隧道工程支護施工技術管理要點分析

楊玉祥

（云南升盟工程咨詢有限公司，云南昆明 650200）

1 工程概況

昭通中心城市昭陽西環高速公路T2 標段起訖樁號K13+880—K29+109.308，主線全長15.229km，沿線主要城鎮屬昭陽區境的舊圃鎮、永豐鎮。主要工程為路基挖方/填方，工程量為2001100m2/2221300m2（含互通），路基圬工防護135000m2；大橋965m/4 座，中橋111m/2 座，天橋433m/6 座，涵、通道62 道；長隧道1361.5m/1 座，短隧道285m/1 座，互通式立體交叉3處。全線鋼筋約1.58 萬t，混凝土約35 萬m3。其中，主要控制點工程為永豐山隧道工程。

2 隧道工程總體施工方案

永豐山隧道工程施工采用新奧法原理，結合所處地質條件和環境狀況，充分考慮結構形式、斷面大小、施工工期等各方面情況，選取最佳方法進行施工。在Ⅳ級圍巖和Ⅴ級圍巖處，分別采用臺階法和臺階分步法施工，明洞采用明挖法施工。一般施工流程如圖1所示，超前支護體系及初期支護體系如表1所示。

表1 超前支護及初期支護體系[1]

3 隧道工程支護施工技術管理要點

3.1 超前支護

3.1.1 超前大管棚

液壓鉆孔臺車在鉆孔較深時，由于鉆桿不夠長，需要接桿，在孔深不斷增加的情況下，則必須有效控制和調整回轉扭矩、推力和沖擊功，其中要注意對推力的有效控制。施鉆時，應在掌子面上頂緊臺車大臂，避免顫動幅度較大導致施鉆精度不高。鉆機開孔時鉆速宜低，鉆進20cm 后轉入正常鉆速。第一節鉆桿鉆入巖層，在距離尾部20～30cm 時不繼續鉆進，人工使用兩把管鉗卡緊鉆桿，保證絲扣不被卡死，鉆機以較低速度進行反轉，并與鉆桿脫離。鉆機沿導軌返回原位，再通過人工方式安裝第二根鉆桿，并在鉆桿前部安裝好聯結套，鉆機將聯結套低速運送到第一根鉆桿尾部，對準方向后聯結成一體。換鉆桿時，必須對鉆桿進行檢查，確保其未出現損壞且未彎曲，中心水孔暢通等，如果經檢查不合格應立即更換，以免影響作業正常進行。開孔采用φ110 鉆頭，鉆孔直徑應比棚管外徑大15～20mm，孔深大于管長0.5m 以上。鉆孔符合一定深度要求之后，再采用相同方法將鉆桿拆卸，將鉆機歸位。

3.1.2 頂管

為保證施工進度，該工程采用的工藝方法是大引導孔和棚管鉆進相結合，且先對比鋼管外徑更大的引導孔進行鉆進，再使用鉆機沖擊與推力（頂進棚管時，鑿巖機不使用回轉壓力，不形成扭矩）將棚管沿引導孔頂進，一節連一節接長棚管到孔底處[2]。

3.1.3 注漿

注漿按照鋼管施鉆從下到上的順序疊加進行，壓力由小變大。注漿時，必須將相關數據記錄好，包括注漿時間、注漿壓力、漿液消耗量及其變化等。注漿結束后，以偶數的數量進行鉆孔，通過鉆進難易程度、壓力變化、是否卡鉆、觀察注漿填充情況等多種方式，檢驗評、定注漿效果，若注漿效果不理想，則偶數孔鋼管打孔補注漿。

3.2 超前小導管

現場加工小鋼管，噴射混凝土封閉巖面，鉆孔設備為風動鑿巖機，通過鉆孔臺車或風動鑿巖機的頂推力將小導管推至孔內，采用測斜儀控制鉆孔角度，使用注漿泵壓注水泥漿[3]。出現串漿情況時，如果有多臺注漿機，則可同時注漿，若注漿機數量不足，則將串漿孔堵住，注漿該管時再拆卸堵塞物，必須將管內雜物及時清除，可使用貼地或細鋼筋進行處理，同時使用高壓風或水沖洗，沖洗完畢后注漿。水泥漿進漿量過大時，壓力很長時間不增加，則必須對漿液濃度和配合比進行調整，減少凝膠時間，采取間歇式或者小泵量低壓力的方式注漿，使漿液在裂隙中存在一定時間的間歇，但時間必須短于混合漿的凝膠時間，便于更好地凝膠。

3.3 初期支護

3.3.1 噴射混凝土

噴射混凝土之前，以規范要求和標準檢驗開挖斷面，該工程選擇的工藝為濕噴法。

（1）素噴混凝土

噴射之前，應仔細檢查隧道斷面，及時清理和處理干凈欠挖部位和全部開裂、破碎、出水點和崩解的破損巖石，將墻角虛碴和浮石清理干凈，再使用高壓水或風對巖面進行沖洗。

噴射混凝土作業以段或塊為單位進行，按照先墻后拱，從下到上的順序作業。噴嘴緩慢運動，呈螺旋式，且螺旋直徑范圍為20～30cm，保證緊密噴射混凝土。此外，應注意觀測水壓、風壓及噴射距離，避免產生較大回彈量[4]。若隧道噴射混凝土厚度達5cm 以上，則選擇兩層作業，如果在第一層混凝土終凝1h 后進行第二次噴射混凝土，則要對第一層混凝土面進行沖洗。初次噴射先找平巖面。若噴射混凝土終凝2h后再噴水養護，必須進行7 天以上的養護。開挖噴射混凝土時，爆破工作應在上一循環噴射混凝土終凝不少于4h 后進行。

（2）有水地段噴射混凝土

如果涌水點較少，先進行導管引排水，再進行混凝土噴射；如果涌水量范圍較大，則將導管設置成樹枝狀進行排水，再進行混凝土噴射；在涌水較為嚴重時，則添加適當數量泄水孔，排水與混凝土噴射可同時進行。增設一定量水泥，調整配合比，按照從遠到近的順序噴射混凝土，逐漸靠近涌水點，并在此設置導管引出水，最后在導管附近噴射混凝土，若巖面滲水量較多，可先噴砂漿，再增加速凝劑摻量，初噴之后，繼續按照原配比施工。若局部產生大量出水，則采用鑿槽、埋管或者樹枝排水盲溝等方式引水，之后再噴射混凝土。

3.3.2 藥卷錨桿

藥卷錨桿采用風動鑿巖機成孔，先注后插工藝安裝錨桿，測斜儀控制錨桿孔道傾角，注漿采用專用注漿泵施工[5]。

（1）鉆孔

采用分層明挖法開挖隧道明洞，挖好一層后，做好邊仰坡防護，鉆孔使用風動鉆巖機施工[6]。清孔、注漿，接著在注漿的同時將注漿管拔出并準備插桿。

（2）插桿

注漿后，要將錨桿放置好，再結合實際情況確定是否補注漿液。錨桿孔注滿漿后，將錨桿鋼筋插入錨桿孔，感受到錨桿與孔底產生強烈撞擊后，再插好錨桿，臨時固定使用孔口、塊石或木楔，并保持居中，防止其敲擊碰撞桿體外露部分。安裝好錨桿之后不得進行敲擊，3 天內不允許將重物懸掛在上面。

（3）安裝墊板

在錨桿孔內的砂漿的設計強度超過80%時，再安裝墊板，完成外部操作。安裝墊板的過程中，要保證墊板垂直于錨桿軸線，若安裝有誤，則無法保持錨桿的錨固性能。若是錨桿孔的軸線與孔口平面之間沒有保持垂直，可通過以下兩種操作方式均勻壓緊墊板與巖面：一是將楔形墊塊安裝于螺帽下；二是在安裝墊板之后，使用混凝土或砂漿進行找平。

3.3.3 組合中空注漿錨桿

（1）測量放樣、鉆機就位

進行錨桿孔開孔前，要開展量測工作，按照設計要求確定孔的位置，并做好標記，并將開孔偏差范圍控制在10cm 以內；根據施工圖紙要求，確定錨桿孔的孔軸方向，對于圖紙中未規定的，采取與開挖面垂直方式處理；局部加固的錨桿的孔軸方向與滑動面保持相反方向和45°以上的交角。

（2）成孔

嚴格控制錨桿方向和位置，鉆完錨孔之后，再使用高壓風對孔進行清洗。清理干凈之后注意控制好錨孔位置、直徑和方向，檢查錨孔是否暢通平直，若未達標則進行二次鉆孔。

（3）錨桿桿體安裝

隧道墻部采用WZD25 組合中空注漿錨桿[7]。錨桿墊板在安裝時要垂直于錨桿，且與初噴混凝土緊密貼合。

（4）注漿

通過錨桿桿體預留通道接孔口，并使用專用高壓注漿泵進行注漿。通過排氣管排出隧道拱部內的氣體；自然排出隧道墻部的氣體，以保證錨桿孔內注漿飽滿。

（5）鋼筋網鋪設

鋼筋加工網格環縱向間距為20×20cm（25×25cm），網片搭接長度應不小于網片間距一格。同時，網片加工規格應根據圍巖類別、每循環進尺而定。鋼筋網全斷面布設，邊墻及拱部設鋼筋網應焊接在系統錨桿外露端。人工鋪設鋼筋網，鋪設時靠近巖面，同時牢固焊接錨桿和鋼架。在鋼架靠近巖面一側焊接鋼筋網，保證結構整體受力。噴射混凝土時，減小噴頭至受噴面距離并控制風壓，以減少鋼筋網振動，降低回彈。鋼筋網噴射混凝土保護層厚度要保持在2cm 以上。此外，鋼筋經試驗達到合格標準且進行除銹處理后，才能將之投入使用，在洞外分片制作，按照搭接長度在10cm 以上的標準進行安裝。

3.3.4 鎖腳錨桿

（1）鉆機就位

在錨桿運輸過程中，要結合洞內場地存放大小、運輸機械、各類作業臺腹下凈空限界，確定運輸重量和距離。鉆機經調試正常運行之后，根據設計錨桿位置固定鉆機，將鉆桿調整到設計方向，與孔位對準。

（2）鉆孔

嚴格檢查鉆進固定裝置和防護裝置，保證其完整無損，采用相應儀器測量鉆桿，保證角度與方向符合設計要求再開鉆。鉆孔過程中應確保鉆機穩定牢靠，并將孔口偏差控制在50mm 內，孔眼長度要比設計的錨桿長度更長，并按照比管徑大20mm 以上的直徑進行鉆孔。在錨桿鉆進過程中，鉆機和作業平臺要穩定牢靠，除鉆機操作人員外還應安排至少一人協助作業。此外，所有作業人員均要做好安全防護，系牢安全帶、佩戴安全帽、戴好防護面罩等。

（3）清孔

將高壓風管端與一根長度在4～5cm 之間，直徑φ20mm 的鋼管進行連接，將鋼管插入錨桿孔內，將閥門打開，再吹凈孔內水和泥漿。

（4）安裝錨桿

采用人工方式插入錨桿，在錨桿一端桿體上固定錨頭，接著將錨頭端插入錨桿孔內。抬運錨桿時，必須保證協調工人間的步調。

（5）安裝墊板及螺栓

保證止漿塞和墊板與初支面緊密貼合，使用扭矩扳手將螺母旋緊[8]。

（6）注漿

同藥卷錨桿。

3.3.5 鋼拱架（格柵）

采用機械設備將鋼拱架（格柵）輸送到安裝現場，安裝工作由人工作業平臺和裝卸機相結合完成，安裝過程中尤其要重視鋼架的垂直度，避免發生左前右后或前傾后倒等情況，同時焊接錨桿和縱向連接鋼筋，使之形成一體。安裝前，按照設計圖分批對加工質量進行檢查驗收，不達標不得使用。將底腳處浮渣清理完畢，根據設計焊連定位筋及縱向連接筋，段之間連接安設墊片，將螺栓擰緊，保證安裝質量。嚴格控制中線及高程。將鞍形混凝土墊塊設置在拱架與巖面之間，保證二者之間緊密貼合，確保初噴質量。即使拱腳高程不夠，也不允許使用塊石、碎進行砌墊，而必須使用鋼板調整，或澆筑強度在C20 以上的混凝土。安裝好拱架之后要保持垂直度，不得出現扭曲變形現象。

4 結語

綜上所述，昭通中心城市昭陽西環高速公路T2 標段永豐山隧道工程，在施工中采用了科學的超前支護體系及初期支護體系，并在施工過程中做好了充分的技術管理，為整個隧道工程的施工質量和施工安全打下了堅實的基礎。