淺談軟巖隧洞開挖和一次支護

謝愛花 紀光磊

中國水利水電第一工程局有限公司

淺談軟巖隧洞開挖和一次支護

謝愛花 紀光磊

中國水利水電第一工程局有限公司

本文通過在建和已完軟巖隧洞工程，根據現有的施工技術和軟巖的特點，總結已經在工程中得到成功運用的施工方法，并能夠正確理解新奧法通過一次支護利用圍巖自承載能力，以達到結構的穩定性和安全性。

軟巖;開挖;支護

1 概述

深圳公明Ⅶ標放水隧洞、頂山隧洞（15km）、二道彎隧洞、八十一大坂隧洞進口（5KM）其共同的特點為砂巖、泥質砂巖、泥巖、砂礫巖，巖石飽和抗壓強度低于15MPa，以上四條隧洞為機械配合人工修整輪廓面非爆破方式開挖。在巖石飽和抗壓強度低于15MPa的軟巖和巖石飽和抗壓低于5MPa的極軟巖隧洞開挖時,采用不擾動或少擾動圍巖的施工方法。

2 軟巖開挖

軟巖開挖以不（弱）爆破、短進尺、強支護、早封閉，以不擾動和少擾動圍巖為原則，噴錨支護緊跟掌子面。

如果隧洞跨度小于10m，宜采用臺階分部法開挖，掏槽寬度大約1m，上、下臺階距離控制在3m～5m，并預留核心土，開挖進尺控制在0.5m～1.5m為一個開挖循環，開挖完一個循環后，立即進行格柵安裝，掛網片、噴混凝土3cm～5cm。下臺階開挖時左右邊墻錯開開挖，錯開2榀格柵間距。

2.1 一次支護

2.2.1 鋼格柵及鋼拱架

工程上一般采用架設鋼格柵及鋼拱架噴射混凝土來增強軟巖的變形支護抗力，鋼拱架抗壓強度大于鋼格柵。

鋼格柵及鋼拱架根據設計和實際施工需要將1榀分成幾單元（節）。節間通過接頭板螺栓連接，注意柱腳應設置在無沉降的基礎上，鋼格柵及鋼拱架利用拱角和鎖腳錨桿加固。鋼格柵及鋼拱架安設定位準確，允許偏差橫向和高程均為±50mm,垂直度允許偏差為±2°。

鋼格柵及拱架應保證能單獨承受2m～4m高的松動巖柱重量，應保證鋼格柵（拱架）與圍巖之間的混凝土厚度不小于40mm，立柱埋入底板深度不應小于15mm，或設置底座，當有水溝時不應高于水溝底面。如果采用鋼管拱架，應在架設完后注滿水泥砂漿。縱向間距不應大于1.5m，兩榀間用聯系筋焊接。

2.2.2 錨桿施工

軟巖自穩時間短和飽和單軸抗壓強度小于30MPa，對可鉆圍巖采用全長粘結型錨桿，錨桿主要采用錨桿臺車或手風鉆造孔，注漿管插至距孔底50mm～100mm，隨漿液的注入緩慢均勻拔出。錨桿安裝后，孔口加楔固定封嚴，砂漿終凝前不允許擾動。

對不可鉆圍巖（砂質泥巖）或成孔較困難的圍巖采用摩擦型錨桿，將桿體一端切成45°尖，用風鎬將桿體打入巖體，一般呈梅花形排列。環向不大于設計間距15cm，平均長度不小于設計長度。

2.2.3 鋼筋網噴射混凝土

根據設計的構造要求，鋼筋網大多采用6mm～10mm直徑的圓鋼，必要時采用雙層鋼筋網。利用錨桿點焊牢固，使鋼筋網緊貼巖面，網間用22#鉛絲扎牢。如果網片安裝較困難或較危險，可以采用噴射普通碳素鋼纖維，要求抗拉強度不得低于380MPa，直徑0.3mm～0.5mm，長度20mm～25mm，為混合料重量的3%～6%。

噴射混凝土采用42.5硅酸鹽水泥，細骨料采用粗、中砂，細度模數大于2.5，速凝劑摻入量根據配合比確定。分層混凝土噴射時，兩次噴射的時間間隔不宜過短。為了兩次噴射的混凝土能密貼，一般不超過1小時。若超1小時，噴射前應把浮在表面的回彈料清理干凈，并噴水濕潤混凝土表面，確保層間粘結良好。

通過鋼格柵、錨桿、網噴混凝土最大限度的提高圍巖的彈性模量，從而提高圍巖的自承載能力，使他們形成一個牢固的承重拱環，保持圍巖穩定。

3 施工期監測

施工期監測包括圍巖收斂觀測、頂拱下沉及圍巖變形監測等。

圍巖收斂觀測：軟巖觀測斷面間距宜按20m～50m控制，施工時視巖石開挖情況進行增減，斷面實際實施時可根據實際情況進行調整。

觀測設備采用精密收斂計，精密收斂計采用人工觀測方式測量。

監測測次：

開始1～15天2次/天，15～1個月為1次/2天，1個月～3個月為1～2次/周，到二次支護施工后，臨時檢測（圍巖收斂、洞內頂拱下沉）即告結束。

根據量測的數據及時繪制位移---時間曲線，分析推算最終位移值和掌握位移變化規律。當變形速率或總變形超過規定值時，表明圍巖和支護已呈不穩定狀態，應適當加強支護，必要時停止開挖并進行支護處理。

4 工程實例

二道彎隧洞洞身所經地層，巖性為第四系中更新統的砂礫石,進口表層覆蓋有5m～10m厚的風積黃土,出口表層覆蓋一層厚3m～10m的坡洪積碎石土,洞身處在砂礫石干密度γd為1.9～2.0g/cm3,礫石含量80%,屬Ⅴ類圍巖,穩定性差，圍巖內分布有松散的砂層透鏡體，地下水低于隧洞底部。

頂山隧洞洞身所經地層，為第三系始—漸新統砂巖、砂礫巖、泥巖（砂質泥巖）互層，成巖作用差，弱膠結，砂巖遇水軟化，泥巖中強膨脹巖，強風化層厚度5m～7m。洞頂厚度大于40m,一般埋深為：40m～50m,最大埋深80m,巖性極弱，圍巖均屬Ⅳ，Ⅴ類圍巖，易風化，遇水極易崩解，成洞條件差。

4.1 隧洞具體開挖方案

根據地質條件和大量的實驗，隧洞采用臺階預留核心土法，人工風鎬開挖配合機械分部開挖一次支護緊跟。

隧洞開挖采用人工風鎬配合機械分上、下臺階作業，上臺階開挖為洞挖斷面半圓段即開挖輪廓線,人工運渣至開挖下導洞處挖掘機裝車，自卸車運輸。

圖1 上臺階開挖示意圖

下臺階邊墻段，左右邊墻錯開，二期開挖采用短臂挖掘機開挖，人工輔助，自卸車運輸，配合5T自卸車運輸到指定料場。

圖2 下臺階開挖示意圖

4.2 隧洞施工方案表

表1

4.3 不良地段處理

不良地段拱架采用16工字鋼，榀距1.0m，每榀拱架之間由φ25鋼筋連接，間距0.8m～1.5m。采用小斷面、短進尺、強支護、快襯砌。

對Ⅴ類圍巖、斷層破碎帶等地質條件較差的洞段，除上述施工工藝及方法外，還采取如下措施：

⑴地質勘探

在開挖過程中，加強地質跟蹤及預測，鉆超前勘探孔摸清圍巖性狀及情況，以便采取恰當的施工程序及措施，確保圍巖穩定。

⑵開挖

開挖嚴格按照“短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的原則施工。

⑶一次支護

支護位置提前具備，經安全處理，立即施作一次支護，采用錨桿、掛網噴混凝土等支護手段，形成一柔性封閉環，確保圍巖穩定。

⑷施工監測措施

成洞后按設計要求埋設各種觀測儀器，并開始觀測，十倍洞徑距離以后，視變形速率情況，可拉開量測時間間隔。通過勤量測，及時反饋信息，指導開挖支護施工，確保成洞穩定和施工安全。

⑸混凝土跟進襯砌：通過變形觀測，如發現局部危巖變形速率陡增，采取一次支護措施后尚不能滿足要求時，進行頂拱襯砌。在監測反饋信息圍巖趨于穩定后，方可進行混凝土襯砌。

5 結束語

圍巖越差荷載越大，隧洞跨度越大，荷載越大。盡量不要惡化圍巖的應力分布，開挖后立即施做一次支護，防止圍巖進一步松動，所有支護相當柔性的，能適應圍巖的變形，在施工過程中密切監測圍巖應力情況，調整支護措施，控制變形。通過調整支護調動圍巖的自承載能力，達到結構穩定性和安全性。

本文重點對洞跨小于10m的軟巖開挖與支護方面實踐經驗進行總結,以期提供合理、科學解決洞挖工程中安全支護與開挖方法的實踐依據，供共同探討。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.011