復(fù)合支護在隧道施工中的運用簡談

羅瑞文

摘要：近年來，隨著我國高等級公路及高速鐵路的發(fā)展，隧道的建設(shè)規(guī)模越來越大。隧道工程在施工中風(fēng)險較大，如果發(fā)生事故將會導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，造成重大的損失，所以采取合理的支護方式對隧道工程進行支護，對隧道的安全至關(guān)重要。本文就復(fù)合支護在隧道施工中的運用進行簡單分析。

關(guān)鍵詞：復(fù)合支護；隧道施工；運用

1.工程概況

某隧道是該標(biāo)段建設(shè)的重點性關(guān)鍵控制工程，采用獨頭掘進距離長，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工場地狹窄。隧道開挖時有發(fā)生巖溶、巖爆、瓦斯、突水、突泥、煤層、冒頂?shù)目赡?，施工安全是本隧道施工的重點。由于進口端受地形的限制而且該隧道設(shè)計為大斷面變間距隧道。為了解決該隧道施工過程中的諸多問題，隧道結(jié)構(gòu)按新奧法原理進行設(shè)計，采用復(fù)合襯砌，初期支護以噴射砼、錨桿、鋼筋網(wǎng)為主，局部圍巖較差地段輔以型鋼鋼拱架、格柵鋼拱架加強，充分調(diào)動和發(fā)揮圍巖的自承能力，在監(jiān)控量測信息指導(dǎo)下施作初期支護和二襯混凝土。

2.施工工藝及質(zhì)量控制

隧道施工實行機械化、專業(yè)化作業(yè)，配備鉆孔臺架、挖掘機、液壓震動錘、濕式噴射機、高壓注漿機、混凝土拌和樓、混凝土輸送泵、全斷面液壓鋼模襯砌臺車、通風(fēng)排煙設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備施工。實施開挖、噴錨、二次襯砌等多條機械化作業(yè)線流水作業(yè)，實現(xiàn)主要工序機械化作業(yè)，充分發(fā)揮機械效率。Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用臺階分部開挖法；Ⅲ級圍巖一般地段采用全斷面開挖，巖溶、巖爆地段采取下中導(dǎo)坑超前開挖、后二次全斷面擴開挖，以提前做好巖溶、巖爆超前預(yù)測和應(yīng)力釋放。初期支護緊隨開挖面及時施作，減少圍巖暴露時間，抑制圍巖變形。用錨桿風(fēng)槍鉆錨桿孔，注漿泵注漿，采用先錨后灌法埋設(shè)錨桿，安設(shè)鋼支架。噴射混凝土采用濕噴技術(shù)；混凝土襯砌采用仰拱先行的方法，即仰拱施工緊跟初期支護。二襯采用全斷面整體模板襯砌臺車模筑，混凝土由拌和樓集中生產(chǎn)，混凝土運輸罐車運輸和輸送泵泵送。

2.1 初期支護混凝土噴射質(zhì)量控制

嚴(yán)格按規(guī)定的速凝劑摻量，并添加均勻，嚴(yán)格控制水灰比。在未上混凝土拌和料之前，先開高壓風(fēng)和高壓水，水和高壓風(fēng)成霧狀。噴射分成段，長度不得多于6m，分塊大?。?×2m，嚴(yán)格先墻后拱自下而上噴射。噴嘴對巖面作順時針方向，螺旋轉(zhuǎn)動，“S”形往返移動前進。適當(dāng)調(diào)整風(fēng)壓，不宜過大或過小。水壓應(yīng)稍高于風(fēng)壓。噴射作業(yè)時，噴嘴的方向應(yīng)和受噴面保持垂直，噴嘴與受噴面間距0.6～1.8m左右，噴射壓力保持在2～5kg/cm2左右。噴射作業(yè)應(yīng)分層進行，一次噴射厚度：一般拱部為3～5㎝，邊墻為6～8㎝。

養(yǎng)護：在開始終凝后開始養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于 7天。

噴射混凝土攪拌采用強制式攪拌機，攪拌機一次攪拌量不得大于其額定攪拌量的80%，攪拌時間比普通混凝土延長1～2min；攪拌時，各種材料計量允許誤差為：粗骨料±3%，水泥和外加劑±2%。

噴射混凝土需按以下要求施工：采用PO42.5水泥，粗骨料最大粒徑不得大于15mm，水泥與砂石的重量比為1：3～1：4；砂率不宜小于45%，具體摻量由現(xiàn)場試驗確定。

2.2 鋼筋網(wǎng)施工

鋼筋先制成2m×2m網(wǎng)片，網(wǎng)片事先在洞外加工成型。網(wǎng)片的搭接長度應(yīng)為1～2網(wǎng)格，沿初噴砼面起伏鋪設(shè)，鋼架安裝后，鋼筋網(wǎng)，焊接在鋼架上，保證噴射砼時不晃動

2.3 錨桿施工工藝

拱部采用Φ25中空注漿錨桿，邊墻采用Φ22砂漿錨桿。鉆眼采用自制簡易臺架和氣腿式鑿巖機。錨桿孔深、間距偏差應(yīng)符合設(shè)計施工規(guī)范.孔位允許偏差：±15cm?？咨疃葢?yīng)大于錨桿長度的10cm，孔徑應(yīng)符合設(shè)計要求。插入深度：不得小于設(shè)計長度的95%，且應(yīng)位于孔的中心。同時要求外露10cm，保證同鋼筋網(wǎng)、鋼拱架連結(jié)牢固。

錨桿在坑道開挖出碴后，盡快抓緊安設(shè)錨桿，錨桿安裝采用風(fēng)槍鉆孔，人工安設(shè)，注漿泵注漿埋設(shè)錨桿。砂漿錨桿作業(yè)程序是：先注漿，后放錨桿，具體操作是：先將水注入牛角泵內(nèi)，并倒入少量砂漿，初壓水和稀漿濕潤管路，然后再將已調(diào)好的砂漿倒入泵內(nèi)。將注漿管插至錨桿眼底，將泵蓋壓緊密封，一切就緒后，慢慢打開閥門開始注漿。在氣壓推動下，將砂漿不斷壓入眼底，注漿管跟著緩緩?fù)顺鲅劭?，并始終保持注漿管口埋在砂漿內(nèi)，以免漿中出現(xiàn)空洞，將注漿管全部抽出后，立即把錨桿插入眼孔，然后用木楔堵塞眼口，防止砂漿流失。砂漿應(yīng)隨用隨拌，在初凝前全部用完，使用摻速凝劑砂漿時，一次拌制砂漿數(shù)量不應(yīng)多于3個孔，以免時間過長，使砂漿在泵、管中凝結(jié)。

2.4 二次襯砌工藝

對于Ⅳ、Ⅴ級圍巖，因二襯是作為主要承載結(jié)構(gòu)，故須在初支施作后并具備施工條件時施作二襯，而不必等到圍巖收斂達標(biāo)。對于Ⅲ級圍巖，根據(jù)獲取的量測信息分析后，認定圍巖變形趨于穩(wěn)定狀態(tài)，則進行二襯施工。在噴射混凝土與防水層之間設(shè)φ50mm和φ100mmHDPE單壁打孔波紋管環(huán)縱向盲溝，EVA防水板用自動行走式熱合機進行雙縫焊接，三角縫、丁字縫等薄弱環(huán)節(jié)用熱熔焊槍加強補焊。鋪掛后進行氣密性檢測，發(fā)現(xiàn)漏氣則進行補焊，直至完好。施工縫防水環(huán)向采用背貼式和中埋式止水帶，縱向采用鍍鋅鋼邊止水帶，襯砌鋼筋安裝完成，臺車行走定位后，對兩端施工縫防水設(shè)施進行安裝、整修，并安裝端頭模板。用輸送泵泵送混凝土入模，插入式振搗器和附著式振搗器配合運用，振搗混凝土直至密實。泵送時注意左右對稱，分層灌注，每層厚度不超過1m。收縮臺車液壓系統(tǒng)，脫模，并對臺車模板進行整修、養(yǎng)護。對二襯混凝土進行噴淋養(yǎng)護，使表面處于濕潤狀態(tài)。壓二襯試件，結(jié)合二襯外表，評定二襯質(zhì)量。

注意對風(fēng)機預(yù)埋部位進行鋼筋加強處理，并按設(shè)計圖紙預(yù)埋好鋼板及所有設(shè)計要求之照明、監(jiān)控、消防、配電等預(yù)埋件。

二襯必須對稱同步進行，澆注時，先澆注一側(cè)邊墻，待澆注到1.0m高度后，再換管澆注另一側(cè)邊墻，循環(huán)往復(fù)直至封頂。砼振搗時，注意保護防水層。砼灌注必須連續(xù)進行，一次澆注完成，不得產(chǎn)生施工冷縫，可摻緩凝劑，以延長砼初凝時間，確保砼連續(xù)澆注的實現(xiàn)。拆模后砼應(yīng)連續(xù)養(yǎng)護不少于7天。模板臺車脫模后，必須清理模板，并涂脫模劑。砼質(zhì)量檢查按《施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定進行，其強度應(yīng)滿足設(shè)計要求。

3.復(fù)合支護的選擇

3.1 復(fù)合式襯砌初期支護

對于Ⅳ～Ⅴ級圍巖段由鋼拱架、徑向錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成；對于Ⅰ～Ⅲ級圍巖段則由徑向錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成。

由于主洞開挖斷面大，而工字鋼具有支護作用發(fā)揮快，能夠與噴射混凝土層和圍巖共同形成承載結(jié)構(gòu)的特點。對于巖體自穩(wěn)能力差的軟弱圍巖地段設(shè)置鋼支撐能夠立即控制圍巖的繼續(xù)松弛和變形，對隧道開挖后的洞體穩(wěn)定有重要意義，因此主洞Ⅴ級圍巖段采用工字鋼鋼拱架，Ⅳ級圍巖段采用格柵鋼架。

每榀工字鋼或格柵鋼架之間用Φ22的鋼筋連接，并與徑向錨桿及鋼筋網(wǎng)焊為一體，與圍巖密貼形成承載結(jié)構(gòu)。

3.2 復(fù)合式襯砌二次襯砌

對于Ⅴ、Ⅳ級圍巖地段，二次襯砌是主要承載結(jié)構(gòu)，由于巖體風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育、自穩(wěn)時間較短，二次襯砌按承擔(dān)上部土壓力覆土荷載和地下水靜水壓力計算，對于主洞，二次襯砌都需采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

對于Ⅰ～Ⅲ級深埋圍巖地段，地下水靜水壓力較大，但該段巖體比較穩(wěn)定，巖石的抗壓強度較高，圍巖自身形成的承載拱的承載能力較大。同時由于圍巖的彈性抗力較高，在一定程度上緩解了地下水壓力對襯砌結(jié)構(gòu)的不利影響，根據(jù)計算均采用素混凝土結(jié)構(gòu)。

按照新奧法設(shè)計原理，在隧道施工過程中必須注意初期支護的變形與穩(wěn)定監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)合理確定二次襯砌的施作時間，及時調(diào)整支護強度，盡可能發(fā)揮圍巖和初期支護的承載能力。

襯砌完成后對隧道工程及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，通過對監(jiān)測結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，該隧道工程的變形在允許范圍內(nèi)，說明該復(fù)合襯砌方式在該隧道工程中的應(yīng)用是成功的。

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