隧道復(fù)合式襯砌初期支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

駱秋林

（身份證號(hào)：500101198408108258 四川省成都市 611730）

前言

復(fù)合式襯砌是用錨噴支護(hù)作初期支護(hù)，模筑混凝土做二次襯砌的一種組合襯砌。即由兩種襯砌復(fù)合而成，初期支護(hù)與模筑混凝土間設(shè)置聚乙烯排水板，從而達(dá)到支護(hù)、排水目的的襯砌類型。在隧道施工過程中，快速完成初期支護(hù)是保證隧道開挖安全的最經(jīng)濟(jì)、最有效手段，也是復(fù)合式襯砌能否達(dá)到支護(hù)目的的重要部分。初期支護(hù)的質(zhì)量，是復(fù)合式襯砌能否協(xié)調(diào)受力支撐的關(guān)鍵，研究一種新型的施工工藝，保證初支質(zhì)量，以滿足隧道施工進(jìn)度、質(zhì)量及安全的要求。

1 工程概況

紅土嶺隧道位于河南省南陽市內(nèi)鄉(xiāng)縣湍東鎮(zhèn)境內(nèi)。全長2995m，其中Ⅲ級(jí)圍巖2310m、Ⅳ級(jí)圍巖470m、Ⅴ級(jí)圍巖215m（含70m明洞段和145m洞身段）。隧道采用單洞雙線形式，內(nèi)設(shè)人字坡，隧道全段均處于直線上。隧道位于剝蝕丘陵區(qū)，相對(duì)高差180～280m左右，隧道最大埋深204m，大部分基巖裸露，局部地段有殘破積土層分布。

2 工程特點(diǎn)及施工難點(diǎn)

紅土嶺隧道含Ⅲ級(jí)圍巖、Ⅳ級(jí)圍巖、Ⅴ級(jí)圍巖。其開挖方法如下：

隧道Ⅲ級(jí)圍巖一般地質(zhì)段采用全斷面法開挖。

隧道Ⅲ級(jí)圍巖特殊地質(zhì)段、Ⅳ級(jí)圍巖開挖采用臺(tái)階法，開挖時(shí)上下臺(tái)階間隔長度根據(jù)現(xiàn)場施工情況控制，一般情況下上臺(tái)階留置長度為3～10m，初支仰拱緊跟下臺(tái)階快速封閉成環(huán)，仰拱距掌子面極限距離按1倍洞徑（11m）控制。

隧道Ⅲ級(jí)圍巖特殊地質(zhì)段、Ⅳ級(jí)圍巖一般地質(zhì)段開挖采用三臺(tái)階法開挖。開挖時(shí)臺(tái)階間隔長度根據(jù)現(xiàn)場施工情況控制，一般情況下上臺(tái)階留置長度為3～5m，中臺(tái)階長度為10～17m，仰拱初支緊跟下臺(tái)階快速封閉成環(huán)，仰拱距掌子面極限距離按2倍洞徑（22m）控制。

隧道Ⅴ級(jí)圍巖地質(zhì)段采用三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法開挖。采用三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法開挖需滿足的條件：①先期施工地段噴混凝土及地表無裂縫，監(jiān)控量測判定周邊圍巖穩(wěn)定；②超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯示前方地質(zhì)條件相對(duì)較好（Ⅴ級(jí)圍巖），且地下水不發(fā)育；③采用濕噴機(jī)械手快速封閉開挖面。

長期以來，在隧道臺(tái)階法初支施工過程中，由于各種原因，導(dǎo)致臺(tái)階位置拱腳施工易存在初支拱腳噴射混凝土下面與渣土粘結(jié)、鋼拱架安裝不標(biāo)準(zhǔn)等質(zhì)量缺陷。

3 初期支護(hù)技術(shù)參數(shù)

3.1 初支質(zhì)量要求

邊墻基底無虛渣雜物及淤泥；結(jié)構(gòu)平整度：2m靠尺邊墻允許35mm，拱部50mm；噴射混凝土表面應(yīng)平順，無裂縫及掉渣現(xiàn)象。

3.2 初期支護(hù)參數(shù)

（1）初期支護(hù)由格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)片、錨桿與噴射混凝土形成支撐體系，是隧道的主要承載結(jié)構(gòu)，是施工安全的重要保障。初期支護(hù)的格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)片、錨桿及噴射混凝土相關(guān)參數(shù)見表1～2。

（2）格柵鋼架各分節(jié)及相關(guān)連接部件、鋼筋網(wǎng)片、砂漿錨桿、中空組合錨桿的組裝等在鋼筋加工廠加工制作，格柵鋼架要在水泥地面進(jìn)行試拼。

（3）格柵鋼架主要由四根 φ20、φ22主筋和 φ14、φ10、φ8鋼筋制成。隧道各部開挖完成初噴掛網(wǎng)后，分單元及時(shí)安裝格柵鋼架，采用定位系筋、徑向錨桿以及雙側(cè)鎖腳錨管固定，縱向采用φ22鋼筋連接，然后復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度。

（4）支護(hù)必須在隧道開挖后及時(shí)進(jìn)行施作。

表1 雙線隧道初期支護(hù)參數(shù)表

3.3 工藝流程

初期支護(hù)施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→欠挖處理→初噴混凝土→測量格柵鋼架位置→清除拱腳底浮碴→安裝格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)→安裝縱向連接筋→錨桿固定、打鎖腳錨管→噴混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→結(jié)束。

4 施工方法研究與應(yīng)用

4.1 需解決的問題

表2 格柵鋼架參數(shù)表

長期以來，在隧道臺(tái)階法初支施工過程中，由于各種原因，導(dǎo)致臺(tái)階位置拱腳施工存在如下質(zhì)量缺陷：

（1）初支拱腳噴射混凝土下面與渣土粘結(jié)。下臺(tái)階開挖后，拱腳噴射混凝土下面粘結(jié)的渣土清除不干凈，存有虛渣，形成兩次噴射混凝土結(jié)合不緊密，后續(xù)噴射混凝土與前期噴射混凝土間軟弱夾層的質(zhì)量問題。

（2）鋼拱架安裝不標(biāo)準(zhǔn)。第一次安裝的拱架單元不垂直，后續(xù)安裝的拱架單元為保證拱架間距向另一方向傾斜，不僅造成連接板連接不密貼，連接變?nèi)酰夜凹馨惭b成折線，不利于鋼拱架受力。

（3）在噴射拱架部位混凝土?xí)r，未充分考慮鋼筋影響，拱架部位噴射混凝土空洞較多。

為解決以上質(zhì)量缺陷問題，確保施工質(zhì)量，試驗(yàn)效果基本達(dá)到了預(yù)防拱腳虛渣，連接板連接不密貼以及鋼架內(nèi)空洞等問題，現(xiàn)場總結(jié)了“拱腳隔板隔離法”。

4.2 拱腳隔板隔離法工藝

“拱腳隔板隔離法”相關(guān)施工藝一次分別為：施工準(zhǔn)備、隔板加工、鋼架安裝、隔板安裝、初支混凝土噴射施工、隔板拆除。

（1）施工準(zhǔn)備：給技術(shù)人員交底，明確各種參數(shù)及目的。

（2）隔板加工

①根據(jù)不同格柵鋼架型號(hào)，制作不同尺寸的隔板。以H230型格柵鋼架為例，實(shí)物圖見圖1。

②隔板材料采用厚度為10mm以上鋼板，確保其剛度滿足重復(fù)使用要求。隔板長為格柵鋼架設(shè)計(jì)間距，寬為噴錨厚度加50mm（外加寬度保證抽取時(shí)利于敲擊抽取）。另外，為便于抽取，在隔板背側(cè)加焊可以轉(zhuǎn)動(dòng)的拉手（拉手能轉(zhuǎn)動(dòng)，便于方便埋設(shè)隔板用）。

（3）鋼架安裝

鋼架安裝時(shí)，在拱架拱頂中心位置吊垂球，測量兩側(cè)拱腳到中線距離要相等、吊垂球一側(cè)拱架兩支鋼筋與垂線保證在同一面上，確保鋼架垂直度和位置滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）隔板安裝

安裝隔板前，先在格柵鋼架拱腳兩側(cè)連接鋼板上方鋪8～10cm高洞渣作為找平層墊實(shí)隔板（厚度滿足下方連接鋼板螺栓能夠順利穿入），相鄰鋼架隔板兩端底部必須全部墊實(shí)牢固并保證在同一水平面，隔板就位把提環(huán)翻下并防護(hù)。

隔板安裝完成后，其表面用抹布擦干凈，保證無泥土。

（5）初支混凝土噴射施工

開始噴射混凝土?xí)r，從隔離板開始由下向上逐步，噴頭下傾角控制在500～600之間，待拱腳鋼板連接處噴密實(shí)后，再噴射上部混凝土，此時(shí)控制噴頭垂直于巖面，噴頭距巖面距離控制在80～100cm左右。總體上控制噴射順序?yàn)樽韵露希繉涌刂圃?0～50cm左右，最后噴射施工拱架連接處，此時(shí)控制噴頭外傾角在300～450之間。噴射混凝土完成后，立即清除拱腳和隔板50mm寬處回彈料。

（6）隔板拆除

下循環(huán)臺(tái)階開挖后，人工手錘敲擊隔板外露部分，待隔板松動(dòng)后，拉動(dòng)提手，將隔板抽出后再重復(fù)使用。

（7）注意事項(xiàng)

①隔板安裝后，必須將隔板表面覆土擦干凈，否則會(huì)在混凝土表面粘結(jié)虛土渣，影響隔離效果。

②必須嚴(yán)格控制鋼架垂直度和位置，否則鋼架成折線形，連接板張嘴，影響連接板連接接密貼。

③加強(qiáng)對(duì)濕噴手的培訓(xùn)，嚴(yán)格控制噴射施工順序及噴頭角度，否則將影響初支混凝土尤其是拱腳、拱架內(nèi)、與既有混凝土連接等部位的密實(shí)度。

④隔板在鋼架外側(cè)下墊設(shè)高度，應(yīng)能滿足連接板處螺栓的順利擰緊作業(yè)。墊塊最好采用預(yù)制定型塊，徹底隔絕洞渣。

⑤鋼架和掌子面間距離應(yīng)為格柵鋼架間距的1/2。一為隔板通用，二可以避免噴射混凝土與渣土粘結(jié)，形成豎向虛渣縫。

⑥隔板厚度應(yīng)至少保證不低于1cm，以保證隔板剛度滿足重復(fù)利用要求。

⑦隔板加工制作盡量采用等離子切割機(jī)自動(dòng)切割，以保證隔板加工精度。

⑧隔板從工作面抽出后，要及時(shí)清除其表面雜物，以利于下次重復(fù)使用。

5 使用成果

經(jīng)現(xiàn)場檢查，采用此方法施工后，拱腳連接外觀密實(shí)，邊墻基底無虛渣雜物及淤泥，未出現(xiàn)粘結(jié)虛渣現(xiàn)象；臺(tái)階處鋼板連接密貼，不再出現(xiàn)通過在連接鋼板處加焊鋼筋（鋼板）來調(diào)節(jié)垂直度的現(xiàn)象；鋼架內(nèi)未出現(xiàn)空洞，混凝土較為密實(shí)；噴射混凝土表面應(yīng)平順，無裂縫及掉渣現(xiàn)象。

6 結(jié)語

在隧道臺(tái)階法初支施工過程中，由于各種原因，導(dǎo)致臺(tái)階位置拱腳施工易存在初支拱腳噴射混凝土下面與渣土粘結(jié)、鋼拱架安裝不標(biāo)準(zhǔn)等質(zhì)量缺陷，成功總結(jié)了隧道復(fù)合式襯砌初期支護(hù)技術(shù)并得以推廣應(yīng)用，較好的解決了拱腳粘結(jié)虛渣現(xiàn)象、格柵鋼架臺(tái)階處鋼板連接不密貼，鋼架內(nèi)未出現(xiàn)空洞的技術(shù)質(zhì)量難題。可廣泛應(yīng)用于相關(guān)襯砌施工中，也給類似工程提供了技術(shù)依據(jù)。