚。在隧道洞口施工中为了确保洞顶的整体稳定性，根据软弱围岩的地质条件，开挖时在洞口段还增设了厚度为30cm的C20砼临时衬砌，增设里程从D2K188~ D2K188+694段。洞口段预留沉降变形量根据施工规范和以往施工经验确定为20cm。上台阶掘进至洞顶公路下方处时暂停施工，并即刻施作拱部临时衬砌。之后再进行第2、3台阶的马口开挖，马口开挖采取左右两侧错开3m～4m的距离，而同侧则采用跳槽开挖的方式，以避免两侧拱脚同时悬空。在挖马口过程中，通过设定的观测点观测洞内临时衬砌的沉降水平收敛，发现两者的变位比较明显，同时在开挖过程中还发现洞口段整体向洞外发生偏移，临时衬砌砼出现局部裂纹。为此，及时采取施作临时衬砌和控制马口开挖长度的措施，有效控制了洞顶沉降和收敛变形，通过观测其平均变形为5mm／d0,当洞口D2K188+684～D2K188+711段的27m临时混凝土衬砌完毕，且开挖面在继续向前推进过程中，观测发现洞口临时衬砌段仍继续下沉，洞口导向墙也整体向洞外及向线路右侧偏移。

2．3．2衬砌开裂及地表沉降的控制

根据施工期间观测到的上述情况，采用了以下处理措施。 ①为了控制临时衬砌混凝土裂缝的扩大，停止了掘进面的开挖，并处理洞口段的仰拱基底地层。分析认为此段因基底地层为砂粘土，其承载力较低，而引起了隧道洞口段的整体滑移。鉴于此，对仰拱基底地层采用Φ42mm的小钢管进行注浆加固，提高隧道地地基的承载力，基底地层注浆的范围从里程D2K188~ D2K188十753，注浆孔平面采用梅花形布置，间

距1m×1m。在施工中为及时使临时衬砌封闭成环，采取了先施作仰拱的方法，同时为了提高成环加固的效果和承载能力，仰拱内加设仰拱格栅，并通过预埋在隧道仰拱处的注浆孔进行注浆。而此时仰拱起到了止浆盘的作用，提高了注浆的效果，同时也增大了临时衬砌砼的整体承载性能。仰拱的施作采取了跳槽施作的方式，以尽快稳定洞口段，使临时衬砌发挥承载作用。在隧道上方公路通过之处架设临时工字钢便桥，减少公路行车动荷载对隧道围岩的振动影响。在临时衬砌砼拱墙脚处加设廖42mm的锁脚注浆小导管，每米8根，每根长4m。

2．3．3效果评价

经过对武隆隧道进口段的地表、隧道基底地层的注浆和超前管棚的施工，以及隧道仰拱的及时施作，使隧道洞口段地表的沉降、拱顶下沉和洞内隧道围岩的收敛变形符合设汁规范要求，同时洞口段地层和隧道衬砌整体发生滑移的状况也明显减小，达到了安全施工的目的，使隧道洞口成功进洞。

3 结论

渝怀铁路武隆隧道进口段属浅埋、软弱围岩，其围岩土体物理力学性质极差。通过施工中综合运用了地表预注浆加固、管棚超前支护、格栅拱架和临时衬砌以及基底注浆等一系列处理技术，成功地解决了公路动荷载下、浅埋软弱围岩地段的隧道进洞的安全施工问题。通过对武隆隧道进口段软弱围岩的处理和施工，总结有如下几点结论：

(1)在开挖地质条件差且松软的V级围岩时，隧道洞口开挖轮廓应予留一定的沉降和收敛变形量，武隆隧道的实测值可为15cm～30cm。

(2)在浅埋软弱围岩地层开挖隧道洞口时，应及时施作仰拱，使衬砌尽早封闭成环，可提高衬砌结构的承载能力，并可进一步控制拱顶沉降和隧道收敛变形。

(3)加强施工支护之间的纵向连接以及拱墙脚处的锁脚质量，能有效地控制围岩的收敛变形。

(4)铁路隧道线路穿过浅埋软弱围岩地层时，隧道洞门应采 取翼墙式或增设明洞，有利于安全进洞。