超前小導管預支護在膏溶角礫巖隧道中的應用

羅定倫

(重慶水利電力職業技術學院，重慶 402160)

0 引言

膏溶角礫巖是一種特殊性巖土，它是由于含膏鹽巖系中的易溶硫酸鹽(CaSO4)溶蝕后，殘余的碳酸鹽巖組分及雜質原位堆積而成的角礫巖［1，2］。膏溶角礫巖在華北及西南地區均有分布［1-3］，其特殊的工程地質性質對隧道與地下工程建設具有較大的影響，給隧道與地下工程圍巖穩定和施工安全造成困難。因此，有必要對膏溶角礫巖中的隧道施工方法進行探討。

1 膏溶角礫巖主要特性

1.1 膏溶角礫巖的強度特性

在天然狀態下，膏溶角礫巖單軸抗壓強度在0.43MPa～0.69MPa之間，強度極低，根據鐵路隧道設計規范應劃分為Ⅴ級圍巖［3］。膏溶角礫巖變形模量為14MPa～100MPa，除部分由于含大的角礫變形模量大外，大多數為15MPa左右，其中最小值已接近或部分小于粘性土指標，表明地層土質不均，局部壓縮性高。并且遇水后強度迅速降低，降低幅值在1/4～1/3之間。

1.2 膏溶角礫巖的膨脹性

某隧道膏溶角礫巖中蒙脫石含量在10%～16%之間時，根據相關研究成果［7］，在有水的條件下，有可能對工程引發不同程度的膨脹變形破壞。因此，在膏溶角礫巖隧道施工中應避免水對圍巖強度降低的影響。

通過對膏溶角礫巖特性的研究，發現某隧道膏溶角礫巖本身強度較低，遇水后強度會迅速降低，并且產生較大的膨脹，會給隧道支護造成較大的壓力和施工困難，施工方案的選取就對此有針對性的措施。

2 超前小導管預支護的設計與施工

2.1 隧道施工總體方案

某膏溶角礫巖隧道采用新奧法原理施工，新奧法允許圍巖有適當的變形，并控制其變形量，目的在于充分發揮圍巖自身的承載能力。根據新奧法基本原理，對某隧道膏溶角礫巖段進行研究后決定:采用超前小導管進行預支護，微臺階法開挖，初期支護系統由錨桿、鋼筋網、格柵鋼架和噴射混凝土組成，必要時對超前小導管進行注漿。

2.2 超前小導管預支護設計

超前小導管采用 φ42熱軋鋼管，長3.5m，環向每米3根，縱向每2榀格柵打一環，施工外插角10°～15°，小導管搭接長度1.5m，小導管構造圖如圖1所示。在無水膏溶角礫巖段，如果圍巖質量較好，可不注漿，則超前小導管可不鉆孔。

超前小導管在隧道拱部140°范圍內布置，以加強超前小導管作用范圍，確保膏溶角礫巖圍巖的穩定。超前小導管環向間距為0.33m，其布置橫斷面圖如圖2所示。

隧道預支護施工時，超前小導管縱向間距2m前方伸入未開挖圍巖0.5m～0.8m，后方焊接在已做好初期支護的鋼筋格柵上。超前小導管前后均得到支撐，形成“梁”，可以通過“梁”的作用承受開挖部分巖體的部分荷載，保持圍巖穩定。隧道在膏溶角礫巖段超前小導管的縱斷面布置圖如圖3所示。

2.3 超前小導管預支護注漿探討

超前小導管注漿凝固后，可增強圍巖的整體性，提高圍巖的強度，進而提高圍巖的承載能力，提高圍巖的穩定性，確保隧道施工安全。一般情況下，注漿后的超前小導管可以對隧道圍巖起到預加固的作用，但在注漿過程中，有大量的水存在，對膏溶角礫巖有可能產生溶蝕作用和軟化作用，并引起較大的膨脹。因此，在膏溶角礫巖地段超前小導管是否注漿應視具體情況進行處理。

膏溶角礫巖圍巖地段可細分為Ⅴ級圍巖地段、Ⅴ級圍巖加強段。

在Ⅴ級圍巖地段膏溶角礫巖強度較高且無水時，超前小導管可以不注漿，超前小導管只發揮“梁”的作用對圍巖進行預支護。

在Ⅴ級圍巖地段膏溶角礫巖強度較低或有水時，可采用對超前小導管水泥單液注漿的方法對圍巖進行預加固。水泥單液注漿設計時，應加入適量的速凝劑，加快凝結速度，盡快提高圍巖的整體性和承載能力，同時減少漿液中含水對膏溶角礫巖的不利影響。

在Ⅴ級圍巖地段水較多時或者在Ⅴ級圍巖加強段宜采用水泥水玻璃雙液注漿。水玻璃的波美度e′=40。水泥水玻璃雙液注漿配合比以加快凝結速度，盡快提高圍巖的整體性和承載能力，同時減少漿液中含水對膏溶角礫巖的不利影響為原則。

所有注漿段圍巖的開挖應待漿液凝固后進行，以確保超前小導管能夠充分發揮預支護和預加固的效果。

3 結語

通過有針對性的設計與施工，把超前小導管預支護應用于膏溶角礫巖隧道施工中的效果良好，根據量測資料顯示，某隧道膏溶角礫巖段在初期支護完成后的10d內，隧道拱頂下沉累計最大3.3cm，水平收斂最大累計2.8cm，均小于預留的隧道圍巖變形值，隧道順利通過膏溶角礫巖段圍巖。工程實踐證明，采用超前小導管能確保隧道圍巖的穩定和施工安全，滿足設計與施工相關要求。

［1］何本國，朱永全，孫明磊，等.高速鐵路膏溶角礫巖深埋隧道支護荷載確定方法［J］.巖土力學，2013，34(3):827-832.

［2］鄧建華，黃醒春，彭結兵，等.膏溶角礫巖不同天然含水率情況下力學特性的試驗研究［J］.巖土工程學報，2008，30(8):1203-1207.

［3］彭勇民，高 波，張榮強，等.四川盆地南緣寒武系膏溶角礫巖的識別標志及勘探意義［J］.石油實驗地質，2011，33(1):22-27.

［4］熊江陵，李建華.太行山隧道膏溶角礫巖工程特性試驗研究［J］.隧道建設，2007，27(1):6-8，15.

［5］張俊興.強風化膏溶角礫巖隧道施工技術［J］.鐵道標準設計，2006(6):64-66.

［6］TB 10003-2005，鐵路隧道設計規范［S］.

［7］彭結兵，鄧建華，黃醒春.膏溶角礫巖側限膨脹特性試驗研究［J］.工程地質學報，2008，16(8):634-638.