楊 麗

（山西省公路局，山西 太原 030002）

0 引言

隧道施工現(xiàn)場的軟巖缺乏自穩(wěn)能力，加之隧道施工的擾動(dòng)作用，可能存在變形破壞甚至塌方等隱患，若缺乏行之有效的控制措施，還易誘發(fā)大范圍的安全事故。為在安全的環(huán)境中高效完成隧道的建設(shè)工作，可從軟巖特性出發(fā)，采用合理的初期支護(hù)措施，提升圍巖的穩(wěn)定性。本文就軟巖隧道初期支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 隧道工程簡介

某標(biāo)段重點(diǎn)工程為黃巖隧道，隧道左線里程為ZK17+083～ZK20+375，全長3292m；右線里程為K17+085～K20+350，全長3265m，其中Ⅲ級(jí)圍巖580m，Ⅳ級(jí)圍巖3550m，Ⅴ級(jí)圍巖2427m，Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖占隧道全長的91.2%。黃巖隧道為標(biāo)段內(nèi)最長隧道，也是本標(biāo)段項(xiàng)目的控制性工程，該隧道主要施工內(nèi)容包括主線隧道、人行橫通道、車行橫通道、洞內(nèi)路面、配套附屬設(shè)施等。隧道進(jìn)出口的便道較長，地勢(shì)陡峭，不易修筑，場站建設(shè)難度較大。

1.2 工程地質(zhì)條件

隧道圍巖主要以奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r以及奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組（O2x）泥灰?guī)r、含白云質(zhì)石膏巖和灰?guī)r為主。圍巖中的含白云質(zhì)石膏巖強(qiáng)度較低，取樣試驗(yàn)軟化系數(shù)為0.78，飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果12～20MPa，為軟巖或較軟巖，穩(wěn)定性較差。隧道圍巖巖性變化大，圍巖整體破碎。隧道內(nèi)水文地質(zhì)較為簡單，主要水文控制因素為地形起伏、風(fēng)化殼厚度以及隧道埋深等。

2 軟巖隧道初期支護(hù)設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)方案

2.1 初期支護(hù)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)隧道圍巖的具體情況，初期支護(hù)主要采用打設(shè)錨桿和噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)的方式。局部圍巖性質(zhì)明顯較弱時(shí)，采用打設(shè)錨桿加鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)的方式，設(shè)計(jì)完善的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，強(qiáng)化支護(hù)效果。噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，可承受源自于圍巖的變形壓力，提高圍巖的自承能力，維持圍巖的穩(wěn)定性。但噴錨支護(hù)存在特定的適用范圍，需根據(jù)現(xiàn)場施工條件適時(shí)優(yōu)化支護(hù)方案，例如噴錨支護(hù)在軟弱破碎嚴(yán)重的Ⅴ級(jí)圍巖中缺乏可行性，為確保開挖后早期支護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，可采用鋼筋格柵加噴錨支護(hù)的綜合支護(hù)方案，其中鋼筋格柵可抵抗巖石塌落，維持圍巖的穩(wěn)定性，并承受沖擊荷載，避免圍巖過度變形。

2.2 初期支護(hù)設(shè)計(jì)方案

在本標(biāo)段隧道施工中，采用“中空注漿錨桿+藥卷錨桿+砂漿錨桿+鋼筋網(wǎng)片+型鋼鋼架+噴射混凝土”的初期支護(hù)方案。根據(jù)開挖進(jìn)度及時(shí)施作初期支護(hù)，盡快封閉圍巖，以防圍巖長時(shí)間在環(huán)境中暴露而松弛剝落。于洞外構(gòu)件加工廠提前加工初期支護(hù)所需的鋼架、鋼筋網(wǎng)、錨桿，鋼架構(gòu)件進(jìn)場后由人工安裝成型并掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，于現(xiàn)場適配風(fēng)洞鑿巖機(jī)，用于打設(shè)錨桿，待各類基礎(chǔ)構(gòu)件均設(shè)置到位后，用濕噴機(jī)噴射混凝土。

3 軟巖隧道初期支護(hù)施工技術(shù)分析

3.1 初期支護(hù)施工流程

初期支護(hù)施工流程如圖1所示。

圖1 初期支護(hù)噴錨工藝流程圖

3.2 初期支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 錨桿施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）藥卷錨桿施工技術(shù)要點(diǎn)。

本標(biāo)段隧道SFH5a和SFH5b段，錨桿均采用Ф25藥卷錨桿，具體布置形式根據(jù)圍巖不同縱向和環(huán)向間距均不同，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行施作。

藥卷錨桿嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，于圍巖上確定錨桿孔位，設(shè)置清晰的標(biāo)記；根據(jù)孔位測放結(jié)果安排鉆機(jī)就位，調(diào)整好鉆機(jī)的作業(yè)姿態(tài)，使鉆機(jī)按照特定的鉆孔角度進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。圍巖較完整時(shí)，沿著與開挖輪廓線垂直的方向鉆孔；圍巖完整性欠佳、節(jié)理較發(fā)育時(shí)，沿著垂直于巖面的方向鉆孔，同時(shí)還需做到與巖層面保持垂直。在保證錨桿間距無誤的前提下，視現(xiàn)場鉆孔情況調(diào)整錨桿孔位和方向，盡可能避開裂隙以及軟弱夾層。鉆孔期間加強(qiáng)對(duì)孔位、鉆孔深度、鉆孔方向各項(xiàng)指標(biāo)的檢測與控制，鉆孔后清理孔內(nèi)雜物，檢查成孔質(zhì)量，不達(dá)標(biāo)者及時(shí)安排補(bǔ)鉆。檢查孔達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，裝入藥卷，安插錨桿。

（2）中空注漿錨桿施工技術(shù)要點(diǎn)。

本標(biāo)段隧道SF5a和SF5b段，錨桿均采用Ф25中空注漿錨桿，具體布置形式根據(jù)圍巖不同縱向和環(huán)向間距均不同，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行施作。

中空注漿錨桿制作不低于設(shè)計(jì)要求，且所有錨桿端頭均設(shè)置墊板，錨桿注漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求，墊板采用A3鋼。中空注漿錨桿與藥卷錨桿鉆孔要求一致，施工方法基本相同，只不過藥卷錨桿清孔后先裝入藥卷再安插錨桿，而中空注漿錨桿是清孔后先安插錨桿，再進(jìn)行錨桿注漿。但需注意以下事項(xiàng)：第一，施工現(xiàn)場存在軟巖時(shí)，可能會(huì)因巖體注水過多而導(dǎo)致圍巖面失穩(wěn)甚至滑坍，為此需環(huán)向隔開一定距離隔孔鉆進(jìn)，減小鉆孔產(chǎn)生的擾動(dòng)作用；第二，按照配合比取用材料，保證原材質(zhì)量和用量的合理性，漿液隨拌隨用；第三，止?jié){塞打入孔口的深度不少于10cm，周邊孔隙在排氣結(jié)束后用快凝水泥砂漿封閉，避免漿液經(jīng)由縫隙竄出；第四，注漿壓力應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，注漿飽和。

（3）砂漿錨桿施工技術(shù)要點(diǎn)。

本標(biāo)段隧道SF4b和SF4c段，錨桿采用長度為3m的Ф22早強(qiáng)砂漿錨桿，環(huán)向間距100cm×120cm，縱向間距120cm×120cm。

鉆孔前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定錨桿孔位，在圍巖上設(shè)置清晰的標(biāo)記；安排鉆機(jī)就位，調(diào)整鉆機(jī)的姿態(tài)，保證鉆孔角度的合理性。鉆進(jìn)范圍內(nèi)存在裂隙或軟弱夾層時(shí)，在不影響錨桿間距的前提下對(duì)錨桿鉆孔和方向進(jìn)行調(diào)整，以便鉆進(jìn)作業(yè)的順利進(jìn)行。鉆孔過程中加強(qiáng)檢查，加強(qiáng)動(dòng)態(tài)管控。鉆孔期間產(chǎn)生的粉塵及其它雜物將堆積在孔內(nèi)，鉆孔完成后及時(shí)清理干凈，并檢查錨桿孔徑、孔深、鉆孔方向，某項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)不滿足要求時(shí)盡快安排補(bǔ)鉆。確認(rèn)各鉆孔均無質(zhì)量問題后，向其中灌注砂漿。注漿遵循連續(xù)性原則，由于材料供應(yīng)中斷、注漿設(shè)備異?；蚱渌?qū)е轮型鹃g歇時(shí)間超過30min時(shí)，用水潤滑灌漿罐及管路，避免裝置內(nèi)的漿液發(fā)生固結(jié)。灌漿采取壓力注漿的方法，孔口壓力不超過0.4MPa，注漿管與孔底的距離保持在5～10cm。根據(jù)漿液灌注進(jìn)度緩慢拔出注漿管，注漿結(jié)束后，隨即將配套的錨桿安插到位。

3.2.2 鋼筋網(wǎng)片施工技術(shù)要點(diǎn)

于洞外加工廠制作Ф8@20×20和Ф8@25×25兩種類型的鋼筋網(wǎng)。鋼筋原材料需經(jīng)過冷拉調(diào)直處理，使用鋼筋前檢查表面是否存在油污、裂紋、銹蝕等雜物，做好清理、除銹等相關(guān)準(zhǔn)備工作，確認(rèn)無誤后方可投入使用。

現(xiàn)場安裝時(shí)，采取焊接的連接方法，搭接長度取1～2個(gè)網(wǎng)格。根據(jù)受噴面的形態(tài)調(diào)整鋼筋網(wǎng)，保證兩者的間隙始終不超過3cm。鋼筋網(wǎng)與錨桿穩(wěn)固連接，確保噴射混凝土?xí)r無偏位現(xiàn)象?；炷羾娚涑跗冢瑖婎^與受噴面保持較近的距離，噴射完成后，成型的鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不小于5cm。噴射期間遇到混凝土被鋼筋網(wǎng)卡住的情況時(shí)，需及時(shí)清理，以免影響噴射施工的順利進(jìn)行。

3.2.3 型鋼鋼架施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）施工工藝流程。

型鋼鋼架施工集多道流程于一體，如圖2所示。

圖2 型鋼鋼架施工工藝流程圖

（2）型鋼鋼架加工要點(diǎn)。

在洞外規(guī)劃加工廠鋼板作業(yè)平臺(tái)，在此平臺(tái)上放出鋼架的大樣圖，焊接短鋼筋以形成鋼架加工大樣，再向其中置入提前彎制成型的鋼架單元。鋼架加工涉及到較多的焊接作業(yè)，需統(tǒng)一由具有資質(zhì)的焊工負(fù)責(zé)，焊接后不出現(xiàn)裂紋、虛焊等問題。每結(jié)束一榀鋼架的加工后，轉(zhuǎn)至平整、穩(wěn)定的地面試拼，要求平面翹曲＜2cm、拼裝誤差不超過±3cm。待開挖完成或混凝土噴射結(jié)束后，將成型鋼架架設(shè)到位。

（3）鋼架架設(shè)要點(diǎn)。

底腳處的雜物需被清理干凈，以便平穩(wěn)安裝鋼架。鋼架的垂直度誤差不超過±2°，鋼架間距、橫向位置和高程的偏差均不超過±5cm。在開挖面以外的區(qū)域拼裝鋼架，相鄰兩節(jié)鋼架用螺栓連接，保證連接的緊密性與穩(wěn)定性。鋼架底腳置于堅(jiān)實(shí)且平整的基礎(chǔ)上，鋼架之間按設(shè)計(jì)縱向連接，布設(shè)到位的鋼架盡可能與圍巖緊密貼合，確認(rèn)鋼架布設(shè)位置無誤后與錨桿焊接至一體。多步開挖施工時(shí)，為避免拱架下沉，在拱腳部位打設(shè)鎖腳錨桿，強(qiáng)化支護(hù)效果。鋼架與圍巖間存在不同程度的間隙，以噴射混凝土的方法做填充處理，經(jīng)過混凝土噴射作業(yè)后，鋼架不可裸露至外界。

3.2.4 噴射混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)噴射施工要求在洞外拌制混凝土，運(yùn)至現(xiàn)場后進(jìn)行濕式噴射混凝土，此方法可減少混凝土的回彈量，保證噴射的有效性，同時(shí)避免混凝土噴射過程中產(chǎn)生過量的粉塵，對(duì)生態(tài)環(huán)境和施工人員的身心健康均較為友好。濕噴混凝土施工流程，如圖3所示。

圖3 濕噴混凝土施工工藝流程圖

（1）噴射支護(hù)前，用高壓風(fēng)清理雜物，局部水量較大時(shí)加強(qiáng)引排水，以防水的混入而影響混凝土的性能。

（2）噴射前檢查待使用的噴射設(shè)備，同時(shí)要求通風(fēng)、照明等輔助設(shè)施均配置到位。

（3）為控制噴射混凝土的厚度，在巖面上打入鋼筋，標(biāo)出刻度。為避免超粒徑的粗骨料被投入使用而引發(fā)堵管問題，拌和前進(jìn)行過篩；細(xì)骨料到場后存放于指定位置，采取防雨措施，避免含水量異常。

（4）噴射機(jī)就位，于料斗上安裝篩孔為10mm的振動(dòng)篩，攔截超粒徑的骨料。

（5）噴射混凝土?xí)r，開啟計(jì)量泵后再送風(fēng)，風(fēng)壓穩(wěn)定在0.45～0.70MPa，風(fēng)壓過小將導(dǎo)致噴射動(dòng)能不足，局部難以被混凝土有效填充，粗骨料由于無法進(jìn)入砂漿層而脫落；風(fēng)壓過大，有明顯的粗骨料回彈現(xiàn)象。噴射壓力的控制遵循動(dòng)態(tài)化原則，根據(jù)現(xiàn)場施工情況而定，但必須確?；炷粱貜椥?、易粘著、表面濕潤且光澤。噴射方向與受噴面垂直，噴頭與巖面方向垂直，噴射距離維持穩(wěn)定。噴射角度可根據(jù)受噴面的情況靈活地調(diào)整，例如鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋受噴面時(shí)，可適當(dāng)偏斜噴射，但不可小于70°?；炷羾娚湟匝驖u進(jìn)的方式進(jìn)行，單次噴射厚度不大于5～6cm。若噴射厚度過小，粗骨料易被彈回，影響噴射結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；噴射厚度過大時(shí)，拱頂噴層與圍巖面存在明顯的空隙，密實(shí)性不足，或由于自重作用而導(dǎo)致局部脫落。分多層有序噴射，直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度為止，相鄰兩層的噴射間隔時(shí)間控制在15～20min。

（6）噴射作業(yè)分片進(jìn)行，針對(duì)各部分采取質(zhì)量控制措施。按照自下而上的順序噴射，噴射料束呈“S”形運(yùn)動(dòng)。為保證噴射的有效性，先找平受噴面的凹陷部位，再以螺旋形運(yùn)動(dòng)的方式操控噴頭，保證噴射面層的密實(shí)性與平整性。

（7）緊跟開挖掌子面進(jìn)行混凝土的噴射，部分區(qū)域的圍巖穩(wěn)定性欠佳且圍巖破碎時(shí)，為兼顧開挖有效性和圍巖穩(wěn)定性的要求，采取小藥量松動(dòng)爆破的方法，連續(xù)進(jìn)行初噴、錨桿打設(shè)、鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)、鋼架布設(shè)、復(fù)噴等施工作業(yè)。鋼架架設(shè)成型后，盡快噴射混凝土，通過鋼架和混凝土的聯(lián)合應(yīng)用，有效發(fā)揮出支護(hù)作用。現(xiàn)場的圍巖完整同時(shí)穩(wěn)定性較佳時(shí)，先將初噴、錨桿打設(shè)、鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)等工作落實(shí)到位，再開挖，隨施工進(jìn)程的推進(jìn)，到達(dá)下一循環(huán)初期支護(hù)時(shí)再安排復(fù)噴，直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度要求為止。每層間隔為一循環(huán)時(shí)間，在下一次混凝土噴射時(shí)恰好可填充前一次爆破產(chǎn)生的裂紋，有效維持開挖的穩(wěn)定性和安全性。

3.3 初期支護(hù)施工要求

（1）根據(jù)隧道初期支護(hù)施工要求做好基礎(chǔ)設(shè)施的配置工作，包含消防供電、照明等設(shè)施，為正式施工打下良好的基礎(chǔ)。

（2）全面清理邊墻基底虛碴、基坑積水，避免混凝土干拌和物中存在積水。按設(shè)計(jì)要求控制邊墻基底的埋置深度，維持邊墻的穩(wěn)定性，期間根據(jù)邊墻施工進(jìn)度適時(shí)完成基礎(chǔ)擴(kuò)大部分的施工（一次施作成型）。

（3）復(fù)合式襯砌施工前、初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，開始鋪設(shè)防水層、頂埋排水管。混凝土澆筑時(shí)注重防護(hù)，以免防水層受損。

（4）襯砌施工應(yīng)適時(shí)進(jìn)行，具體根據(jù)支護(hù)布設(shè)情況和圍巖穩(wěn)定程度而定。開挖爆破時(shí)加強(qiáng)防護(hù)，確保已成型的襯砌結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)損傷。

4 結(jié)束語

綜上所述，初期支護(hù)是維持隧道圍巖穩(wěn)定、保障施工安全的重要結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員和施工人員需予以高度重視，應(yīng)根據(jù)圍巖特性、隧道質(zhì)量要求等選擇合適的初期支護(hù)方案，有序施工，保證初期支護(hù)的有效性。實(shí)踐證明，初期對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)合理科學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，能營造出安全的施工環(huán)境，能確保隧道施工的順利推進(jìn)。