浅谈不良地质条件隧洞初期支护措施

浅谈不良地质条件隧洞初期支护措施

戚雄

戚雄（中国水利水电第七工程局有限公司四川成都610081）

关键词：不良地质；初期支护；锚杆；喷射混凝土

一、初期支护隧洞是围岩与支护结构的综合体，在开挖后为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全性，隧洞开挖后立即施做刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层，称之为初期支护。初期支护所采用的主要措施包括：锚杆、钢筋网、喷射混凝土、钢拱架等。在不良地质地段还应采取大小管棚及预灌浆等超前支护措施，与初期支护构筑成联合支护结构，充分发挥对围岩加固作用，使初期支护与围岩进入良好的共同工作状态，从而组成围岩支护的共同承载体系。

当前隧洞施工中不可预见因素较多，特别是在不良地质地段修建隧洞，更应确保隧洞的施工安全。初期支护是确保隧洞的施工安全的重要环节，在不良地质隧洞中应重视以下问题：在不良地质条件下修建隧洞时，初期支护必须紧跟开挖工作面进行施工，特别是围岩遇水易软化时，初期支护和开挖工作面的距离不得超过1米。隧洞穿过不良地质地段时，如初期支护不及时，隧洞发生坍塌在所难免。另外，在施工中应注意提高初期支护的施工质量，最重要的一点就是中空锚杆的注浆效果，只有水泥砂浆在一定的注浆压力下形成较大的扩散范围，而在开挖轮廓线外形成固结区产生拱效应，才能及时有效地保证隧洞的稳定和施工的安全。

二、不良地质条件隧洞初期支护技术的应用（一）工程概况某水电工程两条引水隧洞洞轴线间距为43.6～61.0m，洞径14.5m，隧洞最大埋深约528.5m，起点里程为D0+000，终点里程为D2+325，正洞长2325m。典型断面为圆形，Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖直径为16.1m，引水隧洞以腰线为界分为上下半洞两层进行开挖。施工通道有1#、2#两条施工支洞，每条支洞分上下两层通道。隧洞开挖采用三臂钻钻孔，毫秒雷管分段起爆，周边光面爆破，中间采用楔形掏槽爆破，每循环进尺按3m进行，围岩变化时作适当调整。Ⅳ、Ⅴ类围岩地段范围，采用“短进尺、多循环、弱爆破”。每循环开挖进尺按1.0m～1.5m进行。洞口段完成锁口后进洞，根据现场地质情况，若开挖岩体特别破碎，可在开挖前对顶拱进行固结灌浆加固。超前支护采用超前锚杆或超前注浆小导管，临时支护采用钢格栅/工字钢拱架及喷C25混凝土、锚杆等组合方式。下一开挖循环在上一循环支护完成后进行。

（二）施工方案隧洞Ⅳ、Ⅴ类围岩地段采用超前锚杆、砂浆锚杆、格栅/工字钢拱架及挂网喷C25混凝土联合支护形式。

超前锚杆设置于拱顶120°范围，锚杆直径25mm，长度5.0m，环向间距35cm，纵向排距3.2m，外插角10°～20°，同时与锚固岩石层面夹角不小于5°。

锚杆采用Φ25~Φ32的砂浆锚杆，长度6/9m，间距1.0m，排距0.8m，梅花型布置，并设置Φ8钢筋网（间排距10cm）。

格栅钢架排距50cm，每榀0.97吨，工字钢钢架排距50cm，每榀1.57吨，同时以副拱与系统锚杆在隧洞纵向上相间布置。

C25喷砼厚度为25cm；在开挖面初喷约5cm砼后铺设钢筋网、架设钢架，复喷至设计厚度将钢架覆盖，其外侧保护层厚度不小于3cm。

（三）施工技术1、架立拱架初喷完成后，采用运输车将分节支撑钢架运至施工现场拼装，每榀钢支撑安装间距为50～100cm，节间采用螺栓联接，钢架与岩壁之间紧贴，在安设过程中，当钢架与围岩之间有较大间隙时安设垫块，两排钢架间沿周边用纵向钢筋联接，形成纵向连接系；拱脚高度不够时设置钢板调整，拱脚高度低于上半断面底线以下10cm；钢支撑立柱脚设钢垫板，必要时浇筑基础混凝土。钢架安装完成后，和接触的锚杆头焊接牢固，使之成为整体结构，按设计图要求安装的钢筋网、钢挡板、钢棚架、钢枕、钢锲和钢柱鞋等附件与钢支撑焊接牢固，防止松动。钢架与围岩之间的间隙用喷砼喷密实，禁止用石块、木楔、背柴等填塞。

2、锁脚锚杆/锚筋桩安装当钢架架立完成后施做锁脚锚杆/锚筋桩。采用专用机械成孔打入，钻孔应保持直线，确保杆体与其所在位置在设计开挖轮廓线法线方向一致。施做锁脚锚筋桩前按设计要求定出位置，孔位允许偏差±10mm，锚筋桩孔深度应大于长度10cm，杆体插入长度不得短于设计长度的95%。锁脚采用φ25钢杆与钢架连接，底部采用3*φ25锚桩。

安装完成后应进行注水泥浆。

3、砂浆锚杆本标段隧洞边墙位置采用全长粘接性砂浆锚杆。砂浆锚杆施工工艺为：钻孔：施工时采用锚杆台车或风枪钻孔。孔位偏差应不大于10mm，孔深偏差不大于50mm，采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径15mm。

系统锚杆在围岩开挖和初喷混凝土后打设，钻孔时确保孔口岩面整平，使岩面与钻孔方向垂直，局部随机锚杆的孔轴方向应与可能滑动面的倾向方向相反，其与滑动面的交角应大于70°，间距根据不同的围岩类别为0.8～1.5m，梅花形布置。

锚杆锚固：锚杆埋设前，对锚孔进行检查，孔位、孔深、沿直度、孔径、方向必须合格。同时应用高压风、水清孔，使孔干净无积水残碴。此外要检查锚杆钢材、直径、长度应符合设计要求，锚杆端头应加工螺纹长度不小短于10cm。锚杆埋设采取先注浆后插杆施工，砂浆强度≥20MPa，配比试验选定，用羊角气泵胶管从孔底倒插式注浆，浆满后快速插入锚杆到埋设长度，然后用半干硬砂浆封实孔口，用楔子固定锚杆，并安设垫板，上好螺帽。锚杆埋设后24h以内不许碰撞，不许悬挂重物，锚杆砂浆参膨胀及早强剂，以提高其早期强度，锚杆施工完成后使顶部自然形成岩体拱圈。

4、钢筋网片制作安装钢筋应冷拉调直后使用，钢筋表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。钢筋网的网格间距应根据开挖段围岩级别不同，根据设计要求制作。网格尺寸允许偏差为±10mm。钢筋网应与隧洞断面形状相适应并与锚杆连接牢固。钢筋网宜在喷射一层混凝土后铺挂。钢筋网搭接长度不得小于30d，不得小于1个网孔，与受喷面的间距不得大于30mm。

5、喷混凝土本隧洞正洞喷混凝土采用湿喷机，在作业时，混凝土在洞外由混凝土拌和站拌好，通过汽车向洞内送料，空压机供风。在隧洞软质岩发生大变形的地段采用喷钢纤维混凝土。

混凝土采用湿喷，混凝土喷射机安装调试好后，在料斗上安装振动筛（筛孔10mm），以避免超粒径骨料进入喷射机；用高压水冲洗干净受喷围岩面，而后即可开始喷射混凝土。送风后调整风压，使之控制在0.45～0.7MPa之间，若风压过小，粗骨料则冲不进砂浆层而脱落，风压过大将导致回弹量增大。因此，按混凝土回弹量小，表面湿润易粘着力度来掌握。根据喷射仪表反馈的信息及时调整风压和计量泵，控制好速凝剂掺量。

喷嘴与岩面的距离按规范执行，喷射方向尽量与受喷面垂直，拱部尽可能以直径方向喷射。一次喷射厚度不宜超过10cm，若需喷第二层，两层喷射的时间间隔为15～20min。

为提高工效和保证质量，喷射作业分片进行，可按照先边墙后拱脚，最后喷射拱顶的顺序施喷。喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，力求喷出的混凝土层面平顺光滑。

参考文献[1]邓伯科.雁门关隧洞富水段软弱围岩初期支护开裂变形控制技术[J].铁道标准设计，2013年1期.[2]汤怀.长隧洞初期支护施工技术探讨[J].交通标准化，2013年15期.