平陰東隧道超前支護方式及施工工藝研究

張策 王東

摘? 要：隧道超前支護是影響隧道安全快速施工的關鍵因素。本文以平陰東隧道為例，在充分調研工程地質條件基礎上，提出了采用超前大管棚、超前小導管、超前錨桿相結合的聯合超前支護模式，并分析確定了三種支護模式材料參數及施工工藝。本文對于類似工況條件下，隧道超前支護方式的合理選取及其相應參數的確定提供了一定的參考。

關鍵詞：隧道? 超前支護? 施工工藝? 參數設計

中圖分類號：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0020-03

Abstract：The tunnel advanced supports are the key factor of the rapidity and safety in tunnel construction. The Pingyin Eastern Tunnel is taken as an example in this paper. The leading steel pipeline shed， lead small pipe and fore-poling bolt are used according to the engineering geology conditions， meanwhile， the material parameters and construction technologies are investigated. This research provides a reference to choose the advanced support method and parameter design reasonably in the similar engineering geology.

Key Words：Tunnel;? Advanced support;? Construction technology;? Parameters design

超前支護是一種保證隧道工程開挖工作面穩定而采取的超前于開挖的輔助措施，主要包括超前錨桿、管棚、超前小導管注漿、超前深孔帷幕注漿等[1-2]。近年來，隧道工程建設逐年增加[3]，隧道超前支護技術應用日趨廣泛，根據圍巖地質條件、地下水情況、施工方法等確定超前支護方式，已成為影響整個隧道工程安全的關鍵因素。

本文以平陰東隧道為例，在分析其工程地質情況基礎上，提出了超前大管棚、超前小導管、超前錨桿聯合的超前支護模式，并確定了相應施工參數，以期為類似地質條件下超前支護模式及參數選取提供參考。

1? 工程地質概況

平陰東隧道位于濟南市平陰縣濟廣高速以東約350m處，隧道進出口位于山坡下部，起訖里程樁號左幅：ZK5+020-ZK5+380，長360m，右幅：YK4+975-YK5+335，長360m，隧道最大埋深約38m，屬短隧道，洞軸線方位角約36°，隧道左右線間距28～42m，為分離式隧道。該隧道處于三級構造單元魯西斷塊隆起之次一級構造單元泰山斷凸帶的西翼，地層呈單斜構造，屬巖溶裂隙發育區或破碎帶為主，其內富含巖溶水，未發現溶洞。不良地質作用主要為巖溶、崩塌及巖體構造破碎帶，未發現滑坡、采空區等影響場地穩定性的其他不良地質作用，未發現規模較大的全新世活動斷裂，不存在地震震陷、液化土層。

2? 超前支護措施及工藝

在分析地質條件基礎上，提出了采用超前大管棚、超前小導管、超前錨桿的聯合超前支護措施。

2.1 超前大管棚

超前大管棚采用Φ108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，長度為15m，呈環向布置，管棚環向間距為40cm，共41根。距開挖輪廓線3cm，外插角1°。導管前端呈V形尖錐狀，長度15cm。鋼管注漿孔孔徑Φ12mm，孔間距10cm，孔眼交錯布置，尾部3m范圍內不鉆孔作為止漿段。鋼管施工徑向誤差不大于20cm。隧道縱向同一橫斷面內接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。每節鋼管長6m或4m。采用XY-28-300型鉆機鉆孔，UB-3雙液注漿泵進行漿液注漿。

2.2 超前小導管

小導管采用熱軋鋼管，注漿管一端做成10cm長的尖形，另一端焊上Φ6.5鋼筋勁箍。在距離止漿環1m處開始鉆孔，孔徑為10mm，鉆孔間隔10cm，梅花型布置在導管的表面。

V級加強段、IV級加強段每完成一排小導管注漿后，開挖頂部及第一次噴射混凝土，加設鋼拱架，隔3m再打另一排小導管，使小導管保持不小于1.5m的搭接長度。V級加強段、IV級加強段每排小導管共為45根，環向間距為40cm，對稱布置在以隧道中心線為中心的兩側130°范圍拱部，外插角為5～8°。注漿工藝參數及注漿施工如下。

（1）小導管注漿采用水泥單液漿，水灰比為1：1。

（2）注漿壓力0.5～1MPa;注漿由下至上順序施工，漿液先稀后濃、注漿量先大后小。

（3）結束標準：以終壓控制為主，注漿量校核。當注漿壓力為0.7～1MPa，持續15min即可終止。

2.3 超前錨桿

超前錨桿采用Φ25早強砂漿錨桿，適用于IV級一般圍巖。在開挖輪廓線外5～10cm的位置布置超前錨桿孔位，環向間距40cm，向上斜插角8°～15°。錨桿長度4.5m，兩排錨桿搭接長度不小于1m。用YT28鑿巖機鉆孔并用高壓風管插至孔底開風清孔后，將砂漿制成藥卷泡水后塞入超前錨桿眼中直至距孔口30cm，然后將加工好的鋼筋錨桿插入孔中并用氣腿式風槍打至孔底。超前錨桿尾部應盡量與系統錨桿尾部或是鋼拱架焊接，以增強共同支護作用。

3? 洞身開挖

（1）Ⅲ級圍巖開挖。

Ⅲ級圍巖采用上下臺階法施工，光面爆破，挖掘機、裝載機及自卸車出碴。

①上臺階每循環進尺為 3m。開挖出渣完畢，立即初噴4cm厚的砼以封閉新開挖巖面。

②初噴后及時施工系統錨桿及掛設鋼筋網片，復噴砼。

③下部邊墻兩側同時開挖，一次可進尺4m。開挖工藝主要采用鉆爆施工，挖機找頂清渣，裝載機裝車，自卸車外運。

爆破主要流程為：施工放樣→畫出隧道中線和輪廓線→精確 布眼→鉆眼→裝藥→連線→引爆。

（2）IV級圍巖開挖。

Ⅳ級圍巖地段采用上下臺階法留核心土開挖。根據圍巖情況，臺階長度為 10～30m，每次開挖進尺控制不大于2榀拱架左右。主要采用微震爆破掘進作業，嚴禁欠挖，盡量不擾動圍巖。

（3）V 級圍巖 CRD 法開挖，其流程如圖1所示。

4? 結語

本文以平陰東隧道為例，在調研其工程地質背景基礎上，提出了該隧道超前大管棚、超前小導管、超前錨桿相結合的聯合超前支護模式，揭示了各種超前支護方式的施工工藝及參數設定等。本文可為類似地質條件下超前支護方式及其參數設定提供一定的參考。

參考文獻

[1] 張德生，牛艷奇，孟峰.綜采工作面超前支護技術現狀及發展[J].礦山機械，2014，42（8）：1-5.

[2] 張廣興.地下工程特殊施工技術[M].武漢：武漢大學出版社，2017.

[3] 李術才，劉洪亮，李利平，等.隧道危石識別及防控研究現狀與發展趨勢[J].中國公路學報，2018，31（10）：1-18.

[4] 李術才，陳紅賓，張曉，等.粉質黏土隧道超前支護效應試驗研究[J].中南大學學報：版，2019，50（4）：946-956.

[5] 李鵬華.那現隧道超前支護結構穩定性的分析[J].科技創新導報，2019（15）：33-34.

[6] 李憲平，李留璽.隧道管棚超前支護技術及其數值模擬[J].科技創新導報，2015（13）：37-40.

[7] 劉勇.超前小導管在隧道超前支護施工中的應用研究[J].科學技術創新，2020（15）：122-123.