摘  要：本文結(jié)合作者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，介紹了軟弱圍巖通常采用的幾種超前支護(hù)方式及其優(yōu)缺點(diǎn)，以及某工程初期支護(hù)采用的施工參數(shù)及施工方法。

 

　　關(guān)鍵詞：特長(zhǎng)隧道；軟弱圍巖；超前支護(hù)；初期支護(hù)

 

　　[ Abstract ] Combined with the practical work experience, this paper introduces the advantages and disadvantages of several forepoling methods used by the soft surrounding rock, as well as the construction parameters and construction method used in a project of initial support parameters.

 

　　[ Key words ] extra-long tunnel in weak rock pre-support initial support

 

　　中圖分類號(hào)TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104

 

　　特長(zhǎng)山嶺隧道由于地質(zhì)條件復(fù)雜，軟弱圍巖的支護(hù)是其主要的施工難點(diǎn)。某山區(qū)隧道采用超前支護(hù)和靈活的錨噴支護(hù)順利通過(guò)了軟弱圍巖段。

 

　　自大瑤山隧道在我國(guó)特長(zhǎng)隧道史上實(shí)現(xiàn)零的突破，近幾年，特長(zhǎng)隧道施工在我國(guó)日趨完善，在我國(guó)鐵路建設(shè)中占有很重的比例。特長(zhǎng)鐵路隧道一般都是控制性工程，工期緊、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工難度大。在特長(zhǎng)隧道中，軟弱圍巖復(fù)雜多變。大量的工程實(shí)踐證明，隧道工程事故往往發(fā)生在軟弱圍巖段。軟弱圍巖失穩(wěn)破壞多表現(xiàn)為變形破壞，形式多、變形量大、變形速度快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、圍巖破壞范圍大和來(lái)壓快。軟弱圍巖處理的重點(diǎn)是初期支護(hù)，主要是從對(duì)巖體的改造和對(duì)圍巖應(yīng)力的重新分布。這也是新奧法施工的核心。

 

　　1 工程概況

 

　　某隧道位于山區(qū)，全長(zhǎng)12438m，最大埋深約750m，進(jìn)出口內(nèi)軌頂面標(biāo)高分別為63.56m、39.76m。該隧道為單洞雙車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速250k比刀1，全隧道設(shè)有兩座斜井。隧道里程較長(zhǎng)，埋深較深，地質(zhì)情況相對(duì)復(fù)雜。其中V級(jí)圍巖長(zhǎng)約900m，占隧道總長(zhǎng)的 7.2%;W級(jí)圍巖長(zhǎng)757m，占隧道總長(zhǎng)的6.1%。

 

　　2 軟弱圍巖的超前處理技術(shù)

 

　　2.1 軟弱圍巖的主要特征

 

　　軟弱圍巖在隧道中主要指V級(jí)圍巖和W級(jí)圍巖。V級(jí)圍巖的巖體主要特征表現(xiàn)為節(jié)理較裂隙發(fā)育，全風(fēng)化結(jié)構(gòu)松散，易坍塌，強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，巖體破碎，部分區(qū)段含有大量的水。采取光面爆破后立即產(chǎn)生掉塊，有時(shí)甚至不用爆破直接采用挖機(jī)就能開(kāi)挖，說(shuō)明圍巖的穩(wěn)定性極差。W級(jí)圍巖特征主要表現(xiàn)為節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體呈碎塊狀及塊狀，易坍塌，含有少量的水。隧洞開(kāi)挖后即刻產(chǎn)生掉塊、片幫、冒頂和塌方，工人難以進(jìn)人工作面施工，給施工安全帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。對(duì)隧道軟弱破碎圍巖段施工必須做到三超前:超前預(yù)報(bào)、超前加固、超前支護(hù)。

 

　　2.2 超前支護(hù)的幾種方式及優(yōu)缺點(diǎn)

 

　　軟弱圍巖在開(kāi)挖前，對(duì)隧道軸向做超前支護(hù)，能改善隧道開(kāi)挖后圍巖的應(yīng)力重新分布，對(duì)松動(dòng)圈能提供一定的支護(hù)力，對(duì)防止因圍巖松動(dòng)而帶來(lái)的安全隱患起到很好的防護(hù)作用。以下幾種是在北嶺山隧道軟弱圍巖施工中都使用過(guò)的超前支護(hù)方法。

 

　　2.2.1 超前長(zhǎng)管棚

 

　　主要由管棚與鋼架組合成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)，支撐和加固自穩(wěn)能力極低的圍巖，防止軟弱圍巖的下沉、松弛和坍塌等。主要技術(shù)要求:沿隧道拱部外緣設(shè)中108或中89，長(zhǎng)度不小于10m的熱軋無(wú)縫鋼管，管內(nèi)注漿或管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠，管外端支于鋼架上。適用于圍巖自穩(wěn)能力較差或淺埋地段，以及地面有重要建筑物地段。該方法效果較好，但

 

　　費(fèi)用高，效率低，影響施工進(jìn)度。

 

　　2.2.2 超前雙層小導(dǎo)管

 

　　加固周邊一定范圍內(nèi)圍巖與鋼架組合成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)，防止洞身軟弱圍巖坍塌、下沉或松弛。主要技術(shù)要求:設(shè)置50號(hào)熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管長(zhǎng)約5m，外插角采用400和10°交錯(cuò)布置，縱向相鄰兩排的水平投影搭接長(zhǎng)度不小于1.5m，管內(nèi)注漿。主要適用于V級(jí)圍巖淺埋偏壓段，W級(jí)圍巖淺埋段，自穩(wěn)能力極差地段。該方法效果相對(duì)較好，但費(fèi)用較高，施工效率不高，注漿效果很難得到保證，影響施工進(jìn)度。

 

　　2.2.3 超前小導(dǎo)管

 

　　可加固洞壁一定范圍的圍巖，也可與鋼架組成小管棚系統(tǒng)支托圍巖。主要技術(shù)要求:沿隧道拱部外緣設(shè)置42號(hào)，長(zhǎng)4.5m熱軋無(wú)縫鋼管，管內(nèi)注漿，管外端可支于鋼架上。適用于V、W級(jí)圍巖地段。該方法能有效控制超欠挖，成本相對(duì)較低，所采用的設(shè)備與掌子面鉆孔設(shè)備相同，施工效率能大大提高，但遇到較破碎的巖層施工效果并不理想。

 

　　2.2.4 超前預(yù)注漿

 

　　通過(guò)預(yù)注漿固結(jié)巖體，提高圍巖的承載力和自穩(wěn)能力，同時(shí)起到堵水的效果。主要技術(shù)要求:通過(guò)108號(hào)～91號(hào)鉆孔注漿，空口設(shè)置空口管，注漿加固開(kāi)挖輪廓線外一定范圍內(nèi)巖體，并利用巖體作止?jié){巖盤(pán)，必要時(shí)掌子面設(shè)置鹼止?jié){墻。適用于地下水發(fā)育的斷層破碎帶或可能出現(xiàn)突水涌泥地段。該方法施工效率高，成本低，主要缺陷是注漿效果不好，不能保證注漿量，因此無(wú)法保證加固質(zhì)量。

 

　　2.2.5 開(kāi)挖后全斷面徑向注漿

 

　　隧道開(kāi)挖后通過(guò)全斷面徑向注漿，降低圍巖滲透系數(shù)，達(dá)到堵水效果。主要技術(shù)要求:通過(guò)52號(hào)鉆孔注漿，孔口設(shè)置孔口管，注漿加固輪廓線外3m范圍內(nèi)巖體。適用于地下水發(fā)育地段，開(kāi)挖后圍巖能穩(wěn)定，但施工效率低，進(jìn)度較慢。

 

　　3 初期支護(hù)方式的選擇

 

　　初期支護(hù)及時(shí)做到"緊封閉"是復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工能否順利進(jìn)行的保證。開(kāi)挖前的超前支護(hù)對(duì)提高圍巖的承載力有限，在開(kāi)挖后保持穩(wěn)定的時(shí)間也有限，特別是軟弱圍巖段，穩(wěn)定時(shí)間一般為幾個(gè)小時(shí)，超過(guò)此限制，掌子面同樣會(huì)發(fā)生掉塊和塌方現(xiàn)象。因此，在開(kāi)挖完以后要立即對(duì)圍巖進(jìn)行初期支護(hù)。

 

　　及時(shí)初期支護(hù)能加強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，封閉因開(kāi)挖暴露的巖石，加快應(yīng)力的重新分布，使圍巖在短時(shí)間達(dá)到自穩(wěn)狀態(tài)。實(shí)踐證明，爆破完以后應(yīng)立即對(duì)掌子面噴射混凝土封閉掌子面，采用鎖腳錨管、系統(tǒng)錨桿、鋼拱架及鋼筋網(wǎng)片，結(jié)合噴射混凝土聯(lián)合進(jìn)行初期支護(hù)是行之有效的方法。錨桿支護(hù)改善了緊鄰隧道開(kāi)挖邊界的圍壓環(huán)境，有效抑制了低圍壓區(qū)域所產(chǎn)生的高巖體膨脹。在地下工程支護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)緊鄰開(kāi)挖邊界低圍壓區(qū)域內(nèi)巖體的支護(hù)能力以控制巖體的變形破壞。

 

　　該方法中的鋼架是18號(hào)工字鋼、連接鋼板焊接成型的單元，通過(guò)螺栓連接。鋼架架設(shè)前需預(yù)先打設(shè)定位系筋，定位系筋一端與鋼架焊接在一起，另一端錨人圍巖中，用砂漿錨固。鋼架在初噴后架設(shè)，架設(shè)完畢后須再噴混凝土，使鋼架與噴射混凝土共同受力。噴射混凝土應(yīng)分層進(jìn)行，每層覆蓋厚度應(yīng)不小于8cm。相鄰鋼架間采用22號(hào)鋼筋連接，環(huán)向間距為1.Om，斜向內(nèi)側(cè)布置，并焊于鋼架內(nèi)翼緣處。V級(jí)圍巖的間距為0.8m，Ⅳ級(jí)圍巖的間距為lm。鋼筋網(wǎng)片采用HPB235 8號(hào)～6鋼筋，網(wǎng)格間距為20～25cm。系統(tǒng)錨桿:拱部采用22號(hào)組合中空錨桿，邊墻采用22號(hào)砂漿錨桿或全螺紋砂漿錨桿，長(zhǎng)度為3.5m～4m。噴射混凝土均采用C25的素混凝土。

 

　　為了保證鋼架的整體穩(wěn)定性，系統(tǒng)錨桿應(yīng)與鋼架焊接在一起。在拱腳處應(yīng)打入2對(duì)(4根)鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼拱架焊接在一起，以固定鋼架。鋼筋網(wǎng)片也應(yīng)與鋼架焊接，從而使鋼架、系統(tǒng)錨桿和鋼筋網(wǎng)片形成一個(gè)整體。噴射混凝土使鋼架與巖體形成整體，保證了鋼架的穩(wěn)定性。該工程中錨桿按梅花型布置，環(huán)向間距1.2m，縱向間距為1.2～1.0m，深人圍巖3.5～4m，提高了圍巖的強(qiáng)度和整體性，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，充分發(fā)揮了圍巖的自穩(wěn)能力，對(duì)掉塊和冒頂起到了很好的防護(hù)作用。

 

　　4 結(jié)語(yǔ)

 

　　由于埋深較深、地應(yīng)力較大、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，選擇合理的深埋特長(zhǎng)隧道初期支護(hù)方式非常重要。只有選擇合理的初期支護(hù)方式才能充分發(fā)揮圍巖的自承能力，取得理想的施工效果和經(jīng)濟(jì)效益。某特長(zhǎng)隧道根據(jù)圍巖情況變化采取不同的初支方式，特別是對(duì)軟弱圍巖的初期支護(hù)取得了較好的效果，為以后特長(zhǎng)隧道的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

 

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