淺析復合支護在隧道施工中的應用

摘要：隧道設計中存在的諸多問題嚴重制約了隧道建設的科學化、精細化、規范化，隧道支護結構失穩而導致的隧道工程事故越來越多，主要原因是對隧道圍巖及支護體時效穩定及可靠性的研究不足。文章結合隧道自身特點及工程地質條件選擇復合支護的方式對隧道進行支護。

關鍵詞：隧道事故；圍巖穩定性；復合支護

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0088-02

近些年來我國鐵路隧道建設取得了巨大的成就，但與隧道相關的理論體系不完善，施工機械化程度不高、施工安全風險大。隧道工程建設中存在的種種困惑和問題，主要是沒有結合復雜多變的地質條件從原理上進行系統的研究，缺乏可靠的有針對性的設計理念和工程對策。因此開展隧道支護與圍巖作用關系的研究，從隧道結構設計中支護——圍巖作用關系這一核心問題出發，圍繞圍巖力學特性及結構穩定性，初期支護與圍巖作用關系，初期支護與二次襯砌作用關系進行深入研究，具有重大的學術價值和現實意義。

1 工程概況

某隧道是鐵路建設的重點性關鍵控制工程，獨頭掘進距離長，地質條件復雜，施工場地狹窄。隧道開挖時有發生巖溶、巖爆、瓦斯、突水、突泥、煤層、冒頂的可能，施工安全是本隧道施工的重點。由于進口端受地形的限制，該隧道設計為變間距隧道，隧道軸線最小凈距離為21.5m，最大間距為43.5m。為了解決該隧道施工過程中的諸多問題，隧道結構按新奧法原理進行設計，采用復合襯砌，初期支護以噴射砼、錨桿、鋼筋網為主，局部輔以U型鋼鋼架、格柵鋼架加強，充分調動和發揮圍巖的自承能力，在監控量測信息指導下施作初期支護和二襯混凝土。

2 施工工藝及質量控制

隧道施工實行機械化、專業化作業，配備鉆孔臺架、挖掘機、液壓震動錘、濕式噴射機、高壓注漿機、混凝土拌和樓、混凝土輸送泵、全斷面液壓鋼模襯砌臺車、通風排煙設備等關鍵設備施工。實施開挖、噴錨、二次襯砌等多條機械化作業線流水作業，實現主要工序機械化作業，充分發揮機械效率。Ⅳ級圍巖采用臺階分部開挖法；Ⅲ級圍巖一般地段采用全斷面開挖，巖溶、巖爆地段采取下中導坑超前開挖、后二次全斷面擴開挖，以提前做好巖溶、巖爆超前預測和應力釋放。初期支護緊隨開挖面及時施作，減少圍巖暴露時間，抑制圍巖變形。用錨桿風槍鉆錨桿孔，注漿泵注漿，采用先錨后灌法埋設錨桿，安設鋼支架。噴射混凝土采用濕噴技術；混凝土襯砌采用仰拱先行的方法，即仰拱施工緊跟初期支護。二襯采用全斷面整體模板襯砌臺車模筑，二襯距開挖面距離不大于200m，混凝土由拌和樓集中生產，混凝土運輸罐車運輸和輸送泵泵送。

2.1 初期支護混凝土噴射質量控制

嚴格按規定的速凝劑摻量，并添加均勻，嚴格控制水灰比。在未上混凝土拌和料之前，先開高壓風和高壓水，水和高壓風成霧狀。噴射分成段，長度不得多于6m，分塊大小：2×2m，嚴格先墻后拱自下而上噴射。噴嘴對巖面作順時針方向，螺旋轉動，“S”形往返移動前進。適當調整風壓，不宜過大或過小。水壓應稍高于風壓。噴射作業時，噴嘴的方向應和受噴面保持垂直，噴嘴與受噴面間距0.6～1.0m左右，噴射壓力保持在2～5kg/cm2左右。噴射作業應分層進行， 一次噴射厚度：一般拱部為3～5㎝，邊墻為6～8㎝。

養護：在開始終凝后開始養護，養護時間不少于

7天。

噴射混凝土攪拌采用強制式攪拌機，攪拌機一次攪拌量不得大于其額定攪拌量的80%，攪拌時間比普通混凝土延長1～2min；攪拌時，各種材料計量允許誤差為：粗骨料±3%，水泥和外加劑±2%。

噴射混凝土需按以下要求施工：采用PO32.5水泥，粗骨料最大粒徑不得大于15mm，水泥與砂石的重量比為1：3～1：4；砂率不宜小于45%，具體摻量由現場試驗確定。

噴射鋼筋網混凝土前，根據巖面上高低起伏情況，必要時候先鋪噴一層混凝土，再鋪設鋼筋網。

2.2 砂漿錨桿施工工藝

砂漿錨桿施工工藝說明：錨桿在坑道開挖出碴后，盡快抓緊安設錨桿，錨桿安裝采用風槍鉆孔，人工安設，注漿泵注漿埋設錨桿。鉆孔方向根據巖層情況可適當調整，使其與巖層主要結構面盡量垂直；孔鉆好后用高壓水將孔眼沖洗干凈（若是向下鉆孔還須用高壓風吹凈水），并用塞子塞緊孔口，防止石渣掉入；注漿管插至距孔底5～10cm處，隨水泥砂漿的注入緩慢勻速拔出，隨即迅速將桿體插入，錨桿桿體插入孔內的長度不得短于設計長度的95%。

2.3 二次襯砌工藝

對于Ⅳ、Ⅴ級圍巖，因二襯是作為主要承載結構，故須在初支施作后并具備施工條件時施作二襯，而不必等到圍巖收斂達標。對于Ⅲ級圍巖，根據獲取的量測信息分析后，認定圍巖變形趨于穩定狀態，則進行二襯施工。在噴射混凝土與防水層之間設φ75HDPE單壁打孔波紋管縱環向盲溝，EVA防水板用自動行走式熱合機進行雙縫焊接，三角縫、丁字縫等薄弱環節用熱熔焊槍加強補焊。鋪掛后進行氣密性檢測，發現漏氣則進行補焊，直至完好。對兩端施工縫防水設施進行安裝、整修，并安裝端頭模板。用輸送泵泵送混凝土入模，插入式振搗器和附著式振搗器配合運用，振搗混凝土直至密實。泵送時注意左右對稱，分層灌注，每層厚度不超過1m。收縮臺車液壓系統，脫模，并對臺車模板進行整修、養護。對二襯混凝土進行噴淋養護，使表面處于濕潤狀態。壓二襯試件，結合二襯外表，評定二襯質量。

注意對風機預埋部位進行鋼筋加強處理，并按設計圖紙預埋好鋼板及所有設計要求之照明、監控、消防、配電等預埋件。

二襯必須對稱同步進行，澆注時，先澆注一側邊墻，待澆注到1.0m高度后，再換管澆注另一側邊墻，循環往復直至封頂。砼振搗時，注意保護防水層。砼灌注必須連續進行，一次澆注完成，不得產生施工冷縫，可摻緩凝劑，以延長砼初凝時間，確保砼連續澆注的實現。拆模后砼應連續養護不少于7天。模板臺車脫模后，必須清理模板，并涂脫模劑。砼質量檢查按《技術規范》規定進行，其強度應滿足設計要求。

3 支護效果分析

（1）隧道分步開挖后，其拱頂和仰拱圍巖出現了很大的變形，邊墻變形相對較小。但是其應力集中系數較大。

（2）隧道一次支護后，圍巖的變形及塑性區范圍明顯減小，而應力變化不大。

（3）隧道二次襯砌后，圍巖的變形及塑性區范圍進一步縮小，但不如錨噴支護的加固效果，說明一次支護對隧道的穩定性起重要作用。

（4）襯砌結構內部應力分布均勻，在拱頂和仰拱處壓應力相對較小，而邊墻的壓應力相對較大。二次襯砌的設置，提高了隧道結構的承載力，抑制了圍巖塑性區的擴展，約束了隧道洞周位移的發展，提高了隧道使用的耐久性。

參考文獻

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作者簡介：李忠（1981—），男，中鐵十六局集團第五工程有限公司總工程師，欽防鐵路項目部工程師。