砂土围岩隧道在冒顶地段贯通施工技术应用研究

摘要：在高速公路隧道施工过程中，在隧道工程中，贯通作业通常被安排在围岩条件较为优越的地段进行。然而，在隧道的掘进施工过程中，由于围岩地质状况的复杂性、地形切割的多样性、风化程度的差异性、水文条件的多变性，以及区域地质构造运动的宏观影响，往往会导致掘进过程中围岩条件出现较大的变化。因此，在某些情况下，隧道不得不在地质条件不良的地段实现贯通，这是难以避免的，砂土围岩隧道在冒顶地段贯通的施工技术的研究应用，填补了我省高速公路隧道在特殊不良地质条件下隧道贯通的施工技术，对山区高速公路不良地质地段的隧道贯通施工有极大的借鉴作用。

关键词：隧道、不良地质、贯通

近年来全国高速公路施工里程飞速发展，很多高速公路隧道遇熔岩、高地应力、突泥、涌水、煤层瓦斯、冒顶等多种不良地质，时刻威胁着隧道贯通施工，如湖北利万高速齐岳山隧道、四川九绵高速平南隧道、云南香丽高速开达古隧道等多条知名地质复杂公路隧道，均在特殊不良地质段贯通，这些高速公路隧道的贯通施工技术是值得我们进行总结和提炼的。

为了保证隧道的顺利贯通，一般两相对开挖工作面相距100m时，隧道两端应停止施工，按审批的贯通方案进行施工，当剩下30m距离就要贯通的时候，应专人统一指挥由一端进行贯通施工。贯通施工应遵守隧道施工技术规范外，还要及时根据监控量测数据以及超前地质预报结论调整开挖方法及预留沉降量。

鹤剑兰高速公路沙溪支线段沙溪隧道左幅施工过程中，在ZK16+595～ZK16+584段发生地表洞顶塌陷冒顶， 塌陷区域面积长15米、宽8米、深5米，呈漏斗状，出口掌子面ZK16+584拱顶溜塌砂土向外突出至ZK16+594二衬处，考虑到在处治施工作业平台过程中拱顶砂土反复突出安全隐患较大，存在二次冒顶的安全风险。经研究采取左幅隧道出口停止处治施工，从进口单端掘进的方式进行贯通。本施工技术的运用有效防止不良地质隧道地表水下渗、对掌子面围岩进行预加固、控制拱顶下沉及净空收敛，提高了工程施工效率、保证了工期目标，取得了较好的效果。

1.不良地质隧道冒顶段贯通技术研究

针对沙溪隧道砂土地层不良地质段围岩冒顶段的进贯通施工，我们采取了一系列科学有效的措施来确保施工的安全与顺利进行。

在常规隧道贯通方法的基础上，我们特别对出口掌子面进行了反压回填处理。通过填筑至拱顶的高度，并完全填满洞内轮廓线，我们有效地防止了二次冒顶的发生，为二次衬砌的安全提供了有力保障。

为了加强隧道贯通段的稳定性，我们采用了Ø127mm大管棚与Ø89mm管棚相配合，同时结合Ø42mm*4mm超前小导管进行超前预加固。这种组合方式能够显著提升围岩的承载力和稳定性，为后续的开挖工作奠定了坚实基础。

此外，我们还增加了Ø89mm*6mm大锁脚钢管的使用，以有效控制初支拱顶的下沉及净空收敛。这一措施的实施，进一步提高了隧道的整体稳定性，降低了施工风险。

在施工进程中，我们严谨地管理了各施工段间的步距，确保仰拱与掌子面之间的间距维持在20米以内，同时二衬与掌子面的距离也被严格控制在40米之内。这样的管理措施不仅有力地保障了施工进度的稳步推进，而且确保了整个施工过程中的质量可控性得到了显著提升。

最后，我们加强了地表沉降的观测工作，每天至少进行2次观测，并及时进行预警。根据监控量测的数据，我们灵活调整支护参数，以确保不良地质隧道冒顶段贯通的施工安全。这一系列措施的实施，为沙溪隧道砂土地层不良地质段围岩冒顶段的进贯通施工提供了全方位的安全保障。

2.技术特点

为了有效应对沙溪隧道砂土地层不良地质段围岩冒顶的施工挑战，我们在既定贯通桩号前5m的隧道开挖轮廓线外，精心设计了上下两排钢管加固方案。上排选用了Ø127mm的大管棚，这些大管棚被精准地打入坍腔并深入岩石，直至出口二衬顶部5m的范围。这样的大管棚不仅具有强大的支撑力，还能有效地穿透和固定砂土围岩，为隧道提供稳定的支撑基础。

下排则采用了Ø89mm的管棚进行补强，这些管棚在打入后，通过注入水泥-水玻璃双液浆，与砂土围岩紧密固结，形成了一个坚固的整体。这种固结作用不仅增强了围岩的承载能力，还使得砂土围岩与管棚共同构成了一个类似刚度较大的梁、拱结构，从而大大提升了隧道的整体稳定性。

这一加固方案的实施，有效地消除了在冒顶段贯通时可能产生的变形风险，为隧道的顺利贯通提供了有力的技术保障。

3.施工工艺技术

3.1施工工艺流程

出口洞内反压回填→地表塌陷区回填→进口大管棚施工→开挖→支护（适时施做Φ89mm*6mm大锁脚钢管）→二衬施工（循环开挖支护直至贯通）。

3.2出口洞内反压回填

沙溪隧道出口左洞由于地质条件复杂，堆积体受水浸泡后达到了饱和状态，呈现出软塑状，给施工带来了极大的挑战。若直接进行清理，不仅会面临极大的施工难度，更存在二次冒顶的严重风险。为确保施工安全，我们决定采取路堑挖方土夹石对出口左洞进行反压回填的处置方案。

在回填过程中，我们特别注重上部回填的长度和高度，确保长度不小于4米，高度直达拱顶，将洞内轮廓完全填满。这样的回填方式，不仅有效地对洞内空间进行了稳固，还对已施作完成的二衬起到了坚实的支撑作用，进一步提升了隧道的整体稳定性。

回填反压工作完成后，我们立即对出口端掌子面进行了封闭处理，严格禁止人员进出。这一措施的实施，既是为了保护施工人员的安全，也是为了避免因人员活动而对回填效果造成不良影响。通过这一系列科学有效的处置措施，我们成功地化解了沙溪隧道出口左洞面临的施工难题，为后续的施工工作奠定了坚实的基础。

3.3地表塌限区回填

为了有效应对隧道洞顶塌腔带来的安全隐患，我们迅速采取了针对性的措施。首先，在隧道洞顶塌腔的四周精心施作了截水沟，这一举措旨在有效拦截地表水，防止其流入坑内，从而避免水流对塌腔造成进一步的侵蚀和破坏。

接下来，我们对洞顶塌陷处进行了细致的回填处理。选用黏土作为回填材料，采取分层回填的方式，每填筑0.5m就组织人工进行夯实，确保回填的密实度和稳定性。回填的高度特意超出了地表30cm，以形成一定的安全余量。

最后，在回填的顶部，我们铺设了防水板，进行严密的防雨处理。这一系列措施的实施，不仅有效地解决了隧道洞顶塌腔的问题，还为隧道的后续施工提供了坚实的安全保障。

3.4大管棚施工

在沙溪隧道的进口正常掘进段落，我们采用了科学合理的超前支护方案。具体来说，我们使用了Ø89mm6mm的超前管棚，并与其配套使用了Ø42mm4mm的超前小导管。这种组合方式能够有效地对前方围岩进行预支护，提高围岩的稳定性和承载能力，为后续的掘进工作提供有力的保障。

然而，在距离贯通仅剩5m的ZK16+579关键位置，我们进一步加强了超前预加固措施。在这里，我们特别选用了Ø127mm8mm的超前大管棚，与Ø89mm6mm的超前管棚以及Ø42mm*4mm的超前小导管相结合，形成了更为强大的超前支护体系。这种组合方式不仅能够更好地应对复杂的地质条件，还能够确保贯通过程中的安全性和稳定性。

值得一提的是，我们的Ø89mm管棚每节长度达到9m，并且管壁上设有注浆孔，便于进行注浆加固。而Ø127mm管棚则采用根管工艺施工，每节长度为1.5m，可以通过丝扣连接至所需长度，这一工艺在钢筋加工场进行机械加工，确保了管棚的精度和质量。

此外，为了增加管棚的刚度，我们还在隧道内部安置了钢筋笼结构。这些钢筋笼是在隧道外部按节段预制完成后，再被运输到施工现场，通过焊接技术进行连接延长，最后通过人工配合挖机顶进的方式安装到位。

3.5开挖

在隧道开挖过程中，我们严格遵循三台阶法进行施工。为了确保开挖的精度和安全性，我们按照每1榀钢架来控制每个循环的进尺，将开挖进尺严格控制在0.5米以内。这样的细致操作，有助于我们更好地掌握开挖的节奏和力度，避免对围岩造成过大的扰动。

同时，在边墙的开挖过程中，我们也严格控制进尺，确保其不大于2榀拱架的距离。这样的措施，有助于保持边墙的稳定性，为后续的支护工作奠定良好的基础。当中台阶施工完成后，我们及时打设了Ø89mm的大锁脚，确保锁脚锚杆与钢架焊接牢固，并及时进行注浆和封闭成环。

3.6初期支护

按设计要求钻孔，钻孔完成后进行清孔，清孔达到标准后安装小导管，注浆浆液需按设计进行配置，压浆机压力要符合设计要求。

压浆完成后安设钢筋网，钢筋网ϕ8钢筋，钢筋间距15×15cm，按照围岩岩面铺设钢筋网，钢筋网要紧贴初喷砼面。

工字钢、连接钢板等焊接成型后组成工字钢钢架，腹板工字钢钢架接头焊缝高度为7mm。型钢端头采用双面焊焊接在14mm厚的钢板上，钢拱架均采用双面焊接。

在中台阶拱架施作完成后，及时进行Φ89mm大锁脚施工，以增强钢拱架的整体稳定性。锁脚注浆可以采用水泥单液浆，必要时应采用水泥-水玻璃双液浆，管棚与孔壁间空隙应在注浆前进行封堵，注浆完成后，用水泥砂浆充填管内未注满且清理胶凝浆液后留下的孔隙，以此来增强管棚的刚度和强度。

3.7二次衬砌施工

衬砌钢筋绑扎以前，先安设防水板和排水管系，以及在二衬混凝土浇筑过程中，按设计安设排水孔、止水带、（板）及设置预留室、槽、孔和预埋件。

在浇筑拱墙二衬时，做好二衬的预埋注浆管与初支空隙的注浆回填（后期进行），浆液为单液水泥净浆，浆液的注浆压力控制在0.5～1.0MPa；当拱墙混凝土施工完成30d后，应配制1：1水泥浆液逐孔压入预留注浆孔内，浆液的注浆压力控制在 0.3～0.5Mpa，保证二次衬砌与外防水层之间的间隙饱满无孔隙。

4.结束语

本技术适用于在砂土地层、软弱破碎围岩等不良地质段围岩隧道贯通施工，该技术填补了我省高速公路隧道在特殊不良地质条件下隧道贯通的施工技术，对山区高速公路不良地质地段的隧道贯通施工有极大的借鉴作用，有明显的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]吴文超，邹本武.高地应力断层破碎顶板冒落巷道支护技术研究

[2]赵仁乐，张国朋，段会玲等.断层破碎带冒顶巷道支护技术研究

[3]曾得国，王惠风.高地压工作面与回撤巷贯通工艺研究