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摘要：花石沟隧道进口DK389+630-DK389+730段穿越断层破碎带影响的软弱围岩地段时，渗水量大、掉块严重，施工中采用双层超前小导管以及1：1水泥浆止水加固，三台阶临时仰拱法开挖的处理方案，取得了良好的工程效果。文章结合工程实践介绍这种方案的成功运用。
关键词：软弱围岩；超前小导管；1：1水泥浆
0 前言
随着铁路建设的日益发展，在高标准、高质量，建设一流高速铁路的要求下对高速铁路隧道施工安全也提高了控制标准，因此在花石沟隧道进口段施工中，采用双层超前小导管配合1；1水泥注浆超前支护，架设I22a钢架、挂网、喷锚等措施，顺利通过浅埋、断层带内岩体较破碎段，取得良好效果。
1 工程概况和组织
花石沟隧道位于湖北省丹江口市土关垭镇境内，线路近西走向；花石沟隧道进口位于土关垭镇吴家院附近，花石沟隧道为汉十铁路关键性工程之一。位于丘陵区，地势起伏较大，自然高程182～358m，相对高差约176米，丘坡自然坡度约为12°-43°。丘坡植被较发育，多为低矮灌木和杂草，丘间谷地多为麦地和菜地。根据区域地质资料及沿线实际调查，结合物探、遥感资料等综合分析，花石沟隧道洞身进口段附近有构造发育，其主要断层构造特征如下：对应区域地质上为土关垭断层F1断层，产于元古界武当山群云母石英岩中，地表与线路相交与DK389+730附近，断层倾向北东，倾角42°～77°，断裂带宽约40m，断层带内岩体较破碎，充填碎裂岩，并发育大量石英脉及不对称褶曲。产于元古界武当山群云母石英片岩中，剪切带内发育长应质糜棱岩，不对称褶皱，综合考虑地质构造与地层岩性，选取合理的降水入渗参数，结合圈定的集水面积区段，收集的降雨量参数，利用公式计算隧道各区段的涌水量，花石沟隧道最大涌水量为850m3/d。由于掉块严重、渗水量大，给施工进度和安全带来较大影响，如何有效的防止拱部掉块和止水能否穿越该段软弱围岩的关键。
2 施工方案
经过广泛收集资料，结合工程实际情况，本着“管超前、预注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则，决定采用双层超前小导管配合1：1水泥注浆超前支护。超前小导管在隧道穿越软弱围岩中的应用阶段，采用临时仰拱法开挖，I22a钢架配合中空锚杆支护的处理方案。施工方案包括形成加固圈、三台阶临时仰拱法开挖、初期支护等。
2.1 形成加固圈就是通过超前小导管配合水泥浆注浆在拱部120°范围的开挖轮廓线四周形成一定强度和厚度的水泥浆加固圈，以提高围岩自承能力和稳定性。超前导管规格：φ50热轧无缝钢管、壁厚5mm，孔径10mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，前端加工成锥形，尾部不钻孔长度不小于30cm，作为止浆段；小导管环向间距30cm；倾角：钢管外插角分别采用40°和5°～10°交错布置，可根据实际情况调整；注浆材料：1：1水泥浆（重量比）；设置范围：拱部140°范围预留搭接长度1-3m。
2.2三台阶临时仰拱法开挖
开挖本着 “短进尺、强支护 ”的原则，采用三台阶临时仰拱法开挖的处理方案。上台阶开挖高度4.63m，开挖进尺结合钢架间距控制在0.6～1.2m；中台阶开挖高度3.83m，左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在0.6～1.2m；下台阶开挖高度3.87m，左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在0.6～1.2m。三个台阶纵向距离基本保持在3～5m，以利于及早落底。开挖后，尽量减少围岩暴露时间，迅速完成初期支护。
2.3进行初期支护施工
初期支护参数如下：（1）初喷封闭掌子面（4cm的C25聚酯纤维砼），施作钢拱架（I22aT字型钢钢拱架，纵向间距60cm，22纵向连接钢筋，环向间距1m），施工锁脚钢管（φ50、长5m向下倾斜45°的无缝钢管，端部与钢拱架两侧拱脚焊接）；（2）仰拱（喷8cm厚C25砼，必要时增加横 向支撑）；（3）施工径向系统锚杆（中空注浆锚杆，长4m，环向间距1.0m，纵向间距0.8m），喷射砼厚度至设计厚度（C25砼，厚度28cm）。
3 施工要点
3.1超前小导管施工
由于岩体为强风化凝灰岩、基岩破碎、含水量大，成孔困难，容易卡钻、坍孔，钻孔操作比较困难。
如何确保小导管的位置和角度满足设计要求，是方案成败的关键所在，小导管施工采用钻孔打入法，按照封闭岩面一钻孔一清孔一钢花管制做一安装一注浆的施工顺序施工。
施工主要工序：
（1）封闭岩面：为确保注浆效果，对开挖岩面采用厚度3～5cm的C25喷射砼封 闭，作为止浆墙。在钢花管安装完毕后，用锚固剂对钢管周围进行封堵，确保在注浆过程中不漏浆。
（2）钻孔：钻孔前先检查气腿式风枪状况是否正常。钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到孤石时，应控制钻进速度避免发生夹钻现象。钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故；
（3）清孔、验孔：用高压空气从孔底向孔口清理钻渣，用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角；
（4）钢花管制安：在钢管上按照15cm的间距梅花布置钴注浆孔，并在尾部留置不小于lm浆段。钢花管安装采用直接插入法，必要时通过在尾部加垫板用风枪送入
3.2 小导管水泥注浆
施工该段围岩岩体破碎、裂隙发育、孔隙大、渗透性较好，为超前预注浆施工增加难度。预防浆液流失和有效控制注浆量是注浆工作首要控制点，是能否形成稳固、安全可靠的加固圈的关键。注浆操作主要包括以下几个工序：
（1）采用KBY-50/70注浆泵压注水泥浆。注浆前先冲洗管内沉积物，在确认无塌孔和探头石时，方可安装注浆管。由下至上顺序进行。
（2）单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。
（3）注浆方式可根据地质条件，机械设备及注浆孔的深度选用前进式、后退式或全孔式。注浆顺序为：先注内圈孔、后注外圈孔；先注无水孔、后注有水孔，从拱顶顺序向下进行，浓度及初凝时间不得任意变更。
（4）注浆施工中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态，注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况调整。注浆参数可参照以下数据进行选择：注浆压力：0.5～1.0Mpa，浆液初凝时间：1～2min，水泥：R.O42.5早强水泥，中砂。
3.3监控量测
因该段地处浅埋地段，施工中重点对地表下沉、拱顶下沉及周边收敛进行监控。地表下沉在施工前埋设，拱顶下沉、两组周边收敛点按照三台阶临时仰拱法施工顺序在施工中布置。在开挖完成 后，迅速进行埋设，并进行初始读数。通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的依据。
4、施工注意事项
（1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。钻进过程中应运用测斜仪，进行钻孔偏斜度测量，严格控制小导管打设方向，并作好每个钻孔记录。发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应注浆封孔，待强度达到要求后原位重钻；
（2）注浆过程中，要随时注意泵压及流量变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间上不去，应查明原因。如工作面漏浆，可采取封堵措施；如跑浆可通过调换浆液种类、调整浆液配合比、采用间歇注浆等措施，已达到注浆目的；
（3）对注浆过程中发现有大的空洞等，可首次先注水泥砂浆或砼，后进行注浆。
5 结语
本段隧道埋深浅、围岩为全强风化凝灰岩、地下水受地表水补给丰富，围岩遇水软化、泥化，自稳能力丧失较快，是造成该段围岩等级低、稳定性差、易超挖掉块的主要原因。因此在施工处理中，抓住掉块主因，采取超前小导管配合水泥注浆进行止水加固，取得了止水防渗和加固隧道围岩的显著效果，整个过程安全、顺利。尤其根据开挖过程中揭示的情况，更加验证了小导管配合注浆固结联合作用形成的加固圈是保证顺利开挖、防止掉块、减少超挖的重要手段。
参考文献：
[1] 高速铁路隧道工程施工质量验收标准 TB10753-2010 J 1149-2011
[2] 高速铁路隧道工程施工技术规程 Q/CR 9604-2015
[3] 双线隧道预支护措施防排水及施工方法参考图集