陈伟庚

（广州铁路（集团）公司深圳工程建设指挥部，广东深圳　518001）



富水软弱围岩铁路隧道预加固技术

陈伟庚

（广州铁路（集团）公司深圳工程建设指挥部，广东深圳518001）

摘要富水软弱围岩隧道施工常规注浆效果欠佳，本文系统地总结了常规的预加固技术，提出适用于该类情况的预加固技术及施工方法。结合广（州）珠（海）铁路江门隧道下穿玉龙湖溢洪道段的富水、软弱围岩、浅埋等技术难点，介绍水平旋喷桩预支护技术的设计、施工参数及关键技术，供类似工程借鉴。

关键词隧道；预加固；富水软弱围岩；水平旋喷桩；管棚

1　工程概况

广珠铁路江门隧道DK111 + 140—DK111 + 195段上部为溢洪道，宽约20 m，采用暗挖法施工。隧道洞身上部为全风化花岗岩，下部为强～微风化花岗岩，最浅埋深仅3 m。隧道开挖宽度11. 86 m，高度11. 6 m，面积约120 m2。初支采用27 cm厚C25喷射混凝土+ I22钢（0. 5 m /榀）。二衬采用C35钢筋混凝土，拱墙厚50 cm，仰拱厚60 cm。Ⅵ级围岩断面支护形式见图1。

图1　Ⅵ级围岩断面支护形式（单位：cm）

该隧道特点为超浅埋，地层富水、上软下硬，断面大，因此施工难度大、风险高，需对预加固（支护）技术方案进行比选设计。

2　方案比选

2. 1预加固（支护）技术比选

隧道施工辅助工法据加固结构与围岩的相互作用可分为预加固与预支护2类。预加固技术侧重于提高围岩强度，保证围岩在开挖过程中不产生过大变形乃至失稳，如注浆、锚杆支护等。预支护技术侧重于支护功能，将加固区物性指标提高至一定程度后，具有超前支护作用，结构的强度及刚度一般大于围岩，如管棚、水平旋喷桩等。典型预加固（支护）技术对比见表1。

地质资料显示，花岗岩全风化层开挖时遇水崩解呈泥状，而该工程的地下水补给充分，排水措施不可行，因此须采取预加固止水措施。

工程实践表明，花岗岩全风化层若采用传统注浆技术，浆液难以均匀扩散。若加大注浆压力或采用劈裂注浆，浆液常呈片状、脉状扩散，在隧道施工期内难以将围岩固结成整体封闭的止水帷幕，止水和地层加固效果欠佳，因此该类地层注浆不能作为单一的措施使用，需要选择更加有效的加固方法。

水平旋喷桩加固在高压旋喷条件下切削地层，将被破碎的土体与水泥浆液充分混合，从而形成一种类似混凝土的均匀固结体。严格的工艺控制可保证形成均匀的高强度桩体，且桩体间相互咬合形成连续的旋喷桩帷幕体，从而具有加固地层和止水双重功能。在砂粒土和中细砂地层中，旋喷桩的平均抗压强度甚至可以达到18～19 MPa［6］，接近于混凝土的强度。

据以上分析，初步选定水平旋喷桩作为预支护方法。在上部全风化花岗岩区隧道轮廓线外施作一圈水平旋喷桩，桩径为50 cm，孔深30 m，环向间距0. 35 m，外插角为6～8°，相邻加固体咬合厚度＞10 cm，共计桩体66根。由于目前水平旋喷技术成桩质量控制难度较大，可能出现断桩，且桩体抗剪强度低。管棚注浆无止水功能，但刚度大，可以克服水平旋喷桩的上述缺点。将管棚注浆和水平旋喷桩相结合，可望取得良好加固效果。水平旋喷桩及管棚复合预支护方案见图2。

表1　典型预加固（支护）技术对比

图2　水平旋喷桩及管棚复合预支护方案（单位：cm）

2. 2开挖方案比选

若采用CD法、CRD法以及双侧壁导坑法开挖，因地层上软下硬（上部遇水软化，下部仍需爆破），施工难度大、进度慢，不利于隧道稳定。采用台阶法开挖，上部支护拱脚可坐落在下部硬岩上，充分保证其所需的地基承载能力，最大程度适应上软下硬地层特点，保证施工安全。在地层有效预加固（支护）的基础上，台阶法施工进度快，可在围岩遇水完全崩解前完成支护，降低施工风险，因此选用台阶法开挖。

3　工程实施情况及效果

3. 1工程实施情况

做好施工准备后首先测量放线定桩位，然后进行水平旋喷桩加固施工。主要技术参数为：水灰比1∶1；注浆压力30～35 MPa；护壁压力1. 0～2. 0 MPa；喷体直径600～800 mm；固结强度超过C20；钻杆旋转速度20 r/min；钻杆外拔速度15～30 cm/min；每台钻机正常进度2～3根/d。施工中保证施工误差控制在±3‰，方位角误差±2‰。施工前现场应先进行2根成桩试验，通过试验桩掌握钻进速度、拔钻速度、旋喷速度、喷浆压力、单位时间喷浆量等技术参数，确定旋喷的均匀性、最佳施工参数和施工工艺。成桩过程中应做好详细记录，出现地面隆起、沉降、冒浆、卡钻、偏钻等问题及时解决。成桩后桩体须连续且满足强度要求。为减小既有桩体受到的影响，在其超过初凝时间达到一定强度后再进行相邻孔位桩体施工，需采用跳孔加固方法。

水平旋喷桩施作后，按照设计拟定方案于其下方打设管棚并注浆。同时对水平旋喷桩现场取样进行室内试验，桩体抗拉、抗压强度分别达1. 74，26. 55 MPa，表明水平旋喷桩对该地层加固效果良好。

预加固（支护）后，采用台阶法进行开挖。自2010 年11月13日开始开挖，12月25日顺利通过泄洪道段。按预支护段30 m计，平均掘进速度达0. 7 m/d，安全、快速通过了超浅埋富水段。

3. 2实施效果

施工中对地表沉降及洞内衬砌变形进行监测，垂直于隧道中线的横向上每隔10 m布置1个监测断面。该段受地形所限，于泄洪道岸边布置7个测点，中心布置3个测点（里程DK111 + 150），见图3（a）。同时对隧道内拱顶以及上下台阶收敛进行监测，每隔5 m 1个断面，见图3（b）。

酿酒过程中稻壳用量为投料量的20%～25%，由于稻壳容重仅为（粉碎）高粱的1/5.4，所以投入酒醅中的体积很大，检测发现稻壳中含有一定数量的杂质、大量杂菌且带有不同程度的异杂味，会严重影响酒的质量和产量。传统工艺中，酒厂都采用平房仓储存稻壳，库房占地面积大，稻壳出、入库尘土飞扬，撒漏严重，工人操作环境恶劣，劳动强度大、生产效率低，很难实现自动化作业，稻壳使用时只做简单的清蒸处理，稻壳中的杂物也一并进入到酒醅中，会影响白酒质量。

DK111 + 150断面地表沉降里程曲线见图4。A0为拱顶正上方地表测点，于其左右距离5 m处设有A1，A2测点。A0点自2010年10月11日开始出现沉降，此时掌子面距离DK111 + 150断面13 m，之后1个月内因进行地层预加固，沉降变化很小，2010年12月16日—2011年1月12日期间，地表沉降加速增长，并于2011年2月之后趋于稳定，表明隧道围岩稳定。

图3　测点布置

图4　DK111 + 150断面地表沉降时程曲线

4　结语

富水全风化花岗岩地层浅埋隧道施工难度大，必须进行有效的预加固，保证施工安全。江门隧道下穿溢洪道段的成功实践表明，采用水平旋喷桩与管棚注浆复合预加固（支护）方法，并结合三台阶法开挖方案，隧道围岩稳定，保证了施工安全，证实了水平旋喷桩与管棚预支护方案在该类地层中的适用性，对类似工程有一定借鉴作用。

参考文献

［1］朱永全，宋玉香.隧道工程［M］.北京：中国铁道出版社，2005.

［2］石钰锋，蔡理平，阳军生，等.富水软弱地层隧道水平旋喷与大管棚预支护研究及应用［J］.岩土工程学报，2015，37（增2）：101-106.

［3］石钰锋.浅覆软弱围岩隧道超前预支护作用机理及工程应用研究［D］.长沙：中南大学，2014.

［4］中铁第四勘察设计院集团有限公司.江门隧道暗挖段勘察设计报告［R］.武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2008.

［5］于洪丹，陈卫忠，郭小红，等.厦门海底隧道强风化花岗岩力学特性研究［J］.岩石力学与工程学报，2010，29（2）：381-387.

［6］COULTER S，MARTIN C D. Effect of Jet-grout on Surface Settlements Above the Aescher Tunnel，Switzerland［J］. Tunnelling and Underground Space Technology，2006，21（5）：542-553.

［7］FULVIO T. ADECO Full-face Tunnel Excavation of two 260 m2Tubes in Clays with Sub-horizontal Jet-grouting Under Minimal Urban Cover［J］. Tunnelling and Underground Space Technology，2011，26（2）：253-266.

（责任审编李付军）

Pre-reinforcement Technology of Railway Tunnel in Water-rich and Weak Surrounding rock

CHEN Weigeng
（Shenzhen Engineering Construction Headquarters of Guangzhou Railway（Group）Corporation，Shenzhen Guangdong 518001，China）

AbstractGiven the insufficient grouting effect of railway tunnel in water-rich and weak surrouding rock area，the paper reviewed the traditional pre-reinforcement technique and identified the technique and approaches applicable to the situation. It targeted the technical difficulties encountered，water-rich，weak surrounding rock and shallow bury，in the construction of Jiangmen T unnel on Guangzhou-Zhuhai Railway in underpassing the spillway of Yulong Lake. T he paper introduced the design，engineering indicators and key techniques of horizontal jet grouting，which is of reference to similar projects.

Key wordsT unnel；Pre-inforcement；W ater-rich and weak surrouding rock；Horizontal jet grouting；Pipe shed

中图分类号U455. 49

文献标识码A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 23

文章编号：1003-1995（2016）05-0104-03

收稿日期：2016-02-23；修回日期：2016-03-27

作者简介：陈伟庚（1973—），男，高级工程师，工程硕士。