平天高速軟弱圍巖隧道雙層初期支護施工技術(shù)

朱 永

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

1 工程簡介

華亭隧道位于甘肅省華亭縣西華鎮(zhèn)，穿越方堡子山梁，隧道全長左線1480m，起訖樁號：ZK56+390～ZK57+870；右線全長1564m，起訖樁號：YK56+386～YK57+950。該隧道作為本項目中唯一1座長隧道，是本項目控制工期的重點項目。該隧道為分離式長隧道，最大埋深約93m。左右幅隧道進口段均為上坡，縱坡坡度均為+1.7%。設計行車速度80km/h。隧道限界：凈寬10.25m（單洞），凈高5.0m。地震設防烈度為Ⅷ度。

隧道穿越方堡子山梁，屬構(gòu)造剝蝕低中山地貌，地勢起伏較大，相對高差約85m。地表多覆蓋坡積粉質(zhì)粘土，厚2～8m，下伏基巖為新近系砂質(zhì)基巖；隧道平?jīng)龆硕纯谖挥跊_溝左岸山坡上，地形較平緩，坡度20°～30°；天水端洞口段坡度較緩，自然坡度一般為15°～25°。

本項目地處內(nèi)陸，屬半干旱、半濕潤的大陸性氣候。在全省氣候區(qū)劃中，屬于涇渭和冷溫帶亞潤區(qū)，六盤山—關(guān)山山地屬半濕潤溫冷氣候區(qū)。

本隧道主要工程材料用量見表1。

華亭隧道進出口段都位于Ⅴ級圍巖段中，洞身主要圍巖級別為Ⅴ級圍巖，經(jīng)過多方面比較，選擇采用雙層初期支護的施工方法，取得了良好的效果。

2 施工準備

根據(jù)圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，繪制外層拱架時間收斂曲線，同時根據(jù)內(nèi)層拱架施工間隔合理選擇預留變形量，根據(jù)選定的預留變形量重新修正選用的PS格構(gòu)梁設計參數(shù)及噴射混凝土厚度，根據(jù)實際施工效果驗證設計的合理性，如達不到預定效果，需重復以上過程，直至滿足要求為止[1]，力求在外層初期支護達到設定的預留變形量前，完成內(nèi)層初期支護的施做。最終做到內(nèi)、外層初期支護同時承受圍巖壓力，將圍巖收斂速度控制在合理范圍內(nèi)，為襯砌等后續(xù)的施工爭取時間，二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外層拱采用大型PS格構(gòu)梁，利用PS格構(gòu)梁在較大變形下不發(fā)生破壞的特性，可延長外層拱架達到屈服強度的時間，內(nèi)層采用重型鋼拱架，利用其剛度，控制圍巖收斂的發(fā)展，同時能夠使兩層初支緊密相貼，從而形成雙層初期支護同時受力，以達到以強支護控制初支收斂的目的。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

雙層初期支護施工工藝流程如圖1所示。

3.2 操作要點

（1） 保證拱架制作質(zhì)量。

① PS格構(gòu)梁制作過程中涉及多處焊接施工，必須保證制作過程中焊接長度及焊縫質(zhì)量，且焊條標號須滿足規(guī)范要求[2]；

② PS格構(gòu)梁整榀進行預制校正，并采用油漆進行標記，明確拱架編號及各段拱架安設位置；

③ 鋼拱架制作要求參照PS格構(gòu)梁制作要求進行加工。

（2） 保證上部拱架拱腳處于正確位置，可選擇采取下列方案：

① 在上部拱架拱腳增設鎖腳導管，導管內(nèi)灌注水泥漿；

② 鋼架間采用型鋼代替連接筋可有效控制拱架間距及拱架垂直度。

（3） 雙層初期支護對齊。

內(nèi)外層拱架對齊，內(nèi)層拱架施做后在內(nèi)層拱架與外層拱架間隙處按1m間距加設木楔，增加拱架間的接觸，使內(nèi)層拱架盡早形成支護能力，約束圍巖進一步收斂。

3.3 質(zhì)量控制

為確保初期支護質(zhì)量，應加強施工過程中的質(zhì)量控制，其中應著重加強以下幾點的檢查：

表1 主要工程材料用量表

圖1 雙層初期支護施工工藝流程

（1） 按照公路工程驗收規(guī)范中的相關(guān)要求對拱架進行檢驗。

（2） 對鋼筋焊接質(zhì)量進行抽查，確保焊接質(zhì)量，滿足要求。

（3） 拱架安裝按照公路工程驗收規(guī)范進行質(zhì)量控制，尤其是垂直度的控制。

（4） 內(nèi)層拱架與外層拱架間的施做時間間隔，根據(jù)預留變形量及監(jiān)控量測結(jié)果嚴格進行控制，必須為內(nèi)層拱架預留適當?shù)念A留量。

（5） 對拱架設置的鎖腳導管及錨桿，必須保證質(zhì)量及長度，必要時可根據(jù)實際情況進行加強。

（6） 外層拱架施工時，可設置內(nèi)層拱架定位鋼筋，鋼筋伸出外層拱架噴射混凝土5cm；便于內(nèi)層拱架定位施工，保證內(nèi)外層拱架對齊，進一步加強拱架整體受力能力[3]。內(nèi)外層拱架錯位應控制在3cm以內(nèi)，且不大于較小拱架寬度的1/6。

4 安全保障措施及其應用效果

4.1 安全措施

（1） 加強初支監(jiān)測，必要時采用全站儀對圍巖收斂情況進行不間斷監(jiān)測。外層初支收斂速率大于預期時，應停止斷面掘進，加快內(nèi)層初支施工，使內(nèi)外層初支齊平后，再開始斷面掘進。

（2） 拱架搬運過程中，指揮人員要清理搬運范圍內(nèi)的非施工人員，避免鋼拱架對人體造成傷害。

（3） 拱架吊裝過程中，鋼絲繩要采取雙保險，采用雙根鋼絲繩，防止繩滑落或斷裂。

（4） 拱架對接時，臨時支承必須保證鋼拱架的穩(wěn)定，不對施工人員形成威脅。

（5） 安裝臺車四周必須要有防護欄桿。

（6） 不得將鋼拱置于廢渣或活動的石頭上，軟弱地段在鋼拱架基腳處安設鋼槽，以擴大基腳承受面積。

（7） 當發(fā)現(xiàn)以噴錨區(qū)段的圍巖有較大變形或錨桿失效時，應立即在該區(qū)段增設加強錨桿，其長度應不小于原錨桿長度的1.5倍。

（8） 格柵拱架的架設應由專人按規(guī)定的信號進行指揮，隨時觀察圍巖動態(tài)或初噴射混凝土層的變化情況，防止落石或坍塌引起傷人事故。

（9） 在架設拱架前，應采用墊板等將拱架的基礎面墊平。架設時，應采用縱向連接桿件將相鄰的拱架連接牢固，防止架體傾覆或扭轉(zhuǎn)及變位等引發(fā)安全事故。

（10） 對拱架應經(jīng)常檢查，如發(fā)現(xiàn)扭曲、壓屈等現(xiàn)象或征兆時，必須及時采取加固措施。必要時，應使其他人員迅速撤至安全地帶，防止因坍塌造成安全事故。

4.2 應用效果

為對比雙層拱架的支護效果，加密了圍巖收斂監(jiān)測的頻率，繪制了圍巖收斂曲線。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，采用單層同等強度的初期支護時圍巖收斂的速率是采用雙層初期支護時的2倍，但其整體的收斂趨勢相同，收斂速率沒有明顯的下降趨勢，基本保持不變。在初期支護成環(huán)后，收斂速度急劇下降，日均沉降值在1～3mm間波動，基本穩(wěn)定。

對以上情況進行分析，發(fā)現(xiàn)采用雙層拱架支護在大地應力隧道中只能降低圍巖收斂的速率，但不能抑制圍巖收斂的趨勢，只是為后續(xù)施工爭取了必要的施工時間，同時在初期支護成環(huán)時提供足夠的支撐作用，圍巖收斂的趨勢在初期支護成環(huán)后才會急劇下降。

為此雙層初期支護施工方法在應用時，應以初期成環(huán)所需時間為切入點。在所需時間確定后，反推所需初期支護強度。將初期支護強度分解在雙層初期支護上，以增加單層初期支護拱架間距，達到增大循環(huán)進尺的同時保證成環(huán)后初期支護的強度滿足要求的目的。

5 結(jié)束語

通過采用雙層初期支護施工，經(jīng)濟效果顯著，同時采用單層初期支護段3臺階開挖每斷面月平均進尺在35m，采用雙層初期支護施工后每斷面月平均進尺為65m，此結(jié)果受到業(yè)主的一致好評，成效顯著。

［1］ 司賢超. 共和隧道特殊圍巖段初期支護大變形處理技術(shù)[J]. 隧道建設, 2015,(S1):12-14.

［2］ 黃云驄, 周建春. 某高速公路隧道施工初期支護參數(shù)分析與監(jiān)測[J]. 廣東公路交通, 2014,(04):45-47.

［3］ 孫春森. 隧道軟弱圍巖初期支護大變形的處理[J]. 西部探礦工程, 2016, (11):82-84.