軟弱圍巖隧道開挖及支護關鍵技術研究

李桐年

摘要： 文章以平耶四號隧道工程為例，對軟弱圍巖條件下，隧道開挖及支護關鍵技術進行論述。期望通過本文的研究能夠為同類工程提供借鑒參考。

Abstract： Taking Pingye No. 4 tunnel project as an example， this paper discusses the key techniques of tunnel excavation and support under soft surrounding rock conditions. It is expected that the research in this paper can provide reference for similar projects.

關鍵詞： 隧道施工；軟弱圍巖；開挖支護；技術

Key words： tunnel construction；soft surrounding rock；excavation support；technology

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0161-02

1 工程概況

平耶四號隧道工程隧址所在區域的地層為志留系，弱風化片巖，埋深較淺，節理裂隙發育，局部巖體呈現出破碎狀。隧道施工過程中，遇到一處軟弱圍巖段，為確保施工安全、有序進行，提出有效的開挖及合理的支護方案。下面重點對該隧道內軟弱圍巖段的開挖及支護關鍵技術進行分析。

2 軟弱圍巖隧道開挖及支護關鍵技術

2.1 施工方案

該軟弱圍巖的碳化情況比較嚴重，由于其中含有絹云母，一旦遇水會出現軟化的現象，由此極有可能引起圍巖變形及坍塌的問題。針對這一情況，在隧道開挖施工中，應當加強超前預報，及時了解并掌握軟弱圍巖的情況，以便采取相應的技術措施；為防止軟弱圍巖出現變形，決定采用增大預留變形量和復合式襯砌的方法，初期支護及時封閉；若是施工過程中，遇到出露的地下水，則應采取排堵結合的方法進行治水。

2.2 隧洞開挖施工方法

對隧洞進行開挖時，采用的是三臺階法，具體的施工工藝流程如圖1所示。

可按照設計拱架的間距對上臺階的循環進尺進行確定，最大不得超過2榀拱架的間距；上、中臺階的高度分別為2.0-2.5m；3.0-3.5m；臺階的長度為3-5m。具體的施工順序如下：先開挖上臺階，并進行初期支護，隨后開挖中臺階，進行初期支護，再開挖下臺階，進行初期支護，三臺階全部開挖并完成初期支護后，便可澆筑仰拱，并對全斷面進行二次襯砌。

2.3 支護施工技術要點

2.3.1 噴射砼

①在對砼進行噴射施工以前，為確保并進一步提高噴射質量，應當做好如下準備工作：對開挖斷面的凈空尺寸進行檢查，看是否滿足作業要求，隨后對松動的巖體進行清除，并對噴射面進行沖洗，由于本工程中的軟弱圍巖遇水容易變形，故此，清洗時應采用高壓風吹掃的方式；對所有的機具設備及水電線路進行檢查，并試運轉，看是否正常，如有異常應當及時調整，以免影響施工有序進行；若是巖面存在滲漏水的現象，必須在噴射砼之前采取有效的措施進行妥善處理。涌水量大的部位可采取注漿堵水的方法，滲漏水則可采用巖面注漿的方法進行處理。出水點如果比較集中，可沿著節理裂隙設置排水管或排水板，將水引入隧道底部的排水溝，排出洞外。

②在對砼的配合比進行設計時，應同時滿足性能及可噴性的要求，可通過試驗確定最佳的配合比。

③可采取分段、分片的方法進行噴射施工，先噴下部，逐次向上，每個噴射段的長度應控制在6.0m以內，可采用螺旋移動的方法進行噴射，這樣可以使砼更加均勻地散布到巖面上，噴射時，噴嘴應當與巖面保持垂直，與巖面之間的距離應當控制在1.0m左右；首次的噴射厚度可按具體的部位進行確定，不得超過設計允許的范圍，初噴時，厚度以4-6cm為宜，復噴時厚度要控制在6cm以內，盡量不要超出，邊墻位置可以略微厚一些，但不得超過10cm；為最大限度地減少回彈，應當控制好噴射壓力；每層終凝前應當完成后一層的噴射，否則必須用水對前一層的表面進行潤濕后方可進行噴射；為提高初期支護效果，噴射應緊隨開挖進行，下一個循環爆破在則可在砼終凝4小時以后進行；有些巖面由于滲水導致表面比較潮濕，這樣會導致黏結性變差，對此可適當加大水泥用量；噴完后，要及時按照規范標準的要求對砼進行養護，正常情況下，養護時間應當不少于7d。

2.3.2 錨桿支護

錨桿的施作質量與支護效果之間有著極為密切的關聯，為此，對于隧道拱部的錨桿必須使用錨桿機進行施作，側墻則可用鑿巖機進行鉆孔。砼初噴完畢后，便可進行錨桿施作，鉆設孔位前，應當準備表示孔位，避免偏差過大影響整體效果；鉆孔的方向要垂直于隧道開挖作業面，若是結構面比較明顯，則應形成盡可能大的交角，鉆孔后應對孔位進行檢查，看孔徑及孔深是否與設計要求相符；錨桿墊板應當在砼復噴后進行安裝，要保證墊板與錨桿軸線垂直，需要特別注意的是，不得對安設好的錨桿進行敲擊，更加不可以在錨桿的端部懸掛重物，以免導致錨桿變形，影響效果。本工程中，使用了三種類型的錨桿，一種是水泥砂漿錨桿，另一種是中空注漿錨桿，還有一種是藥包錨桿。前兩種錨桿按照施工標準的要求進行安設即可，由于藥包錨桿比較特殊，所以重點對其施工技術要點進行分析：對藥包錨桿進行施工前，應當先對藥包進行檢驗，可采取泡水的方法，藥包不得存在結塊的現象，使用前，應在清水中浸泡2min左右，遵循隨用隨泡的原則，當水中無氣泡產生時，便可將藥包取出；首節藥包可以用木棍直接捅入孔底，當裝至孔深的2/3時，插入錨桿，同時對錨桿進行緩慢轉動，使藥包破碎，要控制好轉動時間，最低不得少于1min，當攪動均勻后，靜置30min左右，將錨桿牢固焊接在支設好的鋼架即可。

2.3.3 鋼架及鋼筋網

施工中使用的所有鋼架全部在隧洞外按照設計要求進行制作，運至現場進行拼裝。在正式拼裝前，應進行試拼，看誤差是否符合要求；安裝鋼架前，應底腳部位的雜物清理干凈，并嚴格按照設計要求進行安裝，當鋼架立起之后，應檢查其傾斜度，看是否與規范要求相符；在隧道開挖的過程中，應當經常對鋼架進行檢查，發現問題及時處理，確保其穩定。鋼筋網在加工場集中制作，搭接長度應符合規范要求，應當在砼初噴后進行鋪掛，為盡可能減輕對鋼筋網的振動，要控制好砼的噴射距離和角度。

2.3.4 超前小導管注漿

在本工程中，超前小導管注漿與鋼架聯合支護，施工時，導管從鋼架的腹部穿過，尾端與鋼架進行牢固焊接；小導管安裝就位后，可使用麻絲和錨固劑對管口周圍的空隙進行封堵；注漿前，為避免孔口出現跑漿的情況，可通過模筑混凝土封閉開挖面；當所有注漿孔全部達到結束標準后，經檢查無遺漏的情況，便可結束循環注漿。

2.4 隧道開挖支護的安全技術措施

2.4.1 隧道開挖的安全技術措施

為確保隧道開挖安全有序進行，應采取如下技術措施：

①嚴格執行交接班制度，交班人要向接班人詳細交代班組施工情況和安全狀況，并做好相應記錄。安全管理人員要經常檢查交接班情況。

②在隧道施工現場作業的人員，必須佩帶齊全安全防護用具，按照技術規范要求進行施工，杜絕違規作業。在施工過程中，作業人員彼此之間要保持一定的安全操作距離。

③在施工之前，作業人員要先檢查工作面是否安全、支管是否牢固、拱頂是否穩定，若在檢查中發現結構松動或裂縫現象，必須及時采取強支護措施。作業人員若在碴堆上進行作業，則必須保證碴堆穩定，避免發生滑坍事故。

④若在不良地質進行施工作業，則要采取弱爆破、強支護、早襯砌等施工措施，避免發生隧道險情。一旦發生險情，應立即停止施工，將險情上報到有關部門，并及時疏散險情區域及周邊地段的施工人員。

⑤在使用風鉆之前，做好相應的檢查工作，檢查風鉆機身、彈簧、螺栓、鉆桿、支架是否存在異常現象，檢查管子接頭是否有漏風情況，避免在風鉆作業時發生故障。若出現卡鉆問題，則要使用板鉗將鉆桿拔出。

⑥在爆破施工時要做好技術交底，樹立安全第一的思想，不能因盲目縮短工期而無視風險隱患。在爆破過程中，將所有人員撤離到安全區域，安全區域距離爆破點不得少于400m，避免爆破產生的飛石和有害氣體威脅到作業人員人身安全。

2.4.2 隧道支護的安全技術措施

在隧道支護施工，為避免發生安全事故，可采取如下技術措施：

①在隧道支護施工之前進行施工技術交底。在施工過程中，要定期檢查各部位的支護情況，尤其在不良地質區域進行施工時，必須配備專人負責日常的支護巡視檢查。若在檢查中發現支護損壞，則必須進行修整。若支護損壞極為嚴重，則先撤離作業人員，隨后再采取支護加固措施。

②在隧道洞口與平導的連接部位，必須做好支護措施，要求支護質量達到設計要求。

③在施工期間，如發現已噴錨區段出現錨桿失效、圍巖變形等問題，必須對該區段采取加固措施。若圍巖變形量未超過設計允許值，則增加長度為原錨桿長度1.5倍以上的新錨桿即可。若超過設計允許值，則應采用鋼拱架搭配新錨桿進行加固。

④在發現隧道支護險情時，如洞內位移超過設計允許值、噴層出現裂縫、地表面出現裂縫等情況，應及時疏散作業人員，將險情上報主管部門，待采取有效措施消除險情之后再恢復施工。

3 結論

綜上所述，在隧道工程建設的過程中，受到地質條件的影響，常常會在開挖時遇到軟弱圍巖，由于此類圍巖的結構穩定性較差，若是以常規的方法進行開挖可能會導致圍巖變形，并且還有可能引起坍塌，由此會對隧道的施工安全、進度造成影響。對此應當結合軟弱圍巖的性質，巖變我變，采取合理可行的開挖支護措施，從而確保隧道施工安全、有序進行。

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