閔帥

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 青島 266555）

1 工程概況

重慶巫溪至陜西鎮(zhèn)平高速公路（重慶境內(nèi)）一分部段，正線起訖里程為K0+000—K11+350。主線路基1 960m，互通路基1 696m，蓋板涵4 座，隧道1.5 座/8136km。其中巫溪隧道屬于重點(diǎn)內(nèi)容，為左、右線分修，設(shè)橫洞、通風(fēng)斜井各1座。

2 隧道洞口支護(hù)的常見方法

2.1 噴射混凝土

巖體存在裂隙時(shí)，制備適量的混凝土，將此部分材料噴射至裂縫內(nèi)，起到咬合、鑲嵌的作用，使原本相對分散的巖塊銜接為完整的整體。在采取噴射混凝土的方法后，巖塊體的黏結(jié)力和摩擦力均有所提升，圍巖的穩(wěn)定性得到保證，同時(shí)給圍巖表面以抗力和剪力，總體來看受力條件得到優(yōu)化，圍巖能夠維持三軸應(yīng)力狀態(tài)。

2.2 錨桿支護(hù)

取適量合適尺寸的錨桿，將其搭設(shè)至巖土體內(nèi)，通過錨桿的應(yīng)用，有效約束巖土體的變形；并且，錨桿的搭設(shè)會對圍巖施加壓力，改善洞室內(nèi)表面圍巖的受力狀態(tài)，該部分能夠穩(wěn)定維持三軸應(yīng)力狀態(tài)；巖體剛度可控，無異常變化的情況。向巖土體中搭設(shè)系統(tǒng)錨桿后，可以構(gòu)成穩(wěn)定可靠的加固圈，構(gòu)成力學(xué)性能良好的巖土體承載拱，以便有效承受外部荷載，加之巖土體的協(xié)同作用，可確保在外部荷載的作用下無坍塌等異?，F(xiàn)象，提升現(xiàn)場的巖土體的穩(wěn)定性[1]。

2.3 掛設(shè)鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)施工通常聯(lián)合應(yīng)用到錨桿裝置。單從錨桿應(yīng)用效果來看，其按照特定的間距打設(shè)到位，錨桿約束作用間的巖土體缺乏足夠的穩(wěn)定性（偏薄弱）。為了增強(qiáng)支護(hù)效果，在打設(shè)錨桿的基礎(chǔ)上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，通過此類材料來連接錨桿，建立三軸應(yīng)力狀態(tài)。此外，錨桿間可以相互連接，在此方式下，有效降低錨桿失效的概率。

在采取鋼筋網(wǎng)支護(hù)時(shí)，需注意如下幾點(diǎn)：①以相對靈活的方式設(shè)置鋼筋網(wǎng)，具體需考慮到圍巖面的起伏情況，將鋼筋網(wǎng)合理鋪設(shè)到位，避免局部間隙過大；②在鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)前，先噴射一層混凝土；③設(shè)置的鋼筋網(wǎng)需要與打設(shè)的錨桿保持穩(wěn)定的連接關(guān)系，以免在后續(xù)噴射混凝土?xí)r由于擾動作用而失穩(wěn)；④正式噴射施工中，一方面保證材料的質(zhì)量，另一方面則要規(guī)范作業(yè)，例如嚴(yán)格控制噴頭與被噴面的距離；⑤注重對各細(xì)部的噴射施工，例如鋼筋網(wǎng)背陰面也要被混凝土有效填充。

2.4 注漿導(dǎo)管超前支護(hù)

超前錨桿、超前注漿導(dǎo)管等均是較為典型的超前支護(hù)方法。對于超前錨桿支護(hù)，其應(yīng)用機(jī)理與錨桿支護(hù)相似，依托于錨桿的抗彎作用穩(wěn)定巖土體，但需注意的是，僅設(shè)置錨桿所取得的加固效果有限。對于注漿導(dǎo)管的加固方法，通過漿液的作用，可以縱向支撐松散的巖土體，聯(lián)合應(yīng)用后部鋼支撐和前方未開挖的巖土體，由兩部分共同支撐中間的巖土體。并且，對導(dǎo)管內(nèi)注漿和砂漿錨桿注漿后，巖土體的裂隙能夠被注入的漿液有效填充，達(dá)到相對飽滿的狀態(tài)，漿液固結(jié)后，構(gòu)成土層加固圈，此結(jié)構(gòu)的剛度較大，在保證巖土體穩(wěn)定性方面有突出的作用。

2.5 管棚超前支護(hù)

巖土體地層的成拱效果較差時(shí)，巖土體側(cè)向壓力較大，易威脅到隧道的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)有縱向坍塌風(fēng)險(xiǎn)，為此可采用管棚超前支護(hù)的方法。在洞口處施作管棚，在開挖的外輪廓線處布設(shè)大直徑的鋼管，發(fā)揮出類似于縱向鋼梁的作用，在該構(gòu)件布置方式下，可削弱巖土體自重產(chǎn)生的側(cè)向壓力，由于不良力的作用得到控制，前方地層的穩(wěn)定性隨之提升。為切實(shí)保證巖土體的穩(wěn)定性，部分情況下也可在鋼管上預(yù)留注漿孔，先根據(jù)要求將管棚設(shè)置到位，再組織注漿作業(yè)。

3 初期支護(hù)方案

從現(xiàn)場圍巖特性、隧道質(zhì)量要求等基礎(chǔ)條件出發(fā)，確定隧道洞口初期支護(hù)的基本方案，即：聯(lián)合應(yīng)用?22mm水泥砂漿錨桿、R25自進(jìn)式中空注漿錨桿，統(tǒng)一按照梅花形布置的方式將各類錨桿設(shè)置至指定位置，視實(shí)際圍巖等級靈活調(diào)整錨桿的布設(shè)間距及長度，此外根據(jù)錨桿的尺寸適配墊板。

3.1 ?22mm水泥砂漿錨桿施工工藝

（1）施工準(zhǔn)備。全面檢查錨桿，保證錨桿類型、質(zhì)量、數(shù)量等方面均滿足要求；根據(jù)錨桿的類型，適配合適型號的鉆機(jī)，進(jìn)場時(shí)檢驗(yàn)其性能，若有故障則及時(shí)處理，保證鉆機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）錨桿鉆孔。鉆孔作業(yè)由人工操作風(fēng)洞鑿巖機(jī)完成。為提高鉆孔施工效率，搭建簡易臺架，于該處施鉆；準(zhǔn)確檢測鉆孔方向并予以控制，以垂直結(jié)構(gòu)面或初噴混凝土表面為宜；鉆孔的孔徑要比錨桿直徑大15mm；依據(jù)設(shè)計(jì)要求控制鉆孔深度，誤差控制在±50mm；鉆進(jìn)期間鉆機(jī)始終保持穩(wěn)定，鉆進(jìn)成孔后，通入高壓風(fēng)，清理鉆孔期間殘留在孔內(nèi)的巖粉等物質(zhì)。

（3）錨桿施工。對錨桿體鉆頭的水孔做詳細(xì)的檢查，判斷是否堆積雜物，若有則予以清理，而后正式安裝錨桿。錨桿安裝到位后，用水和空氣洗孔，其間觀察孔口的實(shí)際情況，待該處返水或返氣時(shí)，即可結(jié)束。

（4）注漿。材料選用純水泥漿或1∶1 水泥砂漿，選取水泥等優(yōu)質(zhì)的原材料，按照0.4～0.5的水灰比制備。漿液拌制后，及時(shí)從桿體孔灌入，盡可能做到隨拌隨用。

3.2 R25自進(jìn)式中空注漿錨桿施工工藝

（1）施工準(zhǔn)備。全面檢查錨桿，保證類型、質(zhì)量和數(shù)量等方面均滿足要求；根據(jù)錨桿的類型，適配合適型號的鉆機(jī)，進(jìn)場時(shí)檢驗(yàn)鉆機(jī)性能，保證鉆機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）錨桿鉆孔。鉆孔施工采用潛孔鉆，套上專用纖尾套，使該部分與錨桿穩(wěn)定連接，在首節(jié)錨桿前端套鉆頭。根據(jù)現(xiàn)場勘查揭示的地質(zhì)條件，合理設(shè)定錨桿長度，可根據(jù)長度要求在現(xiàn)場拼接。待第1節(jié)錨桿鉆進(jìn)到位后，在該構(gòu)件的尾部套上連接套，連接下一節(jié)錨桿，以此類推。

（3）注漿。材料選用純水泥漿或1∶1 水泥砂漿，按照0.4～0.5 的水灰比制備。漿液拌制后，及時(shí)從桿體中孔灌入，盡可能做到隨拌隨用。

錨桿尾端借助快速注漿接頭與錨桿尾端注漿泵緊密連接，而后啟用灰漿攪拌機(jī)，根據(jù)預(yù)先確定的配合比選取原材料，將水泥與其他材料均勻拌和。經(jīng)過拌制后，將漿液輸送至壓漿泵內(nèi)，全程壓漿高壓管始終保持順直的姿態(tài)。壓漿施工期間，考慮壓漿泵的壓力值或漿液的生產(chǎn)能力，據(jù)此動態(tài)調(diào)整壓漿量。壓漿結(jié)束后，隨即將止?jié){塞安裝好，再做錨固處理。錨桿局部外露，將該部分套上拱形墊板，并在墊板外上好球形螺母。

4 隧道洞口加固方案

基底偏軟弱，右洞施工過程中，進(jìn)尺達(dá)到10m后發(fā)現(xiàn)地表有開裂的跡象，觀察此時(shí)的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)有下沉和開裂問題。為此，制訂加固方案，優(yōu)化初期支護(hù)條件，強(qiáng)化隧道施工安全性。

4.1 注漿封閉地表

隧道上方地表有裂縫出現(xiàn)，而施工恰逢雨季，地表水易經(jīng)由裂縫下滲，若未采取有效的控制措施，拱頂上覆土層將由于偏松散而在沖刷作用下受損。為此，采用掛網(wǎng)噴漿方法處理隧道上方地表。加固范圍取隧道縱向15m、橫向20m，地表設(shè)尺寸為20cm×20cm 的?6mm 鋼筋網(wǎng)片，在連接部位以焊接的方法設(shè)置1m 長的?22mm 錨桿，起到加固的作用，而后組織C20 混凝土噴射施工，厚度按10cm控制[2]。

4.2 隧道邊墻地表注漿

初期支護(hù)的拱腳存在向隧道內(nèi)側(cè)變形的發(fā)展趨勢。為有效控制此現(xiàn)象，以地表垂直鉆孔注漿的方法對隧道洞身的兩側(cè)做加固處理。注漿范圍取隧道縱向10m，鉆孔深度根據(jù)地表標(biāo)高而定，為13～18m，孔徑125mm，孔間距90cm×90cm（梅花形布置），設(shè)置壁厚為6mm 的?108mm熱軋無縫鋼管。

為保證鉆孔效果，用全站儀進(jìn)行鉆孔測量放樣，確定準(zhǔn)確的孔位以及地面標(biāo)高，而后在指定位置利用鉆機(jī)鉆進(jìn)施工。鉆孔后，清理孔內(nèi)的雜物，而后盡快將注漿管下入，以免堵塞孔洞。注漿管連接時(shí)，為保證連接的嚴(yán)密性與穩(wěn)定性，采用絲扣連接的方法。水泥漿液注漿施工時(shí)，加強(qiáng)對注漿壓力的觀測與記錄，判斷該項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際情況，予以有效的控制，通常以0.4～1MPa較為合適[3]。

4.3 加強(qiáng)洞內(nèi)支撐

為避免洞內(nèi)初支拱頂持續(xù)下沉的問題，決定用20b型工字鋼對洞內(nèi)縱向10m做加固處理，即借助該類工字鋼穩(wěn)定支撐鋼拱架。相鄰工字鋼以縱向鋼筋焊接的方法穩(wěn)定連接，考慮到工字鋼可能會下沉的情況（與受力較大、受力面積較小有關(guān)），在工字鋼的下支撐點(diǎn)處設(shè)合適尺寸的鋼板，分散作用力。

洞內(nèi)支撐方案見圖1。結(jié)合圖中信息展開分析，在支撐時(shí)，先將殘留在鋼板底部的稀泥、廢渣清理干凈，而后墊上鋼板，架立工字鋼斜撐，架設(shè)到位后采取焊接措施，使斜撐和鋼拱架、下墊鋼板穩(wěn)定結(jié)合于一體。在前述基礎(chǔ)上，完成縱向連接鋼筋的焊接作業(yè)。

圖1 洞內(nèi)支撐方案

4.4 鋼拱架鎖腳小導(dǎo)管加固

在鋼拱架拱腳部位設(shè)鎖腳小導(dǎo)管，采取此措施進(jìn)一步提高鋼拱架的穩(wěn)定性，避免下沉。選材方面，鎖腳小導(dǎo)管選用的是熱軋無縫鋼管，長4.5m、壁厚3.5mm、外徑42mm，除尾部1m 外，其余部分的管壁四周均鉆?8mm 壓漿孔。向小導(dǎo)管內(nèi)插入長度為4.2m 的?22mm錨桿，而后再組織注漿作業(yè)。

4.5 洞內(nèi)注漿

鋼拱架經(jīng)過加固處理后，可維持穩(wěn)定，再從套拱到掌子面縱向10m 區(qū)域設(shè)?42mm 注漿小導(dǎo)管，在小導(dǎo)管尾部焊接?6.5mm加筋箍，除管道尾端1m外，管壁四周均按縱向15mm 的間距設(shè)置?8mm 壓漿孔。為保證注漿效果，先用全站儀測放注漿孔，而后將制作好的注漿小導(dǎo)管設(shè)置到位。對鋼管逐一編號，以跳躍式的方法注漿，即先完成奇數(shù)號鋼管的注漿作業(yè)，而后再轉(zhuǎn)為偶數(shù)號，注漿期間靈活調(diào)整注漿壓力，以0.4～1MPa為宜。

4.6 軟基加固處理

在采取鋼拱架加固、注漿加固等措施后，初期支護(hù)拱頂下沉現(xiàn)象不再繼續(xù)發(fā)生，噴射的混凝土保持穩(wěn)定，未見繼續(xù)開裂的情況。在此前提下，及時(shí)開挖下導(dǎo)坑、施作仰拱，將相關(guān)工作落到實(shí)處后，盡快使隧道斷面封閉成環(huán)。為保證仰拱基礎(chǔ)開挖的安全性，先檢驗(yàn)現(xiàn)場地基的承載力，對于不滿足要求的部分，用C25 混凝土回填。在前述基礎(chǔ)上，將底腳的鋼拱架接上，將洞內(nèi)支撐鋼架拆除，確認(rèn)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作均無誤后，正式開挖下導(dǎo)坑以及施作仰拱。

5 施工效果分析

5.1 堵水效果

原始狀態(tài)下（未采取處理措施時(shí)），隧道內(nèi)存在較為明顯的滲水問題，而在落實(shí)封閉地表、邊墻地表垂直注漿、洞內(nèi)注漿等相關(guān)措施后，洞內(nèi)滲水問題得到有效的解決，僅存在零星滴水問題，但并不會對現(xiàn)場安全狀況造成影響，表明堵水效果較好。

5.2 地表裂縫與沉降的控制效果

對地表做封閉處理后，原本存在于地表的裂縫被有效填充，結(jié)構(gòu)恢復(fù)相對完整的狀態(tài)；地表的穩(wěn)定性也得到保證，即地表沉降趨于穩(wěn)定。

5.3 初期支護(hù)的加固效果

初期支護(hù)拱頂下沉不再繼續(xù)發(fā)生，仰拱施工結(jié)束后做詳細(xì)的檢查，最為明顯的區(qū)域集中在鋼拱架處，下沉量為14cm，但未超過預(yù)留值20cm 限度。另外，初期支護(hù)拱腳向隧道內(nèi)側(cè)的變形現(xiàn)象也得到有效抑制，實(shí)測結(jié)果顯示拱腳最大變形量為16cm，未超過預(yù)留值20cm 限度。已經(jīng)存在的混凝土裂縫無發(fā)展的趨勢，后續(xù)也幾乎不存在新裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)保持相對完整的狀態(tài)。

6 結(jié)語

隧道洞口段圍巖條件特殊，通常存在部分淺埋、松散破碎的巖體，而隧道洞口施工的擾動作用較強(qiáng)，容易破壞圍巖的穩(wěn)定性，改變其初始應(yīng)力狀態(tài)，必須采取有效的初期支護(hù)方法。在巫鎮(zhèn)高速公路隧道工程中，洞口初期支護(hù)效果良好，表明采取的初期支護(hù)方法以及優(yōu)化措施具有可行性，可供同類施工參考。