在軟弱圍巖隧道工程中超前小導管支護快速進洞技術應用

楊赟

(甘肅新科建工監理咨詢有限公司，甘肅蘭州 730050）

0 引言

在山嶺隧道工程項目施工過程中，長大管棚施工技術可以起到有效避免隧道坍塌以及地層沉降的效果，同時科學地應用該技術還可以顯著提升圍巖的力學性能。針對部分巖體性質非常脆弱的地基、破碎帶進行施工的過程中，應用該技術可以有效確保施工安全。而超前小導管施工技術作為預支護技術的一類，主要針對破碎帶圍巖進行加固。

當前，隨著城市化進程的發展和進步，我國已經開始針對一些基層相對脆弱的區域實施隧道工程項目建設工作。隨著隧道支護施工技術的不斷進步，已經形成了超前長大管棚預支護和超前小導管輔助支護相結合的施工模式。在具體的工程項目建設過程中，會應用如雙側壁導坑法、三臺階七步流水法等施工技術進行施工[1]。

針對一些結構相對穩定的黃土地區以及圍巖條件相對較好的區域，在不影響施工進度和確保施工安全的前提下，可以嘗試應用更為簡單迅速的超前小導管預支護技術來進行施工，同時將該技術和以迅速挖掘、迅速支護技術為核心的微臺階法修建技術進行整合，可以確保迅速安全的進洞。因此，本文結合具體的工程項目施工案例分析超前小導管支護快速進洞技術在軟弱圍巖隧道工程項目中的具體應用情況。

1 工程概況

該隧道工程現全長為392m，其中隧道埋深為80m。坡度閾值范圍處于10～40o之間，該隧道工程項目整體的起伏偏大，高差在30～100m 之間。隧道工程項目的主要地層地質為黃土地質、泥巖地質以及泥砂地質等。其中，黃土地質集中分布在隧道的出口區域，隧道的中部區域為比較軟弱的全風化泥質粉砂巖質泥巖結構，巖體相對破碎。在該隧道工程項目之中，隧道出口區域的進洞設計采用貼壁進洞模式，即在施工的過程中首先要應用長度為30m 的超長管棚提前做好支護工作，然后用三臺階大拱腳施工技術進行挖掘。但是為了進一步提升工程質量，現在嘗試使用長度為5m，管徑為50mm 的小導管開展支護工作，并輔助用以護拱暗挖，三臺階法等施工技術。如圖1所示，為隧道超前支護及施工工法示意圖[2]。

圖1 隧道超前支護及施工工法示意圖

2 主要的施工工序分析

2.1 洞頂截排水溝

在隧道洞口邊坡和仰坡的區域，需要沿線開挖邊緣不足10m 的截水溝，在截水溝經過黃土區域時，其和平臺邊緣的距離至少要超過2m 以上。同時需要在陡坡處設置跌水，要求截水溝和自然排水溝要進行并入，從而有效削弱雨水對隧道洞口區域產生的影響[3]。

2.2 洞口邊仰坡處理及防護

在開展隧道洞口邊坡和仰坡防護工作的過程中，要求施工技術人員根據隧道工程所處的區域地形地質條件以及具體的施工情況，及時做好仰坡區域的表層土處理工作[4]。

當開挖工作開始之后，要在洞口區域及時架設錨固網，在實際的架設過程中，錨桿材料為直徑為22mm的砂漿錨桿材料，其結構性質如下：長度5m，間距為1.5m×1.5m，整體的錨固網呈現梅花形架設形式。在噴射混凝土的過程中，需要應用厚度為20cm，型號為C25 的網噴混凝土，鋼筋網直徑為8mm，間距為20cm×20cm[5]。

2.3 護拱施工技術分析

在該段隧道工程項目施工過程中，結合工程項目施工方案進行分析可知，其中有5m 的上臺階預留核心土，因此需要架設11 榀型號為H230 的格柵鋼架，要求每個鋼架的間距要保持在50cm 左右。同時在每個鋼架和鋼架之間需要應用直徑為22mm 的鋼筋，呈垂直方向連接。在其中的1#、4#以及7#鋼架處，需要設置長度為5m，直徑為50mm 的超前小導管，要求其環向間距為40cm[6]。

在該隧道工程項目施工過程中，總共有4m 的隧道區域，其洞身兩側需要應用掏槽開挖技術，在開挖的過程中，要確保一次性可以將其開挖的基底區域，同時還要在中間位置保留3～6m 左右的核心土。針對兩側的基底進行開挖的過程中，為了確保其穩定性可以用厚度為50cm 的商品混凝土條形基礎進行加固，同時可以用8 榀型號為H230 的格柵鋼架進行加固，格柵鋼架的間距在50cm。鋼架一次從內部到外部安裝；鋼架底座采用36a 型槽鋼縱向連接，保證了鋼架底座的穩定；采用濕噴機械手由內向外噴射混凝土[7]。

2.4 洞身開挖及超前支護

在開展洞身開挖工作的過程中，施工人員嘗試應用上中下臺階平行作業技術進行挖掘，該技術又被稱為三級臺階開挖技術。其中上臺階長度為5m，需要在開挖的過程中做好核心土預留工作，中段的臺階長度為5m，下段的臺階需要進行仰拱開挖操作，確保整體的開挖流程可以形成全斷面封閉成環，形成鎖口圈。在針對上臺階進行開挖的過程中，每次上臺階挖1 個鋼框架的間隔，中臺階和下臺階每次挖1～2 個鋼框架的間距[8]。綜合來看，其整體的開挖流程如下：

第一，要做好上臺階開挖工作，并同步做好核心土預留工作。

第二，在針對中臺階進行開挖的過程中，要確保挖出渣。

第三，需要針對上臺階以及中臺階、下臺階開展仰拱開挖作業。

第四，需要針對上臺階和中臺階噴射混凝土材料，并同步做好下臺階的仰拱立架工作，然后需要針對下臺階仰拱噴射混凝土材料；第五要做好回填工作，并同步做好仰拱填充面的高度標記工作[9]。

在開展超前支護工作的過程中，需要應用長度為5m，直徑大小在50mm 的超前小導管進行支護，其環向孔距為40cm，根據隧道工程項目施工要求，需要將其布設在拱部15o區域處，在進行鉆孔的過程中應用氣腿式鑿巖機設備進行鉆孔作業。作業位置位于上臺階的預留核心土區域，在鉆孔的過程中，其鉆孔角度應該控制在5～10o以內，同時要求嚴格控制鉆孔直徑，要求鉆孔的直徑至少要超過鋼管直徑3mm 以上，用連續頂進的方式將超小導管頂入設計的深度數值以內，然后用高壓風對鋼管內部雜質進行有效清理[10]。在進行注漿的過程中，要求用水泥漿材料進行注漿，其中水灰比例為1∶1，注漿壓力為1MPa。在實際的注漿過程中，要求施工作業人員嚴格按照注漿流程進行注漿，即先從兩側進行注漿，然后再向供頂進行注漿，要求注漿要對稱分布。在結束注漿之前，要確保其穩定性，要求技術人員每間隔3 榀鋼架做好循環超前小導管的布設工作，同時要求兩行小導管的縱向連接長度不少于1.5m[11]。

在該工程項目實際的施工過程中，斷面區域位于隧道中心地表處的沉降數值較高，約為30.1mm，該數值遠遠低于正常數值90mm 的變形總量管理等級，由此可以有效推斷出，應用超小導管超前支護施工技術進行支護，以及在工程項目施工過程中應用臺階開挖施工工藝，在科學的施工理論支撐下，可以最大限度減少對圍巖產生的影響，從而有效控制地層位移。

為了進一步對隧道工程項目的沉降情況進行檢測，技術人員在該工程項目隧道的洞口處、隧道洞內每間隔5m 的位置，在隧道拱頂區域設置沉降監測點，在該工程項目里程DK689+294、DK689+289、DK689+284 的區域。

當上臺階預留核心土被挖掘之后，隧道的初支拱頂沉降數值區間處于5～6mm 之內，由此可以推斷此時的初支結構變形速度非常緩慢。待挖掘到中臺階部分后，隨著隧道開挖跨度以及臨空面數值的不斷增加，初支結構的變形速度呈現飛速上述態勢，指導中臺階開挖工作結束之后，其初始拱頂的沉降數值為12mm，達到了整體變形總量的一半以上，在開挖下臺階的過程中，初支結構的變形速度增幅劇烈，達到頂峰，初支拱頂沉降數值達到20mm，直到初支拱頂全斷面形成閉環之后，沉降逐漸削弱。

由此可以推斷出，隨著初支結構整體的剛度以及強度數值不斷提升，其形變速度也得以有效控制。在后期階段，初支變形量僅僅占據總沉降數值的15%左右，其整體的沉降數值處于23.4mm 左右，遠遠低于90mm 的沉降極限數值。由此可以基本上推測出，應用超小導管超前支護技術以及三級臺階開挖技術，在科學的施工思想引導下，待初支結構形成閉環之后，隧道工程項目整體的結構剛度和強度得以顯著提升。這說明應用該技術進行支護，可以有效確保隧道工程項目圍巖和支護結構的整體穩定性，為實現安全迅速進洞奠定基礎條件。

3 施工進度和整體的施工資源投入情況分析

結合該工程項目的施工案例以及施工方案進行分析可知，應用超前小導管超前支護進洞施工方案，其中的截水溝施工作業時間為2d，需要在工程項目的DK689+297～DK689+302 段開展上臺階開挖工作，在架設鋼架和噴射混凝土的過程中，整體的工程項目施工用時為5d，需要在工程項目DK689+302～DK689+307 段開展邊墻基礎開挖工作，同時架設鋼架和噴射混凝土需要5d 時間。在DK689+294～DK689+297 段上臺階開挖、架立鋼架及噴射混凝土作業的過程中，耗時2d，經過綜合計算，該工程項目整體耗時14d，和原來的支護方案進行對比分析可知，在原來的設計過程中，應用了超長管棚支護技術，需要施工時間15d，對工程施工方案進行改進和優化之后，由于不用架設管棚，以及減少了貼壁進洞的施工方量，可以有效節約工程項目整體的施工成本，共計20 萬元左右，由此可見，該施工技術可以顯著節約施工成本，同時也可以節約施工時間。

4 工程項目整體的應用情況分析

該工程項目建設過程中，總共需要建設隧道工程項目228 座，通過逐個工區的實地查勘，根據洞口地形地質條件，保證施工的安全，便于施工，突出“少擾動”，全線洞口總數200 余個（主要是黃土地段、圍巖條件比較好的地段），將超前長管棚改造成超前小導管。既可縮短施工時間，又可節約工程造價，可降低邊傾坡面的刷方量，使地質條件基本保持“零開挖”。該工程項目的洞口區域在具有良好直立特性的黃土區段圍巖條件較好的情況下，應用超前小導管支護可以有效地確保巷道的安全以及快速、安全的進洞；同時，這種技術可以最大限度地保留洞口的原狀，綜合經濟效益明顯；對于同類地層，可以推廣應用，防止洞口段采用“模塊化”的超前長大管棚施工技術。

5 結語

綜上所述，本文以某工程實例為基礎，對快速進洞技術進行了深入的分析與研究。采用這種方法，不僅能明顯提高隧道初支拱頂的沉降率，而且能節省工程造價。目前，山嶺隧道工程施工中已普遍采用了這一技術。