軟弱圍巖支護施工技術探討

摘要：天荒坪第二抽水蓄能電站工程S13等級公路復建工程的1#隧道在開挖和初期支護后，隧道圍巖未收斂穩固，出現涌水和泥石流現象，造成隧道掌子面塌方。文章對公路軟弱圍巖隧道突遇涌水、孤石及黃泥后采取的相關支護施工措施進行了闡述。

關鍵詞：隧道支護；排水施工；軟弱圍巖支護；施工技術；圍巖隧道 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2016）03-0115-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.058

1 工程概況

天荒坪第二抽水蓄能電站工程S13等級公路復建工程的1#隧道，由于K1+933～K2+030段地質與原設計不符：該段圍巖為Ⅵ級圍巖。根據已揭露掌子面（樁號K1+961.5）地質圍巖情況，左側為軟弱松散的全風化狀圍巖，右側巖石較完整且強度相對較高，地下水豐富。在開挖和初期支護后，隧道圍巖未收斂穩固，出現涌水和泥石流現象，造成隧道掌子面塌方。

2 施工順序

測量放樣→小導管注漿超前支護→初噴→鋼拱架→錨桿施工→鋼筋網片施工→噴砼支護→核心土開挖→邊墻開挖初支護→仰拱開挖澆筑→監控量測圍巖穩定→二襯混凝土澆筑。

3 支護施工技術

3.1 超前小導管作業方法

3.1.1 小導管材料準備。利用外徑Φ42mm、壁厚4mm的熱軋成無縫鋼管進行加工制成超前小導管，長300cm、600cm，鋼管前端加工成錐形，尾部焊接Φ6mm鋼筋加勁箍，管壁四周鉆Φ6mm溢漿孔。

3.1.2 注漿小導管拱部范圍設置。富水區域采用雙排注漿小導管沿隧道拱部以15°、10°插入，采用水玻璃，水泥雙混漿（體積比為1∶0.6～1），混凝土中水的用量與水泥用量的比值范圍在0.8∶1～1∶1之間，終壓1.00～1.50MPa。

3.1.3 小導管作業要求。（1）一般采用鉆孔打入法進行小導管的安裝，先按設計要求進行鉆孔準備，鉆孔直徑應當大50mm，然后把鋼管用捶擊或鉆孔插入，插入長度不小于鋼管本身長度的90%，把鋼管內的砂石利用高壓風吹出；（2）小導管安裝之后，將孔口及周圍裂隙用塑膠泥進行封堵，也可在必要時用混泥土將小導管附近及工作面堵封，防止工作面的意外坍塌；（3）開挖隧道的長度要比小導管的注漿長度小，多出長度可作為下一次循環的止漿墻。

3.1.4 注漿時的作業方法。（1）首先進行壓水檢測，確保機械設備運行正常，正確連接管路，可利用群管注漿（每次3～5根）法加快注漿的速度；（2）注漿壓力及設計注漿量達到設計終壓標準時可結束注漿作業；（3）作業過程中應隨時注意注漿壓力和注漿泵排漿量的變化情況，防止堵管、跑漿、漏漿等事故發生，做好記錄，以便分析注漿作業的效率；（4）作業時采用BW-250/50型注漿泵，按由下至上的順序進行，漿液先稀后濃，注漿量先大后小，在發生串孔或跑漿情況時可采用隔孔灌壓；（5）按分級升壓法，利用注漿泵油壓控制調節注漿壓力。具體做法：開啟注漿泵，達到正常運轉之后關閉泵口的閥門，泵停止運作，旋轉壓力調解旋鈕，調節油壓在要求的油壓刻度值。注漿阻力的增大，泵壓隨之增高，當達到設計1.0～1.5MPa壓力值時，自動停泵；（6）漿液控制要求。利用終壓和注漿量控制調節。以單管設計注漿量為標準，若注漿壓力達到設計終壓值時，進漿量仍達未到設計標準時，也可結束注漿作業；（7）注漿系統的清洗。達到結束要求后，停止注漿作業，把注漿混合器及注漿系統卸下，用清水清理，保障下次注漿作業的進行；（8）注漿異常現象處理，若注漿壓力變高，可能是因為堵管，應當立即停機檢查。若漿液進漿量很大，壓力卻長時間不升，應該調整漿液濃度及配合比，并采用間歇作業，讓漿液在裂隙中有相對充足的停留時間進行凝膠，但注意停留時間不能超過混合漿的凝膠時間。

3.2 中空注漿錨桿支護施工

3.2.1 隧道開挖后，清除浮石，檢查斷面輪廓，如有欠挖，及時處理，并初噴C20混凝土厚5cm，及時封閉撐子面。

3.2.2 按設計要求測量放樣，定出錨桿布設點位，并在巖面上做出標記。

3.2.3 選擇Φ40或Φ42mm的鉆頭匹配鉆機鉆孔，孔深允許偏差±50mm，根據巖層情況適當調整鉆扣的方向，應保持與巖層主要結構面垂直。

3.2.4 鉆孔作業結束，將孔眼用高壓水沖洗干凈，鉆孔向下還須用高壓風吹凈孔內的水，并用塞子塞緊孔口，以防有石渣掉入孔中。

3.2.5 將中空錨桿放入孔內，并抹漿處理墊塊與圍巖的接觸面，放入墊塊，使墊塊緊貼巖面，旋入擋環，使之剛好與墊塊接觸。

3.2.6 把注漿機軟管出漿口與中空錨桿尾部相接，用注漿泵壓注配制好的水泥漿入錨桿，注漿壓力控制1.0～1.5MPa，直至從錨桿頭部溢出的漿液充滿整個鉆孔，并擴散到一定半徑的圍巖中。

3.3 型鋼拱架支護施工

3.3.1 施工順序。開挖→初噴約4～5cm厚早強砼封閉開挖面→架設型鋼拱架→緊貼鋼架打入錨桿并與鋼架焊接→噴早強砼包裹鋼架并噴填鋼架間空隙。

3.3.2 鋼拱架材料。鋼拱架采用20號工字鋼制作，每榀鋼拱架根據開挖方式分為若干個單元，每個單元由工字鋼、連接板焊接成型，單元間用螺栓連接。鋼拱架的架設縱向間距50cm，鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接，連接鋼筋間距80～100cm，鋼拱架安裝好后用錨桿固定，噴射砼至設計厚度，并保證型鋼拱架砼保護層厚不小于2cm。

3.3.3 鋼拱架架設。在安裝鋼拱架時，為了充分發揮鋼拱架的支承作用，鋼架與初噴混凝土之間盡量貼緊，如因開挖造成凹凸不平，并有較大間隙時，設置混凝土墊板或鋼板，使鋼架支撐充分起到作用。對于采用臨時仰拱封閉有困難時，可采取以下措施：（1）鎖拱腳。當上弧形導坑架設鋼架完成后，在兩拱腳處向下斜向打入4根注漿錨桿，并與鋼架主筋焊接；（2）鎖接頭。下臺階開挖后向下延接鋼架時，在鋼架連接處打入鎖口注漿錨桿；（3）鎖墻腳。邊墻鋼拱架底部除要對基底進行加固處理外，還需打入鎖腳注漿錨桿。

3.4 噴設混凝土

3.4.1 機械設備的選擇。（1）砼的制備。在洞外拌和站進行；（2）砼的運輸設備。配備6～8m3砼攪拌運輸車；（3）濕噴機的選擇。四川成都杰瑞達生產的PS-800型號濕噴機；（4）配套設備。一個工作面配備PS-800型濕噴機1臺、砼攪拌運輸車1輛、噴砼作業臺架

1個。

3.4.2 原材料的選擇。（1）水泥。采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；（2）砂。細度模數大于2.5，含水率5%～7%的天然中粗砂，使用前一律用5mm篩網進行過篩；（3）碎石。含泥量小于1%，針片狀含量小于10%的5～10mm機制碎石。使用前用5mm的篩網篩去石粉，用10mm的篩網篩去超徑骨料；（4）防水劑。在噴砼中摻加10%水泥含量的WG-HEA普通型抗裂防水劑以提高噴層的抗滲性；（5）特種速凝劑。根據噴射試驗決定速凝劑；（6）水。不得包含有腐蝕砼、影響水泥凝結與硬化的有害物質，要用符合工程用水標準的水源。

3.4.3 配合比設計。設計3～4配比滿足設計強度和噴射工藝要求的砼，優先選擇回彈量低、物理力學性能滿足設計的一組作為應用配比，并根據作業時材料、氣候的變化進行相應調整。

4 施工作業的排水措施

遵循“以排為主，防、排、截相互結合，因地制宜，綜合治理”的施工原則，達到建成后“襯砌內壁不滲水，洞內路面無積水”的標準。

（1）隧道防排水主要是二次時根據設計要求進行處理，為此本方案只強調開挖支護排水措施；（2）由于該地段地下水豐富，為此開挖支護前必須采取相應的排水措施。排水主要采用打孔裝入Φ50PVC打孔管，以引水為主，施工時可以根據富水區域適當打入排水孔，把支護背后的水引入隧底排水系統；（3）排水系統不暢通時可以設專人抽水，疏溝清淤，保持排水系統完善、暢通。

5 施工關鍵技術控制

第一，選擇適合圍巖特性的開挖方法，盡量減少圍巖的擾動，對中硬巖采用光面爆破，減少超欠挖，高地應力段，用光面爆破，并提前釋放應力，防止高地應力地段應力集中，產生巖爆；對斷層破碎帶用減輕地震動控制爆破，加強支護，控制圍巖松弛變形，引起支護失穩。消除襯砌開裂潛在因素。

第二，在裂隙水發育、富水斷層破碎帶地段采用徑向注漿、超前小導管注漿，且在橫洞與正洞交叉口處，兩側水溝間設2根Φ100mm橫向連接鋼管。

第三，開挖后將部分滲水引排至排水溝，鋪設縱橫向排水盲溝，將部分滲水引入排水溝。

第四，控制好噴射砼質量，防止噴射混凝土收縮

開裂。

第五，涌水的處理方法。（1）超前鉆孔或輔助坑道排水。開挖面前方若有高壓地下水或涌水，且不會影響圍巖穩定及隧道周圍環境時可選擇適用；（2）超前圍巖預注漿堵水。主要適用于地下水豐富，排水時挾帶泥沙引起開挖面失穩，注漿有效范圍：在一般情況下為隧道開挖半徑的2～3倍，當地下靜水壓力大于2.5MPa時為開挖半徑的4～6倍，對周邊封閉預注漿為隧道開挖輪廓線外1～3m。

6 結語

施工中應重視隧道掌子面的超前地質預報工作，為了施工安全，并有效指導施工，對重大不良地質地段，必須采取超前鉆孔措施。超前探孔一般是在掌子面上布置1～3個超前探孔，孔深宜為30～50m或孔深穿過前方異常地質體。超前探孔可獲得地層、巖性、節理裂縫等特征，并可探明地下水的壓力及水量，為施工安全提供可靠依據，達到施工安全的目的。本項目出現涌水和泥石流后，處理塌方長達3個月。在這期間多次與設計、業主協商后，委托了第三方進行超前鉆孔預報，取得了較好的經濟效益和社會效益，沒有發生安全事故。

作者簡介：孫沛榮（1964-），男，湖南長沙人，工程師，研究方向：公路工程。

（責任編輯：黃銀芳）