隧道開(kāi)挖支護(hù)施工現(xiàn)狀分析及研究

王 悅 粟 兵 王清江

(1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520； 2.重慶公用工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，重慶 400000)

隧道開(kāi)挖支護(hù)施工現(xiàn)狀分析及研究

王 悅1粟 兵2王清江1

(1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520； 2.重慶公用工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，重慶 400000)

介紹了隧道工程支護(hù)的類型及作用，主要對(duì)錨桿施工、鋼架及大拱腳架施工、超前小導(dǎo)管施工、噴射混凝土施工的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，探討了各項(xiàng)施工技術(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題與要點(diǎn)，為同類工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

隧道，支護(hù)，現(xiàn)狀，施工

0 引言

隧道工程施工多采取新奧法，初期支護(hù)由錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土組成，其組合形式根據(jù)圍巖地質(zhì)情況選取。圍巖破碎自穩(wěn)性較差時(shí)，采取強(qiáng)度、剛度較大的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，如錨桿、鋼架加噴錨網(wǎng)結(jié)構(gòu)，鋼架可采用鋼筋格柵或工字鋼鋼架。圍巖自穩(wěn)性好時(shí)，可僅采取噴錨網(wǎng)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。初期支護(hù)施作時(shí)間盡量早封閉圍巖，以保持圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，噴射混凝土與圍巖開(kāi)挖面應(yīng)可靠粘結(jié)，初期支護(hù)與圍巖共同組成承重環(huán)體系。因此，初期支護(hù)工程的施作質(zhì)量是新奧法施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 隧道支護(hù)分類及作用

1)錨桿，錨桿的類型主要有：普通砂漿錨桿、中空注漿錨桿、自進(jìn)式錨桿、水泥藥卷錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿端頭設(shè)鋼墊板[2]。

錨桿的作用：a.懸吊作用，局部加固，將破碎巖塊錨固在穩(wěn)定巖層上；b.組合梁及組合拱作用，將層狀巖層聯(lián)結(jié)在一起，形成組合梁、拱受力體系。

由其作用可知：錨桿必須與巖層可靠粘結(jié)，錨桿端頭墊板應(yīng)可靠安裝。

2)鋼架，在圍巖破碎自穩(wěn)性差時(shí)，為確保支護(hù)施作過(guò)程及施工后圍巖穩(wěn)定，初期支護(hù)采取鋼架支護(hù)，鋼架安裝時(shí)應(yīng)確保鋼架與圍巖緊密連接，鋼架與圍巖空隙應(yīng)采用楔形預(yù)制混凝土塊固定牢固。

3)噴射混凝土，其厚度、強(qiáng)度根據(jù)圍巖地質(zhì)情況及隧道開(kāi)挖斷面確定，主要作用是封閉圍巖，減少開(kāi)挖后圍巖風(fēng)化，以維持巖層自穩(wěn)。

4)超前支護(hù)，當(dāng)掌子面圍巖較破碎，隧道開(kāi)挖后圍巖難以自穩(wěn)時(shí)，采取掌子面前方超前支護(hù)措施。超前支護(hù)分為：超前小導(dǎo)管、超前錨桿、超前管棚等。

2 隧道支護(hù)施工現(xiàn)狀分析

2.1 錨桿施工現(xiàn)狀分析

2.1.1 錨桿施工程序

隧道工程常用錨桿形式有全粘結(jié)砂漿錨桿及中空注漿錨桿，其施工程序?yàn)椋?/p>

1)砂漿錨桿：施工準(zhǔn)備→標(biāo)注孔位→鉆孔、清孔→壓注砂漿→插入、固定錨桿體→安裝墊板、螺栓。

2)組合式中空注漿錨桿：施工準(zhǔn)備→標(biāo)注孔位→鉆孔、清孔→組裝錨桿→安裝錨桿→注漿→桿體孔口回漿→安裝墊板、螺栓。

3)砂漿錨桿采用Φ22螺紋鋼筋加工制作，尾部車(chē)絲6 cm，錨桿桿體調(diào)直、無(wú)缺損、無(wú)銹、無(wú)雜物。組合式中空注漿錨桿在專業(yè)廠家加工，由中空錨桿桿體和墊板、螺母、排氣管等附件組成，中空錨桿結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

4)錨桿墊板[3]，墊板規(guī)格：150 mm×150 mm×6 mm，墊板是保證噴射混凝土與錨桿形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件。設(shè)置墊板后可明顯提高錨桿和噴射混凝土的綜合支護(hù)效果，錨桿墊板在噴混凝土施工后安裝，錨桿外露長(zhǎng)度視初期支護(hù)厚度確定，并留有安裝墊板的絲扣，一般Ⅲ級(jí)圍巖外露長(zhǎng)14 cm，Ⅳ級(jí)圍巖外露27 cm，Ⅴ級(jí)圍巖外露30 cm，以保證安裝墊板質(zhì)量。墊板安裝擰緊螺絲，外露的錨桿切除后，采用1∶2.5水泥砂漿覆蓋封頭，將墊板與螺帽封堵，并做到基面平順，以利鋪設(shè)防水板。錨桿端頭處理見(jiàn)圖2。

2.1.2 錨桿施工現(xiàn)狀分析

錨桿設(shè)置位置應(yīng)根據(jù)圍巖級(jí)別、巖層產(chǎn)狀、風(fēng)化程度等地質(zhì)情況合理布置，由于隧道工程不同施工段、同一開(kāi)挖掌子面不同部位地質(zhì)情況差異很大，故理論上錨桿布置間距、方向及長(zhǎng)度應(yīng)與巖層面垂直，并錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)，以充分發(fā)揮錨桿的懸吊作用。同時(shí)，為充分發(fā)揮錨桿的組合梁、拱作用，錨桿墊板應(yīng)與巖面密貼，螺帽應(yīng)擰緊。但實(shí)際施工中，由于設(shè)計(jì)與施工單位多是兩個(gè)單位，設(shè)計(jì)只管在室內(nèi)根據(jù)預(yù)測(cè)地質(zhì)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工過(guò)程中又不可能派技術(shù)人員跟班作業(yè)，故設(shè)計(jì)支護(hù)方案只能是死的，不能根據(jù)需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，監(jiān)理單位及業(yè)主方只認(rèn)設(shè)計(jì)圖明確的方案，施工單位也只能按圖施工，這就造成了初期支護(hù)錨桿不可能根據(jù)地質(zhì)需要適當(dāng)調(diào)整間距和長(zhǎng)度，開(kāi)挖面有的部位錨桿過(guò)剩，有的部位錨桿數(shù)量不足，一方面造成了資源浪費(fèi)，增加了建設(shè)成本，另一方面錨桿施作不夠，帶來(lái)了施工風(fēng)險(xiǎn)，給運(yùn)營(yíng)埋下了隱患。錨墊板施作上，因技術(shù)人員對(duì)錨墊板作用認(rèn)識(shí)不足，操作過(guò)程中控制不嚴(yán)，形成了錨墊板與巖面不密貼，甚至不安裝錨墊板等問(wèn)題，現(xiàn)階段錨墊板施工質(zhì)量堪憂。

2.2 鋼架及大拱腳鋼架施工現(xiàn)狀分析

2.2.1 鋼架施工

鋼架在加工廠下料分節(jié)焊接制作，保證每節(jié)的弧度與尺寸符合設(shè)計(jì)要求，每節(jié)兩端均焊連接板，節(jié)點(diǎn)間通過(guò)連接板用螺栓連接。鋼架安裝應(yīng)嚴(yán)格控制其內(nèi)輪廓尺寸，且預(yù)留沉降量，防止侵入襯砌凈空，鋼架與圍巖間的間隙必須用噴射混凝土充填密實(shí)，保證支護(hù)與圍巖密貼，控制圍巖變形，兩排鋼架間用縱向連接鋼筋連接，連接鋼筋環(huán)向間距1 m，以形成整體受力結(jié)構(gòu)。

2.2.2 大拱腳鋼架設(shè)計(jì)施工現(xiàn)狀分析

圍巖破碎自穩(wěn)性差采取正臺(tái)階施工時(shí)，為確保開(kāi)挖下臺(tái)階時(shí)上臺(tái)階結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在上臺(tái)階拱腳處設(shè)置大拱腳，大拱腳高1 m，寬0.5 m。大拱腳結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖3。大拱腳鋼架施工是在上臺(tái)階開(kāi)挖后，采用風(fēng)鎬人工修鑿擴(kuò)大拱腳，支立加工好的拱架后，噴射初期支護(hù)混凝土。

大拱腳施工現(xiàn)狀，任何一種支護(hù)措施都有其適用范圍，大拱腳鋼架支護(hù)形式主要適用于黃土等自穩(wěn)性較好地質(zhì)，正臺(tái)階法開(kāi)挖施工。對(duì)薄層頁(yè)巖等地質(zhì)該法適用性較差，因上臺(tái)階開(kāi)挖后修鑿擴(kuò)大拱腳需要一定時(shí)間，圍巖開(kāi)挖后不能及時(shí)支護(hù)，有可能造成圍巖失穩(wěn)坍塌。但隧道設(shè)計(jì)中，為加強(qiáng)軟弱圍巖支護(hù)措施，往往直接套用該措施，既不便于施工，又浪費(fèi)材料，同時(shí)帶來(lái)了更大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，故該法應(yīng)謹(jǐn)慎采用。

2.3 超前小導(dǎo)管施工現(xiàn)狀分析

2.3.1 超前小導(dǎo)管施工

超前小導(dǎo)管采用φ42×3.5 mm的無(wú)縫鋼管加工，長(zhǎng)度3 m～5 m；前端加工成尖錐狀，在管前端2.5 m范圍內(nèi)按間距10 cm～20 cm梅花形布置注漿孔，孔徑為6 mm～8 mm，小導(dǎo)管構(gòu)造如圖4所示。

小導(dǎo)管在隧道拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置，環(huán)向間距40 cm～50 cm，縱向間距為200 cm,外傾角為10°～12°。超前小導(dǎo)管的施工程序?yàn)椋翰伎住@孔→小導(dǎo)管安裝→注漿。小導(dǎo)管注漿采用注漿機(jī)，注漿前，孔口應(yīng)安裝止?jié){塞，漿液采用水泥漿，注漿壓力1.0 MPa。

2.3.2 超前小導(dǎo)管施工現(xiàn)狀分析

超前小導(dǎo)管采用無(wú)縫鋼管加工而成，安裝后必須嚴(yán)格注漿施工工序，使水泥漿液填充部分圍巖孔隙，隧道開(kāi)挖后開(kāi)挖面形成穩(wěn)定圍巖層。但實(shí)際施工中，注漿工序常常被忽略，小導(dǎo)管安裝前導(dǎo)管內(nèi)填充砂漿形成鋼管混凝土，或是直接安裝小導(dǎo)管即結(jié)束該工序，不進(jìn)行注漿施工。造成小導(dǎo)管起不到預(yù)想作用，開(kāi)挖后出現(xiàn)圍巖掉塊，甚至坍塌等問(wèn)題。

2.4 噴射混凝土施工現(xiàn)狀分析

2.4.1 噴射混凝土施工

噴射混凝土在隧道開(kāi)挖后及時(shí)施作，盡早封閉圍巖，噴射混凝土施工采用混凝土噴射機(jī)分段分層施作，噴射混凝土完成后及時(shí)養(yǎng)護(hù)[4]。

2.4.2 噴射混凝土施工現(xiàn)狀分析

噴射混凝土應(yīng)與圍巖面可靠粘結(jié)，但實(shí)際施工中，由于隧道開(kāi)挖施工存在超欠挖，使開(kāi)挖輪廓不是完全平順的輪廓面，增加了噴射混凝土施工難度，同時(shí)，加大了噴射混凝土工作量。于是，有的隧道工程施工中，在噴射混凝土前將開(kāi)挖輪廓面較大的凹坑采用石棉板、木板等材料封蓋后再施作噴射混凝土層，這樣，既節(jié)約噴射混凝土材料，又減少了噴射作業(yè)工作量。但此作法使初期支護(hù)與巖層之間出現(xiàn)了一個(gè)人為空腔，給隧道工程施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程帶來(lái)了具大的安全隱患。

3 結(jié)語(yǔ)

初期支護(hù)是隧道工程承重體系的重要組成部分[5]，錨桿、鋼架及噴射混凝土是隱蔽工程，如施工過(guò)程控制不嚴(yán)，質(zhì)量不合格，勢(shì)必給隧道施工期間或使用階段帶來(lái)安全隱患，甚至因此釀成安全事故。本文所指出的初期支護(hù)問(wèn)題，隨著工程界技術(shù)人員對(duì)初期支護(hù)作用認(rèn)識(shí)程度的提高，施工技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，無(wú)損檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題必將得以徹底杜絕。

[1] TB 10203-2002，鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[2] TB 10108-2002，鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范[S].

[3] TZ 231-2007，鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業(yè)指南[S].

[4] 鐵建設(shè)[2005]157號(hào)，鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

[5] 鐵路隧道工程施工手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001：342-400.

Analysis and research on current tunnel excavation supporting method

WANG Yue1SU Bing2WANG Qing-jiang1

(1.Chongqing Technology and Business Institute， Chongqing 401520， China;2.Chongqing Public Engineering Construction Supervision Co., Ltd, Chongqing 400000, China)

The paper introduces tunnel engineering support categories and functions, mainly analyzes anchor construction, steel frame and large arc scaffold construction, advanced small conduit construction, and spraying concrete construction status, and finally explores their construction technology problems and points, which has accumulated experience for similar engineering construction.

tunnel, support, status, construction

1009-6825(2014)31-0183-02

2014-08-23

王 悅(1973- )，女，高級(jí)工程師； 粟 兵(1973- )，男，工程師； 王清江(1973- )，男，教授級(jí)高級(jí)工程師

U455

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