2024年5月13日发(作者：计浩初)
隧道仰拱软弱基础处理研究
秦秀才
【摘 要】本文依托云桂铁路对门山隧道的施工实践,对铁路隧道软弱围岩隧底隆起进
行注浆加固的施工技术及经验进行了总结,为往后相似铁路隧道施工时进行隧底隆起的加
固处理提供翔实的参考资料.%Based on the construction practice of Duimenshan
Tunnel of Yungui Railway, this paper summarizes the construction techniques and
experience of grouting reinforcement of the railway tunnel weak surrounding
rock tunnel-bottom deformation to provide informative references for the
reinforcement of deformation of tunnel bottom in similar railway tunnel
construction.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2018(037)009
【总页数】3页(P144-146)
【关键词】铁路隧道;软弱围岩;隧底变形隆起;注浆加固;变形监测
【作 者】秦秀才
【作者单位】中铁十七局集团第四工程有限公司,重庆401120
【正文语种】中 文
【中图分类】U455.4
0 引言
随着我国铁路路网的日趋完善，客运专线及高速铁路得以大量修建，隧道的建设数量
及技术水平也步入新的高度，但是，软弱围岩隧道变形超限、坍塌等质量和安全事故时有
发生，发生上述质量事故的处理难度大，工期长及成本高，给隧道的建设造成了巨大的损
失。故隧道施工在处理软弱围岩技术现状方面与当前建筑形势不能相适应，所以从施工技
术方面进行施工总结及创新，解决软弱围岩隧道在施工中存在的变形超限、坍塌等质量问
题是很有必要和及时，本文对云桂铁路对门山隧道拱底隆起的处理技术进行了总结，以期
为软弱围岩隧道施工技术的提高提供借鉴作用。
1 工程概况
云桂铁路云南段站前工程五标段对门山隧道位于丘北县新店乡、冲头乡境内，起讫里
程为DK588+058～DK597+636，全长9578m，其中Ⅴ级围岩为1648m，Ⅳ级围岩为
2620m，Ⅲ级围岩为5310m。最大埋深约680m。本隧道辅助坑道模式为“进口斜井+
出口平导”。
当云桂铁路对门山隧道掘进至K589+603断面后，工作面渗水较为严重，拱顶及两
侧墙身持续出现围岩变形及局部坍方现象。特别是拱底处为黏土层，强度非常低，手捏即
碎，遇水软化呈淤泥状，完全无自稳能力，变形量大，拱底多次挤出超限，严重制约了工
程进度。
此段洞身穿越太古界变质岩，且受到长期的激烈地质构造运动的作用，断裂破碎带发
育，掌子面揭示的地层普遍发育断层、节理密集带。围岩被地质运动切割成破碎状态，且
破碎岩体间无胶结，自稳能力差，围岩整体呈流塑状，为了能有效处理隧道仰拱底部围岩
塑性区的隆起变形发展，需采用有效的处理技术方案及措施改善初支及二衬的受力情况，
提高其共同仰制围岩变形的能力。
2 软弱围岩初步加固处理措施及效果
随着隧道掌子面的开挖，地层应力进行了重分布，隧道周围围岩形成了松散塑性圈，
如果不及进行围岩的加固处理，提高隧道围岩的自稳能力，则产生围岩变形坍塌及隧底隆
起等问题。本项目起初采取了如图1所示的施工处理措施。
图1 围岩初步加固处理措施
按以上加固处理措施进行了加固施工，随后监控量测数据表明，隧道墙身及拱顶的变
形控制达到了要求。但掘进至前方约30m时，隧道拱底均出现了隆起的问题，隆起高度
大部分在15～28cm范围之间，最大值达52cm，可见加固措施方案对控制隧道拱底隆起
的问题效果不理想。
软弱围隧道通常在两侧墙身及拱顶出现变形超限及坍塌等问题比较多，故在进行软弱
围岩处理时，一般是将加固的重点放在隧道墙身及拱顶，而对于隧低的加固处理不独立进
行研究。其实隧道拱底围岩所得承受的地应力要较墙身及拱顶要大，但因其不会在重力的
作用下出现坍塌等激烈动作，故容易受到轻视，故本项目隧道周边围岩情况虽以隧底为最
差，但在制定加固方案时还是习惯性的不加以重视，故出现了初期围岩加固后，隧底还是
隆起过大的质量问题。
为了有效加固隧底围岩，控制隧底塑性区的变形发展，对现场地质进行详细勘察，根
据勘察结果结合以往的成功案例，采取了在隧道拱脚处设置大导管注浆，隧底处则设置小
导管注浆的处理方案。此方案在拱脚处大导管深孔注浆加固了拱脚的围岩，其大范围的加
固区能承受两侧墙身围岩施加给隧底围岩的大部分变形压力，减轻了隧底的土体应力，从
而降低了隧底土体变形的程度。隧底浅孔注浆则直接对隧底土体进行加固，提高了其自稳
能力及承受土体压力的能力，从而取得明显的效果。隧底钢管注浆加固方案如图2所示。
图2 隧底钢管注浆加固方案
3 注浆参数的设定
3.1 确定注浆方式
注浆的方式根据隧道不同地段的围岩地质及地下水发育情况而确定，在确保处理质量
前提下，宜优先选用料源广，价格低的注浆材料进行注浆。
本隧道此段地处破碎带，土层大部分颗粒粒径超过1mm，且渗透系数k≥5×10-
4m/s，为强渗透性土层。经过对技术可行性、施工成本、施工简便性等各种因素进行了
综合比选。决定在无水的地层地段，首先考虑采用单液水泥浆作为注浆材料。如果是有水
的强渗透性地层，则优先考虑水泥-水玻璃双液注浆，以达到防水及控制将注浆范围控制
在需要范围。
本段隧底基本为有水强渗透性地层，故宜采用水泥-水玻璃双液注浆的处理方案。
3.2 注浆参数设计方法
①采用水泥-水玻璃双液注浆的方式，水泥品种为32.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥
浆液的水灰比控制在0.8：1至1：1范围内，水玻璃浓度为40Be’，水玻璃模数为2.4。
浆液的扩散半径超过50cm，注浆压力控制在0.8～1.8MPa范围内。当地下水含量
偏大而需掺入的水玻璃比例较高时，调节凝胶时间的缓凝剂采用磷酸氢二钠。
②单根钢管的注浆量按下式确定：
Q=πr2L+πR2Lηαβ
式中r为注浆导管的径，单位m；L为导管的总长度，单位m；R为浆液的扩散半径，
本项目为0.5m；η为围岩的孔隙率，经现场试验得11.6%；α为浆液的有效填充率，按
0.9取值；β为考虑浆液损耗的系数，按1.15取值。
表1 采取加固措施前后隧底隆起监测数据断面里程隧底隆起值（mm）1d 2d 3d 4d
5d 6d 7d 8d 9d 10d 11d 12d 13d 14d 15d DK589+650 DK589+620 9.2 23.8 18.3
52.9 22.9 78.3 27.1 96.2 28.5 114.6 30.6 132.5 36.5 144.1 40.1 152.3 42.2 160.8
45.3 165.3 46.9 169.2 47.3 173.3 47.4 173.7 47.5 177.5 47.5 180.1
③注浆总量。
围岩中需要被浆源填充的孔隙数量决定了注浆总量，注浆总量通过填充率（指注浆体
积占加固地层孔隙总体积的比率）来估算，注浆总量通过下式进行估算。
Q=naA
式中Q为注浆总量，单位m3；n为需加固围岩的孔隙率；a为施工实践测试所得的
填充率；A为需加固的土体体积，m3。
4 注浆施工关键工艺及质量控制要点
①注浆时为了防止出现冒浆现象，在进行注浆前先在隧底表面喷射厚8cm的混凝土。
采取跳槽的施工方式进行间隔施钻注浆，以避免在施钻时有穿孔现象，且每施钻完成一个
孔眼立即进行注浆，以避免注浆时有串浆的现象。
②施钻初期，采取低速低压方式，钻孔深约3m左右后，方可根据地质情况调高钻速
及风压至正常值，以确保开孔准确。施钻时，为避免卡钻或堵孔，每钻孔进1～2m清理
一次孔泥浆、石渣。
③为避免注浆产生冒浆、喷浆的问题，堵孔的质量是非常用关键的，止浆塞通常有橡
胶式和套管式两种。固定止浆塞至导管的设计位置处，插入注浆孔中，然后采用压缩空气
使止浆塞膨胀堵塞小导管与孔壁间的空隙，注浆前对填堵孔质量进行检查。
④注浆要遵循“先上后下”、“先内后外”、“先干孔后水孔”等原则，即先施作高
处及内圈孔眼的注浆，先注浆干孔再注浆有水孔。
⑤采取“一次升压法”注浆开始后立即将注浆压力快速升高至正常的设计压力值，尽
量使浆液在高压状态下注入围岩土体中，避免了前期低压时间过长而使得裂隙易被堵塞而
影响注浆效果。
⑥安排专人进行注浆质量的监控。注浆前严格控制配合比，确保计量的准确。检查机
具设备是否完好，连接管路要牢固。堵塞橡胶要与孔壁挤紧；注浆时对注浆压力进行监督；
后期对注浆结束条件进行确认；注浆结束后对注浆效果进行评估，未能满足设计要求时进
行补孔注浆。
⑦本项目钻取芯样，通过观察芯样中的饱满程度及测试抗压强度，以判断浆液的分布
情况，评估注浆质量，对于不合格的部位进行再次注浆。在本项目的隧底注浆加固施工时，
按总孔数的5%取芯验证结果表明，隧底注浆加固处理达到了预期的效果。
5 隧底隆起控制效果
为了评估隧底加固处理效果，本项目选择取了按设计处理方案进行了加固的
DK589+650断面，及没有采取加固措施的，类似地质情况的DK589+620断面进行了隧
底隆起监控量测值的对比。
两处断面隧底隆起量测值如表1所示，量测对比曲线如图3所示。
图3 隧底隆起监测数据曲线图
从图3所可看出，没有采取加固措施的DK589+620断面在开挖后，初期隆起速率
较大。在开挖后第9天隆起值趋缓，且在量测时期的15d内（第15d后进行了隧底加固，
所以数据量测期为15d）未能趋于稳定，在第15d时出现隆起最大值180.1mm，且还处
于持续发展的态势中，存在安全、质量风险。
而开挖后立即采取了导管注浆加固措施的DK589+650断面隆起速率在第3d后即趋
缓，第10d后趋于稳定，期间最大隆起值仅为47.5mm，表明本项目采取的隧底加固措
施能够有效控制隆起变形，达到了预期的效果，确保了软弱围岩隧底的安全及质量。
6 结束语
①为了做好注浆加固措施，在注浆前须对被加固土体进行土工试验，获得土体的组成
种类、透水系数、孔隙率、颗粒构成、抗压强度、含水率等翔实的地质资料数据，为科学
制订加固处理方案提供依据。
②浆液配合比要在施工现场进行试验，以获得最佳配合比。同时要根据可能存在不同
地质情况，确保掌握多个配合比，以适应现场地质条件的变化，确保达到良好的处理效果。
③注浆时，浆液极易沿初期支护与围岩间的空隙流动到边墙、拱顶处，或是沿隧道纵
向扩散，会对处理加固效果造成一定影响，同时也容易出现安全问题。要求施工人员高度
重视，加强监控，一旦出现喷射混凝土崩裂或是初支变形等现象时，立即停止注浆，采取
安全处理措施后方可再开始注浆。
参考文献:
[1]陈寿根.软岩隧道变形特性和施工对策[M].北京：人民交通出版社，2014.
[2]王建亚.地表注浆法处治软弱围岩效果分析[J].现代隧道技术，2011，48（2）：
78-82.
[3]吕永军.大跨度软弱围岩隧道施工技术研究[J].建筑技术，2012（2）.
[4]中铁二院工程集团.隧道合理支护参数及地表沉降控制技术研究报告[R].2009.
2024年5月13日发(作者：计浩初)
隧道仰拱软弱基础处理研究
秦秀才
【摘 要】本文依托云桂铁路对门山隧道的施工实践,对铁路隧道软弱围岩隧底隆起进
行注浆加固的施工技术及经验进行了总结,为往后相似铁路隧道施工时进行隧底隆起的加
固处理提供翔实的参考资料.%Based on the construction practice of Duimenshan
Tunnel of Yungui Railway, this paper summarizes the construction techniques and
experience of grouting reinforcement of the railway tunnel weak surrounding
rock tunnel-bottom deformation to provide informative references for the
reinforcement of deformation of tunnel bottom in similar railway tunnel
construction.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2018(037)009
【总页数】3页(P144-146)
【关键词】铁路隧道;软弱围岩;隧底变形隆起;注浆加固;变形监测
【作 者】秦秀才
【作者单位】中铁十七局集团第四工程有限公司,重庆401120
【正文语种】中 文
【中图分类】U455.4
0 引言
随着我国铁路路网的日趋完善，客运专线及高速铁路得以大量修建，隧道的建设数量
及技术水平也步入新的高度，但是，软弱围岩隧道变形超限、坍塌等质量和安全事故时有
发生，发生上述质量事故的处理难度大，工期长及成本高，给隧道的建设造成了巨大的损
失。故隧道施工在处理软弱围岩技术现状方面与当前建筑形势不能相适应，所以从施工技
术方面进行施工总结及创新，解决软弱围岩隧道在施工中存在的变形超限、坍塌等质量问
题是很有必要和及时，本文对云桂铁路对门山隧道拱底隆起的处理技术进行了总结，以期
为软弱围岩隧道施工技术的提高提供借鉴作用。
1 工程概况
云桂铁路云南段站前工程五标段对门山隧道位于丘北县新店乡、冲头乡境内，起讫里
程为DK588+058～DK597+636，全长9578m，其中Ⅴ级围岩为1648m，Ⅳ级围岩为
2620m，Ⅲ级围岩为5310m。最大埋深约680m。本隧道辅助坑道模式为“进口斜井+
出口平导”。
当云桂铁路对门山隧道掘进至K589+603断面后，工作面渗水较为严重，拱顶及两
侧墙身持续出现围岩变形及局部坍方现象。特别是拱底处为黏土层，强度非常低，手捏即
碎，遇水软化呈淤泥状，完全无自稳能力，变形量大，拱底多次挤出超限，严重制约了工
程进度。
此段洞身穿越太古界变质岩，且受到长期的激烈地质构造运动的作用，断裂破碎带发
育，掌子面揭示的地层普遍发育断层、节理密集带。围岩被地质运动切割成破碎状态，且
破碎岩体间无胶结，自稳能力差，围岩整体呈流塑状，为了能有效处理隧道仰拱底部围岩
塑性区的隆起变形发展，需采用有效的处理技术方案及措施改善初支及二衬的受力情况，
提高其共同仰制围岩变形的能力。
2 软弱围岩初步加固处理措施及效果
随着隧道掌子面的开挖，地层应力进行了重分布，隧道周围围岩形成了松散塑性圈，
如果不及进行围岩的加固处理，提高隧道围岩的自稳能力，则产生围岩变形坍塌及隧底隆
起等问题。本项目起初采取了如图1所示的施工处理措施。
图1 围岩初步加固处理措施
按以上加固处理措施进行了加固施工，随后监控量测数据表明，隧道墙身及拱顶的变
形控制达到了要求。但掘进至前方约30m时，隧道拱底均出现了隆起的问题，隆起高度
大部分在15～28cm范围之间，最大值达52cm，可见加固措施方案对控制隧道拱底隆起
的问题效果不理想。
软弱围隧道通常在两侧墙身及拱顶出现变形超限及坍塌等问题比较多，故在进行软弱
围岩处理时，一般是将加固的重点放在隧道墙身及拱顶，而对于隧低的加固处理不独立进
行研究。其实隧道拱底围岩所得承受的地应力要较墙身及拱顶要大，但因其不会在重力的
作用下出现坍塌等激烈动作，故容易受到轻视，故本项目隧道周边围岩情况虽以隧底为最
差，但在制定加固方案时还是习惯性的不加以重视，故出现了初期围岩加固后，隧底还是
隆起过大的质量问题。
为了有效加固隧底围岩，控制隧底塑性区的变形发展，对现场地质进行详细勘察，根
据勘察结果结合以往的成功案例，采取了在隧道拱脚处设置大导管注浆，隧底处则设置小
导管注浆的处理方案。此方案在拱脚处大导管深孔注浆加固了拱脚的围岩，其大范围的加
固区能承受两侧墙身围岩施加给隧底围岩的大部分变形压力，减轻了隧底的土体应力，从
而降低了隧底土体变形的程度。隧底浅孔注浆则直接对隧底土体进行加固，提高了其自稳
能力及承受土体压力的能力，从而取得明显的效果。隧底钢管注浆加固方案如图2所示。
图2 隧底钢管注浆加固方案
3 注浆参数的设定
3.1 确定注浆方式
注浆的方式根据隧道不同地段的围岩地质及地下水发育情况而确定，在确保处理质量
前提下，宜优先选用料源广，价格低的注浆材料进行注浆。
本隧道此段地处破碎带，土层大部分颗粒粒径超过1mm，且渗透系数k≥5×10-
4m/s，为强渗透性土层。经过对技术可行性、施工成本、施工简便性等各种因素进行了
综合比选。决定在无水的地层地段，首先考虑采用单液水泥浆作为注浆材料。如果是有水
的强渗透性地层，则优先考虑水泥-水玻璃双液注浆，以达到防水及控制将注浆范围控制
在需要范围。
本段隧底基本为有水强渗透性地层，故宜采用水泥-水玻璃双液注浆的处理方案。
3.2 注浆参数设计方法
①采用水泥-水玻璃双液注浆的方式，水泥品种为32.5（R）普通硅酸盐水泥，水泥
浆液的水灰比控制在0.8：1至1：1范围内，水玻璃浓度为40Be’，水玻璃模数为2.4。
浆液的扩散半径超过50cm，注浆压力控制在0.8～1.8MPa范围内。当地下水含量
偏大而需掺入的水玻璃比例较高时，调节凝胶时间的缓凝剂采用磷酸氢二钠。
②单根钢管的注浆量按下式确定：
Q=πr2L+πR2Lηαβ
式中r为注浆导管的径，单位m；L为导管的总长度，单位m；R为浆液的扩散半径，
本项目为0.5m；η为围岩的孔隙率，经现场试验得11.6%；α为浆液的有效填充率，按
0.9取值；β为考虑浆液损耗的系数，按1.15取值。
表1 采取加固措施前后隧底隆起监测数据断面里程隧底隆起值（mm）1d 2d 3d 4d
5d 6d 7d 8d 9d 10d 11d 12d 13d 14d 15d DK589+650 DK589+620 9.2 23.8 18.3
52.9 22.9 78.3 27.1 96.2 28.5 114.6 30.6 132.5 36.5 144.1 40.1 152.3 42.2 160.8
45.3 165.3 46.9 169.2 47.3 173.3 47.4 173.7 47.5 177.5 47.5 180.1
③注浆总量。
围岩中需要被浆源填充的孔隙数量决定了注浆总量，注浆总量通过填充率（指注浆体
积占加固地层孔隙总体积的比率）来估算，注浆总量通过下式进行估算。
Q=naA
式中Q为注浆总量，单位m3；n为需加固围岩的孔隙率；a为施工实践测试所得的
填充率；A为需加固的土体体积，m3。
4 注浆施工关键工艺及质量控制要点
①注浆时为了防止出现冒浆现象，在进行注浆前先在隧底表面喷射厚8cm的混凝土。
采取跳槽的施工方式进行间隔施钻注浆，以避免在施钻时有穿孔现象，且每施钻完成一个
孔眼立即进行注浆，以避免注浆时有串浆的现象。
②施钻初期，采取低速低压方式，钻孔深约3m左右后，方可根据地质情况调高钻速
及风压至正常值，以确保开孔准确。施钻时，为避免卡钻或堵孔，每钻孔进1～2m清理
一次孔泥浆、石渣。
③为避免注浆产生冒浆、喷浆的问题，堵孔的质量是非常用关键的，止浆塞通常有橡
胶式和套管式两种。固定止浆塞至导管的设计位置处，插入注浆孔中，然后采用压缩空气
使止浆塞膨胀堵塞小导管与孔壁间的空隙，注浆前对填堵孔质量进行检查。
④注浆要遵循“先上后下”、“先内后外”、“先干孔后水孔”等原则，即先施作高
处及内圈孔眼的注浆，先注浆干孔再注浆有水孔。
⑤采取“一次升压法”注浆开始后立即将注浆压力快速升高至正常的设计压力值，尽
量使浆液在高压状态下注入围岩土体中，避免了前期低压时间过长而使得裂隙易被堵塞而
影响注浆效果。
⑥安排专人进行注浆质量的监控。注浆前严格控制配合比，确保计量的准确。检查机
具设备是否完好，连接管路要牢固。堵塞橡胶要与孔壁挤紧；注浆时对注浆压力进行监督；
后期对注浆结束条件进行确认；注浆结束后对注浆效果进行评估，未能满足设计要求时进
行补孔注浆。
⑦本项目钻取芯样，通过观察芯样中的饱满程度及测试抗压强度，以判断浆液的分布
情况，评估注浆质量，对于不合格的部位进行再次注浆。在本项目的隧底注浆加固施工时，
按总孔数的5%取芯验证结果表明，隧底注浆加固处理达到了预期的效果。
5 隧底隆起控制效果
为了评估隧底加固处理效果，本项目选择取了按设计处理方案进行了加固的
DK589+650断面，及没有采取加固措施的，类似地质情况的DK589+620断面进行了隧
底隆起监控量测值的对比。
两处断面隧底隆起量测值如表1所示，量测对比曲线如图3所示。
图3 隧底隆起监测数据曲线图
从图3所可看出，没有采取加固措施的DK589+620断面在开挖后，初期隆起速率
较大。在开挖后第9天隆起值趋缓，且在量测时期的15d内（第15d后进行了隧底加固，
所以数据量测期为15d）未能趋于稳定，在第15d时出现隆起最大值180.1mm，且还处
于持续发展的态势中，存在安全、质量风险。
而开挖后立即采取了导管注浆加固措施的DK589+650断面隆起速率在第3d后即趋
缓，第10d后趋于稳定，期间最大隆起值仅为47.5mm，表明本项目采取的隧底加固措
施能够有效控制隆起变形，达到了预期的效果，确保了软弱围岩隧底的安全及质量。
6 结束语
①为了做好注浆加固措施，在注浆前须对被加固土体进行土工试验，获得土体的组成
种类、透水系数、孔隙率、颗粒构成、抗压强度、含水率等翔实的地质资料数据，为科学
制订加固处理方案提供依据。
②浆液配合比要在施工现场进行试验，以获得最佳配合比。同时要根据可能存在不同
地质情况，确保掌握多个配合比，以适应现场地质条件的变化，确保达到良好的处理效果。
③注浆时，浆液极易沿初期支护与围岩间的空隙流动到边墙、拱顶处，或是沿隧道纵
向扩散，会对处理加固效果造成一定影响，同时也容易出现安全问题。要求施工人员高度
重视，加强监控，一旦出现喷射混凝土崩裂或是初支变形等现象时，立即停止注浆，采取
安全处理措施后方可再开始注浆。
参考文献:
[1]陈寿根.软岩隧道变形特性和施工对策[M].北京：人民交通出版社，2014.
[2]王建亚.地表注浆法处治软弱围岩效果分析[J].现代隧道技术，2011，48（2）：
78-82.
[3]吕永军.大跨度软弱围岩隧道施工技术研究[J].建筑技术，2012（2）.
[4]中铁二院工程集团.隧道合理支护参数及地表沉降控制技术研究报告[R].2009.