刘治海
中铁十五局集团第二工程有限公司 上海市青浦区 201700
摘要：山岭隧道进洞初期往往会遇到覆盖层较薄弱的浅埋段，由于浅埋段围岩稳定性较差，施工过程中稍有不慎则容易引起边仰坡垮塌。本文以莆永高速大鼓山隧道为实例，介绍软弱富水地层隧道边仰坡稳定控制的施工技术要点。
关键词：软弱富水；隧道；边仰坡；稳定控制
1 、引言
本文结合福建莆永高速大鼓山隧道进口洞口全-强风化花岗岩地质条件，通过对岩性的研究、边仰坡土体降水、坡面的开挖和支护、注浆工艺的严格控制，提出了针对由残积砂质粘性土及全-强风化花岗岩组成的地质构造，斜坡岩体风化裂隙极发育，岩土体赋存上层滞水及基岩裂隙水的洞口边仰坡稳定施工技术。
2、工程背景
福建莆永高速大鼓山隧道，起于安溪县感德镇尾园村，止于安溪县感德镇石古坑村北侧山谷，隧道采用左右分离式结构，隧道左洞全长3085m，右洞全长3043m。隧道进口位于两山脊间冲沟处，坡度较陡，约为35～40°，坡体土质主要由残积砂质粘性土及全-强风化花岗岩组成（含少量黑色淤泥），围岩呈松散、碎裂结构，且节理、裂隙极发育，围岩软弱富水，地下水呈雨滴状或淋雨状渗出，岩体自稳能力极差。
3、边、仰坡防护施工技术
根据洞口的地形、地质情况，边、仰坡采用边开挖边防护的施工方法，由上往下逐步进行。洞口边、仰坡防护原设计为Ф22mm砂浆锚杆，L=3.5m，间距1.2m梅花形布置，挂φ6.5mm（20cm×20cm），喷射10cm厚C20喷射混凝土。
由于坡面岩体软弱富水且受降雨影响，洞口边仰坡按设计开挖防护后多次出现坡顶开裂，坡面失稳溜滑。为了稳固坡面，首先采用井点降水及钢花管水平排水的方法，及时疏干坡面开挖范围内土层的地下水，减少地下水对隧道施工的影响，提高土层的自稳能力。另外防护参数变更为钻设φ42小导管，L=5m，间距1.2m梅花形布置，初喷10cm厚C20喷射混凝土，挂φ6.5mm（20cm×20cm）钢筋网，再模筑厚度15cm的C15混凝土层封水处理，待混凝土强度达到80%后，进行注浆加固。
3.1边仰坡土体降水
3.1.1井点降水：大鼓山隧道降水井采用直径φ150mm的高强度硬质PVC管，采用手动切割机在管壁上切割长度20cm滤缝，间距20cm梅花形布置，并在滤管端头处设置小于孔径的定位器，以保证滤管能居中，周围填充2～3cm碎石反滤层，降水井沿隧道开挖外轮廓线外1米对称布置，根据降水深度、降水范围最终经计算确定降水井纵向间距按5m布置，井深18～26m（井底高度均控制在仰拱以下1.5m处），通过降水将隧道中的地下水位降低至仰拱以下，保证隧道在比较干燥的工作面进行施工。
降水井成孔根据地质条件选用X100轻型地质钻机和重型钻机及其配套设备，采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。
3.1.2钢花管水平排水：边仰坡开挖小导管加固时，靠近开挖坡脚位置安装下倾15°的排水钢花管，主要作用是排除坡体裂隙水。钢花管按照横向间距2.4m一根布置，钢花管制作工艺及尺寸同小导管制作工艺相同。
3.2 边仰坡开挖
因坡面坍塌失稳，洞口坡面开挖形式采用沿边、仰坡开挖线自上而下逐级开挖，开挖高度控制在2～2.5m一级进行，坡率1∶（0.75～1），开挖一级防护一级。仰坡开挖形式见图3-1～3-2。
图3-1 仰坡顶开挖图 图3-2 仰坡小导管支护
3.3 小导管制作安装
小导管采用L=5m，外径φ42mm×3.5mm的热轧无缝钢管制作，钢管前端呈尖锥状，尾部焊φ8mm的加劲环箍，管壁四周按15cm间距钻设φ8mm压浆孔，梅花形布置，尾部1m不设压浆孔（有孔管）。小导管采用风动凿岩机成孔，测斜仪控制钻坡面孔角度，风动凿岩机辅助人工安装小导管，小导管分有孔钢花管和无孔管两种（钢花管大样图见图3-3），安装时有孔与无孔交错布置，小导管角度垂直于坡面施工。施工中严格按照如下顺序进行：开挖工作面并清理→钻孔→清孔→放置小导管→孔口封堵→设置外部防护工程→注浆。
3.4.2 坡面防水施工
根据洞口坡面地质由残积砂质粘性土及全-强风化花岗岩组成，斜坡岩体风化裂隙极发育，受水浸润后极易产生坍塌破坏的特点，为了减少在雨季施工中雨水对坡面的破坏，边、仰坡在完成初期开挖支护后，在坡面铺设EVA防水卷材，并绑扎φ6.5钢筋网片，模筑15cm厚C15混凝土以提高坡面的强度，阻止雨水对坡面的冲刷。
3.5坡面注浆施工
小导管注浆施工前应调查围岩各种性能；对分层围岩还应查清分层状况、软硬层次、厚薄组合等情况，以便确定注浆方案。注浆前先进行注浆试验，通过现场试验确定实际注浆参数。
3.5.1 洞口围岩岩土矿物成份及结构特征
洞口边、仰坡刷坡后，揭露的坡面岩性为人工填土(层厚2.6m)及残积砂质粘性土(层厚5.00～12.50m)及全-强风化花岗岩(层厚12.50m以下)。上部陡坎坎脚有较厚堆积，褐黄色，主要由粉、粘粒组成，含少量石英质中、粗砂粒和花岗岩风化岩块，土质不均，硬塑状。
从开挖情况看上部残积土在结构上已完全破坏不可辨认，风化成土状，未风化的矿物呈砂状或砾状。密实度为中密状，粘粒、胶粒含量较高约40%，粗、砾砂成份较少，具有一定的粘性，硬塑，雨水时呈可塑状。
下部全风化花岗岩组织结构已基本破坏，但原岩结构尚可辨认，原岩中长石、云母矿物已风化成高岭土，强度较低，手可捏成粉末状，遇水变松软，呈土状，粘粒、胶粒约占10～25%，粗、砾砂成份较高，具微弱粘性。
底层强风化花岗岩组织结构风化破坏较强烈，但原岩结构基本清晰可辨，长石风化后由白色变为肉红色或乳白色，强度降低，其中斜长石手用力可捏碎，正长石较坚硬，手不能捏碎，浸水后不会变松软。岩体破碎，裂隙发育，透水性较好，用手可掰断，岩性强度较低。
3.5.2 注浆参数
⑴.注浆压力的确定
根据洞口围岩的物理学性质，坡面注浆浆液主要以挤密和劈裂方式向地层中扩散，因此需要较高的注浆压力，其注浆压力一般为：
P注= P土 + （1.0～2.0）MPa
对于浅埋隧道，土压力一般为上覆土产生的压力，边、仰坡土位置土压力为0～0.14 MPa，因此，注浆压力最大控制在1.5 MPa左右比较合理，根据类似工程的施工经验，在此注浆压力下，全风化地质中浆液扩散半径一般为0.8～1.2m。
经现场试验，注浆终压为1～1.5 MPa，浆液扩散半径R一般为0.8～1.2m。
⑵. 浆液注入量
单位长度孔注浆量计算公式：Q=π·R2·n·a·β
地层孔隙率n=0.02,地层有效填充系数a=0.8，浆液损失系数β=1.2，计算得Q=0.086m3∕m
⑶.浆液材料：小导管注浆采用水泥浆液（添加水泥重量5%的水玻璃）
a.PO42.5普通硅酸盐水泥；b.水泥水灰比：1:1；c.水玻璃：35波美度，模数2.4。
3.4.3注浆施工工艺流程
注浆采用耿力牌GZJB液压双液注浆泵，全孔一次注浆。施工工艺流程见图3-6
图3-6 小导管注浆工艺流程
4、结语
通过大鼓山隧道洞口坡面加固的实施，形成了在残积砂质粘性土及全-强风化花岗岩地质条件下稳固隧道边、仰坡的施工技术，该技术能保证坡面开挖支护施工安全的要求。通过在雨季洞口坡面施工中采取的防、排水施工技术措施，为隧道洞口雨季施工探索了新的思路，丰富了隧道洞口软弱围岩地址边仰坡施工技术，为以后类似工程提供了借鉴经验。
参考文献：
[1]《公路隧道施工技术规范》（JTJ F60-2009）；
[2]《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）；
[3]《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB50086-2015）；
[4]莆永高速A6合同段两阶段施工设计。
论文作者:刘治海
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/23
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