隧道開挖支護施工現狀分析及研究

王 悅 粟 兵 王清江

(1.重慶工商職業學院，重慶 401520； 2.重慶公用工程建設監理有限責任公司，重慶 400000)

隧道開挖支護施工現狀分析及研究

王 悅1粟 兵2王清江1

(1.重慶工商職業學院，重慶 401520； 2.重慶公用工程建設監理有限責任公司，重慶 400000)

介紹了隧道工程支護的類型及作用，主要對錨桿施工、鋼架及大拱腳架施工、超前小導管施工、噴射混凝土施工的現狀進行了分析，探討了各項施工技術應注意的問題與要點，為同類工程的施工積累了經驗。

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0 引言

隧道工程施工多采取新奧法，初期支護由錨桿、鋼架、鋼筋網和噴射混凝土組成，其組合形式根據圍巖地質情況選取。圍巖破碎自穩性較差時，采取強度、剛度較大的初期支護結構形式，如錨桿、鋼架加噴錨網結構，鋼架可采用鋼筋格柵或工字鋼鋼架。圍巖自穩性好時，可僅采取噴錨網初期支護結構形式。初期支護施作時間盡量早封閉圍巖，以保持圍巖初始應力狀態，充分發揮圍巖的自穩能力，噴射混凝土與圍巖開挖面應可靠粘結，初期支護與圍巖共同組成承重環體系。因此，初期支護工程的施作質量是新奧法施工的關鍵環節。

1 隧道支護分類及作用

1)錨桿，錨桿的類型主要有：普通砂漿錨桿、中空注漿錨桿、自進式錨桿、水泥藥卷錨桿和預應力錨桿，錨桿端頭設鋼墊板[2]。

錨桿的作用：a.懸吊作用，局部加固，將破碎巖塊錨固在穩定巖層上；b.組合梁及組合拱作用，將層狀巖層聯結在一起，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，錨桿端頭墊板應可靠安裝。

2)鋼架，在圍巖破碎自穩性差時，為確保支護施作過程及施工后圍巖穩定，初期支護采取鋼架支護，鋼架安裝時應確保鋼架與圍巖緊密連接，鋼架與圍巖空隙應采用楔形預制混凝土塊固定牢固。

3)噴射混凝土，其厚度、強度根據圍巖地質情況及隧道開挖斷面確定，主要作用是封閉圍巖，減少開挖后圍巖風化，以維持巖層自穩。

4)超前支護，當掌子面圍巖較破碎，隧道開挖后圍巖難以自穩時，采取掌子面前方超前支護措施。超前支護分為：超前小導管、超前錨桿、超前管棚等。

2 隧道支護施工現狀分析

2.1 錨桿施工現狀分析

2.1.1 錨桿施工程序

隧道工程常用錨桿形式有全粘結砂漿錨桿及中空注漿錨桿，其施工程序為：

1)砂漿錨桿：施工準備→標注孔位→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：施工準備→標注孔位→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，尾部車絲6 cm，錨桿桿體調直、無缺損、無銹、無雜物。組合式中空注漿錨桿在專業廠家加工，由中空錨桿桿體和墊板、螺母、排氣管等附件組成，中空錨桿結構見圖1。

4)錨桿墊板[3]，墊板規格：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結構的重要構件。設置墊板后可明顯提高錨桿和噴射混凝土的綜合支護效果，錨桿墊板在噴混凝土施工后安裝，錨桿外露長度視初期支護厚度確定，并留有安裝墊板的絲扣，一般Ⅲ級圍巖外露長14 cm，Ⅳ級圍巖外露27 cm，Ⅴ級圍巖外露30 cm，以保證安裝墊板質量。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，以利鋪設防水板。錨桿端頭處理見圖2。

2.1.2 錨桿施工現狀分析

錨桿設置位置應根據圍巖級別、巖層產狀、風化程度等地質情況合理布置，由于隧道工程不同施工段、同一開挖掌子面不同部位地質情況差異很大，故理論上錨桿布置間距、方向及長度應與巖層面垂直，并錨固在穩定巖層內，以充分發揮錨桿的懸吊作用。同時，為充分發揮錨桿的組合梁、拱作用，錨桿墊板應與巖面密貼，螺帽應擰緊。但實際施工中，由于設計與施工單位多是兩個單位，設計只管在室內根據預測地質情況進行設計，施工過程中又不可能派技術人員跟班作業，故設計支護方案只能是死的，不能根據需要及時進行調整，監理單位及業主方只認設計圖明確的方案，施工單位也只能按圖施工，這就造成了初期支護錨桿不可能根據地質需要適當調整間距和長度，開挖面有的部位錨桿過剩，有的部位錨桿數量不足，一方面造成了資源浪費，增加了建設成本，另一方面錨桿施作不夠，帶來了施工風險，給運營埋下了隱患。錨墊板施作上，因技術人員對錨墊板作用認識不足，操作過程中控制不嚴，形成了錨墊板與巖面不密貼，甚至不安裝錨墊板等問題，現階段錨墊板施工質量堪憂。

2.2 鋼架及大拱腳鋼架施工現狀分析

2.2.1 鋼架施工

鋼架在加工廠下料分節焊接制作，保證每節的弧度與尺寸符合設計要求，每節兩端均焊連接板，節點間通過連接板用螺栓連接。鋼架安裝應嚴格控制其內輪廓尺寸，且預留沉降量，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，保證支護與圍巖密貼，控制圍巖變形，兩排鋼架間用縱向連接鋼筋連接，連接鋼筋環向間距1 m，以形成整體受力結構。

2.2.2 大拱腳鋼架設計施工現狀分析

圍巖破碎自穩性差采取正臺階施工時，為確保開挖下臺階時上臺階結構穩定，在上臺階拱腳處設置大拱腳，大拱腳高1 m，寬0.5 m。大拱腳結構形式見圖3。大拱腳鋼架施工是在上臺階開挖后，采用風鎬人工修鑿擴大拱腳，支立加工好的拱架后，噴射初期支護混凝土。

大拱腳施工現狀，任何一種支護措施都有其適用范圍，大拱腳鋼架支護形式主要適用于黃土等自穩性較好地質，正臺階法開挖施工。對薄層頁巖等地質該法適用性較差，因上臺階開挖后修鑿擴大拱腳需要一定時間，圍巖開挖后不能及時支護，有可能造成圍巖失穩坍塌。但隧道設計中，為加強軟弱圍巖支護措施，往往直接套用該措施，既不便于施工，又浪費材料，同時帶來了更大的施工安全風險，故該法應謹慎采用。

2.3 超前小導管施工現狀分析

2.3.1 超前小導管施工

超前小導管采用φ42×3.5 mm的無縫鋼管加工，長度3 m～5 m；前端加工成尖錐狀，在管前端2.5 m范圍內按間距10 cm～20 cm梅花形布置注漿孔，孔徑為6 mm～8 mm，小導管構造如圖4所示。

小導管在隧道拱部120°范圍內設置，環向間距40 cm～50 cm，縱向間距為200 cm,外傾角為10°～12°。超前小導管的施工程序為：布孔→鉆孔→小導管安裝→注漿。小導管注漿采用注漿機，注漿前，孔口應安裝止漿塞，漿液采用水泥漿，注漿壓力1.0 MPa。

2.3.2 超前小導管施工現狀分析

超前小導管采用無縫鋼管加工而成，安裝后必須嚴格注漿施工工序，使水泥漿液填充部分圍巖孔隙，隧道開挖后開挖面形成穩定圍巖層。但實際施工中，注漿工序常常被忽略，小導管安裝前導管內填充砂漿形成鋼管混凝土，或是直接安裝小導管即結束該工序，不進行注漿施工。造成小導管起不到預想作用，開挖后出現圍巖掉塊，甚至坍塌等問題。

2.4 噴射混凝土施工現狀分析

2.4.1 噴射混凝土施工

噴射混凝土在隧道開挖后及時施作，盡早封閉圍巖，噴射混凝土施工采用混凝土噴射機分段分層施作，噴射混凝土完成后及時養護[4]。

2.4.2 噴射混凝土施工現狀分析

噴射混凝土應與圍巖面可靠粘結，但實際施工中，由于隧道開挖施工存在超欠挖，使開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，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，既節約噴射混凝土材料，又減少了噴射作業工作量。但此作法使初期支護與巖層之間出現了一個人為空腔，給隧道工程施工和運營過程帶來了具大的安全隱患。

3 結語

初期支護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，如施工過程控制不嚴，質量不合格，勢必給隧道施工期間或使用階段帶來安全隱患，甚至因此釀成安全事故。本文所指出的初期支護問題，隨著工程界技術人員對初期支護作用認識程度的提高，施工技術水平的不斷進步，無損檢測監控技術的發展，這些問題必將得以徹底杜絕。

[1] TB 10203-2002，鐵路隧道施工規范[S].

[2] TB 10108-2002，鐵路隧道噴錨構筑法技術規范[S].

[3] TZ 231-2007，鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業指南[S].

[4] 鐵建設[2005]157號，鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定[S].

[5] 鐵路隧道工程施工手冊(上冊)[M].北京：中國鐵道出版社，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，高級工程師； 粟 兵(1973- )，男，工程師； 王清江(1973- )，男，教授級高級工程師

U455

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