軟弱圍巖隧道長管棚超前支護(hù)施工技術(shù)的 實際應(yīng)用研究

劉金山

（中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南 長沙 410000）

受軟弱圍巖強度的影響，在此地質(zhì)環(huán)境下修建隧道時極容易出現(xiàn)失穩(wěn)坍塌現(xiàn)象，對此需要在施工之前以開挖輪廓線為基準(zhǔn)做好超前支護(hù)工作。在過去的很長一段時間，超前支護(hù)工作所涉及到的技術(shù)方案較多，諸如超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿等均是工程中常見的方法，盡管其具有操作簡單的特性，但所帶來的支護(hù)長度普遍≤5m。這意味著所設(shè)置的錨桿或是小導(dǎo)管只能在施工區(qū)域進(jìn)行一段距離極短的滑動，此時開挖循環(huán)進(jìn)尺受到了嚴(yán)重的制約，就淺埋松散地層而言僅為15～17m，對應(yīng)循環(huán)次數(shù)大幅增加，工序之間的交叉也變得尤為明顯，加之圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較弱，最終帶來的超前支護(hù)效果欠佳的局面，工作面失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生的概率較高。對此，更為適宜的是引入長管棚超前支護(hù)技術(shù)，將其應(yīng)用于某穿山軟巖隧道開挖支護(hù)工作中，進(jìn)一步增強隧道的自穩(wěn)能力，創(chuàng)造出足夠安全的施工環(huán)境。

1 軟弱圍巖概念和變形特征

就隧道工程而言，受開挖施工的影響，周邊巖土體會出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力狀態(tài)變化，而這一部分結(jié)構(gòu)便可稱之為圍巖，依據(jù)圍巖變形量的多少，可以進(jìn)一步得出圍巖穩(wěn)定性水平。結(jié)束隧道開挖施工后，便會對圍巖結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)力造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致二次應(yīng)力分布變形的現(xiàn)象，總結(jié)大量施工檢驗，可以將其細(xì)化為如下3 種類型：（1）掌子面因擠壓而出現(xiàn)變形現(xiàn)象；（2）位于掌子面前方的圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，伴隨著時間的推移將進(jìn)一步產(chǎn)生沉降槽；（3）隧道周邊出現(xiàn)了收斂變形現(xiàn)象。見圖1和圖2。

圖1 為掌子面擠出變形/地表沉降

圖2 拱頂下沉和周邊收斂

不同的開挖階段所對應(yīng)的軟弱圍巖變形特性也存在一定的差異，具體有如下3個階段：（1）彈性變形階段；（2）在前述階段基礎(chǔ)上還出現(xiàn)了塑性變形；（3）塑性變形與蠕變變形向綜合。在所有變形類型中，當(dāng)屬塑性變形所帶來的影響最為明顯，其所帶來的變形速率快，并且可以持續(xù)很長一段時間，受此影響圍巖的擾動范圍持續(xù)擴大。總體來說，塑性變形是引發(fā)軟弱圍巖變形的最主要因素。

2 工程概況

在本文所論述的某高速公路G 標(biāo)段工程中，其位于湖北省境內(nèi)，所需施工的穿山隧道總長達(dá)到了1700m。施工區(qū)域內(nèi)地形條件錯綜復(fù)雜，洞外施工環(huán)境較為惡劣，總體來說隧道開挖難度偏大。

施工區(qū)域內(nèi)主要以石灰?guī)r為主，其受到了長期的風(fēng)化作用，除去洞口6m 外，剩下的部分均為典型的斷層破碎帶，結(jié)構(gòu)完整性欠佳且含有大量的粘土、礫石土以及碎石團；經(jīng)地下勘察后可知，區(qū)域內(nèi)地下水含量豐富，經(jīng)實地勘察后最終鑒定為I-II 類圍巖。由于此類圍巖的結(jié)構(gòu)受力情況極為復(fù)雜，加之其自穩(wěn)能力較差，因此在進(jìn)行隧道開挖施工時有必要展開圍巖加固處理，由此避免開挖塌方等事故。工程初期也嘗試過一些支護(hù)方法，諸如工程中較為常見的插板法、錨桿法以及小導(dǎo)管注漿法等，但所實際結(jié)果表明此類方法帶來的支護(hù)效果遠(yuǎn)低于工程標(biāo)準(zhǔn)。對此，經(jīng)商討后決定采用長管棚超前支護(hù)注漿技術(shù)，當(dāng)遇到極為軟弱的區(qū)域時則還綜合使用了格柵網(wǎng)噴混凝土技術(shù)，確保區(qū)域內(nèi)所有圍巖結(jié)構(gòu)均具有高度的穩(wěn)定性。

3 施工方案設(shè)計

參考當(dāng)前已有的隧道開挖支護(hù)經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上綜合考慮本工程的地質(zhì)特點，引入了長管棚超前支護(hù)注漿技術(shù)，最終決定在危巖區(qū)設(shè)置12 個循環(huán)支護(hù)，其中5個分布于左側(cè)進(jìn)口區(qū)域，余下的設(shè)置在右側(cè)進(jìn)口區(qū)域。首先在洞口區(qū)域開挖出一定的空間，以便鉆進(jìn)設(shè)備順利進(jìn)場，隨后以一定間隔設(shè)置出大厚度鋼管，每完成一個循環(huán)的注漿施工后便向前進(jìn)行掘進(jìn)。需要注意的是，應(yīng)做好洞門、施工平臺的搭建工作，在此基礎(chǔ)上方可進(jìn)行鉆孔施工。在本工程的鉆進(jìn)施工中，鉆進(jìn)每向前施工3m 便需要展開一次測斜工作，若出現(xiàn)的偏差超過了工程許可的范圍，則需要對孔洞進(jìn)行堵塞并采取補孔措施。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)置入孔鋼花鋼以及無孔實鋼管，基于交替的原則進(jìn)行，各管之間的環(huán)向距離控制為35cm，經(jīng)此操作后最終表現(xiàn)出半圓形的結(jié)構(gòu)特性。之后進(jìn)行充分的攪拌，基于注漿泵以及輸送管路的作用可以將制得的漿液運輸至鋼管內(nèi)，在孔口上側(cè)區(qū)域設(shè)置一定數(shù)量的排氣孔，確保管內(nèi)的空氣可以被順利排出至外界，當(dāng)鋼管完全被漿液填充完畢后應(yīng)隨即將排氣孔堵塞好，最終進(jìn)行終壓注漿施工。

4 支護(hù)效果檢測

完成支護(hù)施工后，需要對支護(hù)效果進(jìn)行檢驗，經(jīng)實地檢驗后可總結(jié)出如下兩點內(nèi)容：（1）僅有少部分鋼管出現(xiàn)了較為輕微的質(zhì)量問題，由此引發(fā)出絲扣斷流等現(xiàn)象，余下的大部分均達(dá)到了工程標(biāo)準(zhǔn)，檢測后發(fā)現(xiàn)注漿固結(jié)體強度達(dá)到了12.5MPa，整體來說加固效果良好；（2）對支護(hù)圍巖下沉量以及周邊收斂值進(jìn)行測定，結(jié)果表明伴隨著時間的推移位移現(xiàn)象得到了良好的控制，并逐步趨于穩(wěn)定狀態(tài)，參考《鐵路設(shè)計規(guī)范》可知本工程各項指標(biāo)均達(dá)到了文件所提出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此整體支護(hù)效果較佳，達(dá)到封水的目的。

從支護(hù)機理角度考慮，以鋼管為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在漿液固結(jié)體的作用下可以顯著提升軟弱圍巖的自穩(wěn)性，當(dāng)進(jìn)行鉆孔或是下放鋼管施工時，材料會進(jìn)入軟弱圍巖地段，最后到達(dá)相對穩(wěn)定的原狀土區(qū)域，由此提升了掌子面巖土體的穩(wěn)定性，可以說長管棚支護(hù)發(fā)揮出了骨架的功能。此外，基于注漿的方式可以將漿液經(jīng)由鋼花管孔眼擠壓出來，在指定壓力的作用下可以分布到鋼管周邊以及軟弱地層區(qū)域，由此聚合成具有高強度的固結(jié)體，此時地層的力學(xué)特性得到了明顯的改善，可以良好地規(guī)避土層坍塌等質(zhì)量問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文以湖北某高速公路為背景，對其軟弱圍巖隧道開挖施工展開探討，提出了長管棚超前支護(hù)注漿施工技術(shù)，基于此方式可以良好地避免傳統(tǒng)小導(dǎo)管注漿等方式下的弊端，尤其是在提升圍巖自穩(wěn)力方面有著明顯的優(yōu)勢。總體來說，對于大型軟弱圍巖隧道工程而言，長管棚支護(hù)技術(shù)所帶來的支護(hù)效果良好，可以有效避免巖體變形等質(zhì)量問題，為隧道工程的開展創(chuàng)造足夠穩(wěn)定、安全的施工環(huán)境，因此應(yīng)用價值較高。