關于公路隧道軟弱圍巖初期支護施工技術的研究

(四川川交路橋有限責任公司， 四川 廣漢 618300)

隨著我國社會經濟的飛速發展，政府部門加大了對交通領域的支持力度，公路工程的數量逐漸增多，但我國地質環境復雜，公路工程在施工過程中會遇到需開挖隧道的情況，隧洞位置的圍巖穩定性較差[1]，會直接影響到施工，還會帶來施工安全隱患，需采取針對性初期支護施工技術，提升工程結構整體穩定性。施工單位應綜合考慮隧道地質條件，科學處理軟弱圍巖，不斷創新隧道軟弱圍巖初期支護施工技術，以保障施工的順利進行。

1．工程概況

本研究以某公路工程為例，選擇其某隧道出口段，從左、右兩幅同時修建，間距達45米，隧道圍巖均屬于Ⅱ級—V級的圍巖，隧道高5.5米、寬11.5米，坡度約-0.83%。隧道工程采取新奧法施工技術，須把握好施工過程的開挖、支護、量測等環節，以保障初期支護施工的順利進行。

2．公路隧道軟弱圍巖的特征與影響因素

2.1 公路隧道軟弱圍巖的特征

軟弱圍巖本身結構偏松軟，且巖石相互的粘合力較差，開挖隧道時易造成整體結構不穩定的問題，特別是淺層地段，易出現坍塌等安全問題。同時，軟弱圍巖底層通常由泥巖、片巖等構成[2]，其穩定性較差，直接受到外力的作用，開挖之后易被風化，遇水則軟化。此外，軟弱圍巖構面較為柔軟，開挖隧道過程中受切割的影響，結構面會發生一定變化，加之其本身粘結強度低，因此，常存在結構面松弛的問題，增加了隧道的不穩定因素。

2.2 公路隧道軟弱圍巖的影響因素

在本工程中影響到隧道穩定性的因素有：（1）地質地貌因素：通過分析工程隧道的巖石力學性質、巖性類型以及異性化可知，在此隧道區域中圍巖的巖性直接影響著隧道穩定性，如硬巖強度過大，其變形量相對較小，反之，薄層沉積巖的強度較低，屬于軟性巖石，其變形量較大，嚴重的情況下還會引發地下水突涌等問題；（2）巖體結構因素：受到地質構造不斷運動等因素的影響，會形成不同結構面，與母巖相比其強度更低，再加上結構面強度的本身的影響，強度會進一步降低；（3）地應力因素：隧道區域存在軟弱圍巖不穩定的問題，其原因在于在開挖隧道時出現的應力重分布，明顯超過可圍巖的強度。

3．公路隧道軟弱圍巖初期支護施工技術

公路隧道軟弱圍巖的不穩定性會影響到開挖工作，需采取針對性初期支護施工技術。從太沙基理論可知，當圍巖由具有凝聚力的松散介質構成時，完成隧道的開挖、支護施工環節后，松散介質會在垂直力作用下出現明顯的下沉現象，加之側壓力的影響，也會形成摩阻力，會直接限制介質下沉，但此種方式屬于傳統的被動理論施工，與現代化施工理念不太相符。因此，在本工程的隧道軟弱圍巖初期支護施工以新奧法為基礎，該種施工技術通過圍巖本身強度支撐其重量，借助向薄層噴射混凝土的方法封閉圍巖，以柔性支護為主，屬于主動支護方式，具體的施工環節、技術分為以下幾方面：

3.1 洞身開挖支護施工技術

開挖隧道洞身時，其使用的機械設備有多功能鑿孔臺架、三臂液壓鑿孔臺車，可進行全斷面開挖，具有施工速度快、操作簡單、質量高等優點。通過側卸式裝載機、反向挖掘機進行裝碴、出碴，用自卸汽車進行運輸。完成仰拱初支的封閉施工程序后，須回填適量碴土，約20厘米后，避免機械設備運作過程中損壞初支。正式開挖前應做好測量放樣工作，通過水平儀、全站儀進行測量[3]，準確標記“開挖中線”、“標高”，標記超前小導管、炮眼等準確區域。

3.2 軟弱圍巖初期支護技術

初期支護采取錨網噴施工技術，每榀按照0.8米的寬度安設拱墻工字鋼架，于拱部每環處均安裝φ42超前小導管，共 35根，以增強支護作用，每根小導管長3.5米，每環間距約0.4米，縱向間距Ⅴ級圍巖區域為2.4米，洞口加強段為1.6米，Ⅳ級圍巖區域為3米，并在Ⅳ級圍巖區域設拱墻，加W鋼帶進行支護，每環縱向間距為 1米。初期支護的施工程序為：用噴混凝土施工方式封閉巖面、根據設計圖進行打錨桿孔、設置砂漿錨桿、混凝土注漿、掛好鋼筋網、設置格柵拱架、反復噴混凝土（達到設計厚度后停止）、構建聯合型支護結構。

鋼架支撐的制作過程均在加工房中完成，型鋼的制作使用工程自行研制的電動彎制機（DYW-5）進行制作加工，鋼架支撐按照設計分段的方式加工，每段端頭焊接的連接板均使用螺桿進行鏈接，每兩榀都用鋼筋進行連接，連接鋼筋的間距控制在100厘米。在加工過程中應注意按照設計隧道的開挖要求掌握好其弧度，通過濕噴技術進行復噴混凝土，用液壓濕噴機（YSP-10型），通過混凝土拌和機集中拌制好配料，在正式噴射錢應清理好受噴面，徹底清理好受噴巖面位置的浮石等雜物，光滑面應鑿毛，使用高壓風清掃。按照分段、分片、分層的方式進行噴射混凝土，噴射過程中應噴平低洼位置，再按照由下到上的順序，進行往復噴射，用灑水的方式養護1周。

本工程使用濕噴法進行噴射，厚度約為 5厘米，正式初噴前，施工人員應仔細清除表面的雜物、松石，受到巖面不平整等因素的影響，噴射混凝土的過程中不易黏貼，可根據實際情況降低灰骨比，以減少回彈情況、提升其粘結性。拱墻錨桿使用φ25中空注漿錨桿、邊墻錨桿使用φ22砂漿錨桿。根據隧道斷面沿著輻射狀打設錨桿，縱向、橫向均以梅花型進行布置，均為80厘米，注漿過程中需完全排除眼孔氣體，提升漿液的飽滿度以及注漿整體質量，整個注漿過程的壓力為0.5—1.0MPa，完成注漿環節后，通過拉拔儀施加超過60KN的預應力，最終抗拉力試驗的錨桿為ML-20型錨桿，抗拉力須超過150KN。混凝土噴射2厘米后掛好鋼筋網，并將其與徑向的錨桿連接，按照設計要求制作鋼筋網。噴射混凝土完成后，須養護1周。

3.3 處理軟弱圍巖初期支護后排水、變形問題

隧道軟弱圍巖初期支護施工過程中，為防止圍巖變形的加劇，應對初期支護予以適當調整，以形成支撐力較強的支撐體系，以解決施工過程的偏壓問題。根據設計圖要求，布置環向、橫向、縱向排水管的間距、連接方法，通過復合防水層，施工過程中，工作人員應站在工作平臺上，借助專用的墊射針將無紡布平整固定于噴射砼的表面，施工完成后需仔細檢查防水層完整性，如果發現破損位置應予以修補。做到開挖短進尺，勤支護，早封閉，并且做好監控量測工作。

結束語

綜上所述，公路工程中隧道施工一直是其施工的關鍵環節，但隧道區域的地質條件復雜，特別是存在軟弱圍巖，直接影響著工程結構的穩定性，在實際施工過程中，需綜合考慮工程實際情況，運用支護先進材料與技術，科學處理隧道軟弱圍巖，提升公路建設質量，避免隧道施工過程的安全問題，更好地延長公路使用時間，贏取更大經濟、社會效益。

[1]李鵬飛,田四明,趙勇等.高地應力軟弱圍巖隧道初期支護受力特性的現場監測研究[J].巖石力學與工程學報,2013,16(z2):3509-3519.

[2]張德華,劉士海,任少強等.高地應力軟巖隧道中型鋼與格柵支護適應性現場對比試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2014,22(11):2258-2266.D

[3]關寶樹.漫談礦山法隧道技術第十講--軟弱圍巖隧道中開挖斷面早期閉合的施工技術[J].隧道建設,2016,36(8):887-896.