高原地區隧道工程支護施工要點淺析

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1 工程簡介

南上莊隧道位于山西省陽泉市平定縣南上莊村，隧道設計為雙向四車道，時速80km/h，其中隧道起訖里程為K15+942-K16+220，全長278m，為2×10.25m 雙連拱隧道。南上莊隧道整體屬于巖質隧道，本隧道洞體襯砌類型由SL5a-SL4b級構成。SL5a 襯砌類型長度64m；SL4a 襯砌類型長度52m；SL4b 襯砌類型長度144m，進口明洞6 米，出口明洞12m。

2 高原地區隧道工程支護施工技術

2.1 φ42 超前小導管超前支護

圖1 小導管注漿施工工藝流程圖

（1）制作鋼花管。小導管可以采用熱軋無縫鋼管，外直徑為42 毫米，管壁厚為4 毫米，將前端做成尖錐形，管壁上每隔10 厘米到20 厘米進行梅花壓孔。壓漿孔呈90 布置，眼孔直徑為8 毫米，尾部長度控制在30 厘米以內，將其作為不鉆孔的止將段。

（2）小導管安裝。①隧道邊墻位置施工時應對坑道穩定進行判斷，根據情況設置導管注漿。如確需增加，應提請監理予以確認，以便后期計量工作。②測量放樣，小導管SL5a 環向間距按35cm布置，SL4a 環向間距按40cm 布置，傾角15°外傾角打入圍巖在設計孔位上做好標記，采用鑿巖機或是沒點鉆進行鉆孔，孔徑比設計導管管徑大20 毫米。先采用風鉆進行開孔并使用吹管將其中的砂石吹出。③成孔施工后可以將導管插入到設計位置，用帶沖擊的風鉆將小導管頂入孔中，或直接用錘擊插入鋼管或用鑿巖機直接將小導管從型鋼鋼架上部、中部打入，尾部與鋼拱架焊接牢固，與鋼架共同組成預支護體系。

（3）注漿。在進行施工時可以將施工技術、施工設備作為依據對一次性注漿深度及導管長度進行優化，應用水泥漿進行注漿，將1:1 的水泥漿液注入到注漿泵中。注漿前應先在掌子面噴射5 厘米至10 厘米厚的混凝土，最終形成漿盤。注漿作業前應先對管內進行清理，然后采用從上之下的順序進行施工。單孔注漿壓力應滿足設計要求。在進行注漿施工前應先將注漿記錄填寫清楚并進行實時分析與改進，重點對施工支護作業面的狀態進行觀察，將注漿試驗結果與現場情況作為依據對注漿參數進行調整。

2.2 初期支護

該工程在進行初期支護時采用了Ф22 藥卷錨桿、Ф8 鋼筋網、型鋼鋼架、C25 噴射砼等。在完成開挖作業后緊跟著進行支護作業，降低圍巖暴露在外的時間，防治變形現象，同時可以避免短期內出現松弛剝落現象。在進行鋼架、鋼網及錨桿施工時可以采用洞外加工方式，安裝鋼架時采用人工方式，完成鋼筋網掛設，風動鑿巖機為錨桿并使用濕噴方式完成混凝土濕噴作業。襯砌分別為SL5a類型、SL4a 類型、SL4b 類型，按照梅花型對錨桿進行布置，以Ф22 藥卷錨桿為主。在進行錨桿鉆孔時可以采用臺階搭設方式搭設簡單的臺架施鉆，布置孔洞時應符合設計間距要求；保證鉆孔方向與結構面、混凝土表面的垂直度；假如錨桿因開挖尺寸受到限制無法一次性完成打入施工，可以采用分次打入方式，并保證打入總長度滿足設計要求。錨桿孔大于桿徑15 毫米，將深度偏差控制在50 毫米以內；成孔后可以采用高壓風進行清孔。

（1）藥卷錨桿充分利用了早期凝結速度快、承載力大的水泥砂漿所制成的錨固劑，將錨桿設置到指定錨固位置的支護方式。錨固劑在使用時應注意以下方面：保證初凝時間在3 分鐘以上，終凝時間控制在10 分鐘以內；具有較強的抗壓強度，通常30 分鐘到60 分鐘的抗壓度大于0.2MPa 以上；硬化后體積會不斷縮小且具有膨脹性；藥卷包在浸水前應在上面扎3 到5 個小孔，浸水1 分鐘到1.5 分鐘小孔不冒泡后可以將其拿出，此時可以將浸透水的藥卷放入到孔眼中。藥包裝入時可以采用木棍或類似物體將其送入到眼底。藥卷包裝后使用風動攪拌機帶動錨桿旋轉，一邊旋轉一邊推進，在這個過程中通過攪拌形成水泥包，確保水泥漿具有良好的和易性，水泥卷攪拌時間控制在30 秒至60 秒。

（2）φ8 鋼筋網。在進行鋼筋網加工制作為φ8 鋼筋，可以采用冷拉方式進行調直，避免鋼筋表面出現裂縫、有誤、銹蝕等現象；使用前一定先進行除銹；在進行鋼筋網加工時可以采用洞外集中加工方式，在加工平臺上根據網格大小畫線，并于線交叉處焊接，將鋼筋擺放好后進行點焊，將網格誤差控制在10 毫米以內。

①鋼筋網存放、運輸。做好鋼筋網片運輸工作，避免變形現象；鋼筋網片成品加工應在遠離場地外進行加工與存儲。保證存放環境，避免變形、銹蝕等現象。

②鋼筋網掛設。鋼筋網人工掛設，應在初噴一層混凝土后再進行鋼筋網的鋪設，鋼筋網應和錨桿焊接牢固，鋼筋搭接長度控制在30d，并不得小于一個網格長邊尺寸。使用雙層鋼筋網，混凝土覆蓋第一層鋼筋網后在鋪設第二層鋼筋網。沙土層地段可以先鋪設鋼筋網然后在進行混凝土噴射。鋼筋網會隨著噴射出現起伏現象，與受噴面間隙宜控制在20mm-30mm。

（3）型鋼鋼架。

①型鋼鋼架加工。型鋼鋼架按照設計分部開挖情況分節進行加工制作，型鋼鋼架宜采用冷彎法制作成型，工作臺為δ=20mm 的鋼板制成，其上根據不同斷面的型鋼放樣成型鋼彎曲模型。接頭鋼板高強螺栓孔應采用機械鉆孔，孔口采用砂輪機清除毛刺和鋼渣，嚴禁采用氣割沖孔，鋼架的焊接在硬化后的鋼筋場地上進行，根據鋼架各單元的設計尺寸按照1：1 放出大樣，并且于地面上打設固定鋼筋以控制變形。

②鋼架架設工藝要求。a.正式安裝前應先做好底腳清理工作，并對拱腳標高不足鋼板進行調整。b.在開挖面外完成鋼架拼裝，使用高強度螺栓完成鋼架連接并保證其緊密性，若有間隙可以使用混凝土墊塊楔緊。c.在鋼架外部每隔2 米位置應用鋼楔或混凝土鋼楔進行楔緊。d.保證鋼架底部穩定的基礎上確保鋼架與圍巖可以緊密貼合并采用焊接方式固定錨桿，鋼架連接時采用縱向連接方式。e.下半部分開挖后應及時接長鋼架并做好密封工作。f.保證鋼架與混凝土是一體的，使用混凝土填充鋼架與圍巖間的空隙；保證混凝土可以完全覆蓋鋼架，將厚度控制在20 毫米。g.每榀型鋼分四段加工，型鋼加工時每段長度可視具體情況作具體情況適當調整。i.兩榀鋼拱架之間的連接筋N2，初一般情況下按圖布設外，可視拱架具體穩定情況加設交叉連接筋。j.中隔墻施工時應在其相應位置預埋C 部大樣圖中的下部鋼板和Ф12 鋼筋，以及與鋼板連接的高強螺栓，并且中隔墻的該位置應當留有空間以便安裝。k.混凝土初噴后安裝鋼架，測量人員在架設前確定鋼架位置。使用紅油漆做好編號，節段與節段之間應按設計要求連接。保證鋼板連接平面與鋼架軸線是垂直的。m.與中隔墻施工時預留鋼板連接，連接錨栓連接。完成主洞型鋼拱架的體系轉換。

（4）噴射混凝土。隧道初期支護噴射混凝土設計厚度：SL5a 型襯砌結構26cm，SL4a 型襯砌結構22cm，SL4b 型襯砌結構22cm，設計強度等級為C25。由于拌合站距離隧道施工區域3km，因此拌合站確保足夠的罐車數量專供隧道噴射混凝土使用，控制速凝劑的摻量并嚴格控制速凝混凝土的出場時間，隧道施工現場配備試驗人員隨時檢測混凝土質量并及時與拌合站技術人員溝通，確保噴射混凝土供應及質量，應用濕噴方式完成隧道初期支護噴射。噴射所使用的混凝土通常在攪拌站拌和好后再運送到施工地點，然后使用濕噴機完成噴射施工。隧道開挖施工結束后將4 厘米厚的混凝土噴射到巖面，然后進行錨桿架設、鋼架設置及鋼筋網掛設，然后對初噴巖面進行清理并保證噴射厚度滿足要求。

3 結語

綜上所述，在隧道初期運用支護技術，加強對支護技術的運用以及質量控制，可對隧道的整體施工工作奠定下良好的基礎和有利條件。

圖2 噴射混凝土施工工藝框圖