余 伟

（中铁十二局集团第七工程有限公司，湖南 长沙 410004）

1 工程概况

在建隧道前山一号隧道为双线隧道，设计行车速度为350km/h，全长551.26m。本隧道地处剥蚀低山区，地势起伏较大，自然坡度15°～45°，隧道最大埋深78m，围岩分布为III 级围岩85m，IV 级185m，V 级248m，其中出口浅埋段起止里程DK99+345 至DK99+468.27，总长123.27m，埋深3m～0.26m，洞外地表处理措施为10%水泥土反压回填，整理为台阶状，反压回填范围上边缘铺一层浆砌片石，厚30cm，并采用骨架护坡防护回填土体边坡，洞内施工φ89 管棚，采用Vc型复合式衬砌，三台阶临时仰拱开挖。

2 地质情况

本隧道表层为第四系残坡积层粉质黏土，浅黄色，硬塑，主要成分为粉黏粒，粉粒次之，层厚约0.5m～1.0m，下伏基岩为变质砂岩夹板块状粉砂岩，强风化，黄褐色～青灰色，岩层破碎，变质砂岩夹板块状粉砂岩岩层产状340°∠55°，隧道线路右侧边坡顺层，倾向线路左侧，视倾角15.2°。其中洞身DK99+380～DK99+420段偏压、埋深浅，表层粉质黏土及强风化变质砂岩，黄褐色～青灰色，块状构造，节理裂隙较发育，岩层较破碎，岩质较软，V 级软石。

3 浅埋偏压段地表处理施工

3.1 施工技术原理

原设计地形为45°边坡，施工支护措施为φ89 洞内管棚和地表反压回填10%水泥土，而实际地形自然坡度55°～60°，严重偏压，很容易引起洞外边坡滑坡，导致隧道溜塌。

正值雨季10%水泥土回填施工质量难以保证，改用了回填碎石土并掺入了5%水泥，然后在周边采用帷幕注浆法形成帷幕墙，阻断注浆液的流失，而后在所回填碎石土中补注浆，起到板结作用，达到整体反压的效果。为解决严重偏压问题，采用洞外补打中管棚预注浆，将上边坡挑起，从而减轻偏压压力[1-2]。

3.2 浅埋处理施工

3.2.1 施工技术参数

施工里程为DK99+345～DK99+468，浅埋处理长度123m，典型处治剖面图见图1。图1 中里程为DK99+392 洞外地表处理断面，围岩为Vc 级，开挖工法为三台阶临时仰拱法，洞内掌子面开挖过程中，每2 榀H175 型钢（0.6m/榀）搭设59 根φ50 的3m 超前小导管；洞外地表处理技术参数为：洞顶上方3m 位置搭设两排10mφ89 中管棚及注浆，梅花型布置；线路左侧远离洞侧用碎石土夯填压实，靠近洞采用5%水泥碎石土回填并注浆；反压碎石土顶采用10cmC25 喷射混凝土封闭。

图1 DK99+392 洞外地表处理断面示意

3.2.2 施工机具和材料

机具：后八轮、挖掘机、压路机、履带式潜孔钻机、柴油发电、单杠注浆机、电焊机、湿喷机械手、空压机、1 台清水泵。材料：洞渣及黏土、P·O42.5 水泥、水、C25 喷射混凝土、φ89 钢管、φ50 钢花管、φ42 小导管及φ110PVC 管。

3.2.3 施工参数优化

在5%水泥碎石土基础之上，用1:1 的水泥浆再进行板结，同时为确保注浆达到预期效果，在回填碎石土表面用C25 喷施混凝土封闭顶部，沿周边打设φ110@500mmPVC 花管预注浆作为止浆帷幕，防止钢花管回填注浆过程中，跑浆至碎石土边坡以外，达到了板结碎石土的作用[3-5]。

3.2.4 地表处理施工过程

1.清除地表土，测量放样，放出地表处理范围，安排人工砍除地表乔木，用挖掘机清除地表灌木及腐殖土。

2.开挖台阶，用挖掘机将隧道左线偏压边坡开挖成台阶状，以便层层回填，形成反压整体，防止整个回填土沿边坡滑移。

3.反压回填，在洞口附近取黏性土，将洞渣一起混合装运至地表处理场地，用1 台挖掘机掺和5%水泥拌和均匀后，另外1 台挖掘机从DK99+345 往DK99+468 由低往高处每层30cm，用22 吨压路机层层碾压至设计标高，再收坡整形，确保一次性施工到位。

4.打设管棚，在隧道拱顶3m 反压边坡处，DK99+370～DK99+420 范围内打设两排10m 的φ89 中管棚，间距1.5m 梅花型布置。跟常规工艺一样，先用潜孔钻打设φ110 孔、清孔，用挖掘机配合人工顶φ89 管、埋设φ42 钢花管及管口封孔，在管棚打设边坡范围内，用机械手喷射10cm 厚C25 混凝土，再进行注浆。

5.止浆帷幕施工，为防止回填土注浆无限制扩散到边坡外而流失，在周边施作止浆帷幕。用潜孔钻机在回填土顶部，打设12m@0.3m 的φ110 的孔，直至原地面以下，先埋设φ110 的PVC 管，防止塌孔，然后埋设φ50 钢花管注浆形成止浆帷幕。

6.回填土注浆，止浆帷幕施工完成后，开始在回填土注浆范围内钻孔，9m@1.5m 的φ110 的孔，打满孔后埋设φ89 钢管，再封孔注浆，直至将回填土板结为整体，反压隧道线路左侧，彻底解决隧道严重偏压问题。

7.地表处理完成后，反压回填范围上边缘铺一层M10 浆砌片石，厚30cm，并采用骨架护坡防护回填土体边坡，在回填土坡脚做排水沟，将地表水排至自然沟渠中。

3.3 施工中采取的技术措施

3.3.1 边坡管棚处理技术措施

在隧道拱顶3m 反压边坡处打设管棚，为更好地达到注浆效果，地表不跑浆，注浆之前边坡打设管棚范围内，喷射混凝土覆盖地表原树根空隙，同时封闭地表防止地表水渗入隧道内，确保在雨季开挖洞身安全。采取常规水泥浆注浆工艺，φ89 钢管封孔进行注浆，注浆压力1MPa，浆液是按1:1 水灰比调制而成。

为起到注浆效果，在φ89 钢管内安装φ42 小导管，而且小导管上打1cm 孔，15cm 间距梅花型布置，将浆液更好注入管棚底部，增加地层注浆效果，同时增加管棚悬挑边坡的刚度，降低了洞身开挖期间边坡偏压导致边坡滑坡风险。

3.3.2 止浆帷幕处理技术措施

为达到反压回填土注浆效果，用潜孔钻机在地表回填土顶部，按0.3m 间距钻φ110 孔，按跳孔顺序钻进，直至原地面以下，平均深度12m。将3 根4m 的φ110PVC 热熔焊接成12m，安放在钻好的孔里，一是为了防止塌孔，二是钢管注浆不向外扩散，更好地形成止浆帷幕。在Φ50钢管上按每个断面钻3个12mm孔，间距15cm，然后将φ50 钢花管放置在PVC 管中注浆，注浆完成后，再进行下一排跳孔钻孔注浆作业，直到完全形成止浆帷幕墙。

3.3.3 反压土回填注浆处理技术措施

待周边止浆帷幕墙形成后，核心反压回填土范围内钻孔注浆，潜孔钻机按1.5m 间距打设φ110 孔，因场地限制，加快施工进度，现场采用边打孔边埋管，每打1 个孔，及时埋设φ89 钢管，防止塌孔。φ89 钢管上同边坡中管棚一样，需要在钢管周边打孔，方便浆液最大限度扩散至周围回填土中，确保与原5%水泥碎石土形成板结体作用。注意埋管需高出顶面15cm，待表面覆盖10cm 厚喷射混凝土后，采取常规注浆工艺，φ89 钢管封孔进行注浆，注浆压力1MPa，浆液是按1:1水灰比调制而成。

4 围岩监控量测

本段浅埋处理段布设25 个断面，在洞身开挖期间，每天2 次对洞内拱顶、拱腰及拱脚位置进行监测，施工后围岩变形监控结果见图2。从图2 可知：地表处理措施成效明显，以DK99+393 断面为例，沉降观测及周边收敛观测，根据上图经过2 个月10 天围岩不间断监测，即3.14-5.24 期间数据显示，洞内沉降在14mm 以内，同时周边收敛观测曲线累计值也小于8mm，数据反馈围岩稳定，无任何异常情况，且喷射混凝土表面无任何裂纹。

图2 施工后围岩变形监控结果

5 进度及经济效益比较

进度效益比较：按照原设计施工，计划施工周期为126d。通过此地表浅埋处理技术，不影响洞内施工，洞内仅采用超前小导管加强支护，打62 环3m 小导管，每环钻孔3h，注浆2h，共计5h，则5*62/24=13d。综上所述，在进度方面，可节约工期113d。

经济效益比较：原设计φ89mmx5mm 钢管45*10*18m=8100m，而地表浅埋处理所用φ89mmx5mm 钢管200*9m=1800m，从而节约了φ89mm 钢管6300m，即重65.24 吨。洞内超前变更设计为φ42mmx3.5mm 小导管，消耗重量为22.85 吨，则节约钢管65.24-22.85=42.39 吨，所需劳务费69.3 万元，材料费23.3 万元，共计节约92.6万元。

6 结语

经过前山一号隧道地表浅埋处理技术的应用，克服了浅埋超浅、偏压的施工难题，安全快速地完成了此浅埋段的掘进。因此该地表处理过程中所采取的技术方法和措施是安全、可行的，不仅缩短了施工时间，保证了施工工期，而且节约了成本，降低了施工安全风险，为今后类似浅埋严重偏压隧道施工提供了成功施工案例。