那現隧道超前支護結構穩定性的分析

李鵬華

摘? ?要：廣西樂百高速公路那現隧道左線全長232m，右線全長199m。那現隧道屬于Ⅳ級圍巖和Ⅴ級圍巖相互交叉排列，圍巖破碎且軟弱，容易發生圍巖變形、坍塌等情況，施工開挖困難。本文通過對那現隧道這一工程實例的超前支護結構的分析描述，使用超前支護解決那現隧道開挖施工困難問題，解決隧道開挖易塌陷、變形等情況，使得隧道開挖得到順利進行，增加了隧道開挖施工的安全性。

關鍵詞：隧道超前支護? 結構? 穩定性

中圖分類號：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0033-02

Abstract：The left line of the naxian tunnel of Guangxi Lebai Expressway is 232m long and the right line is 199m long.The naxian tunnel belongs to the class IV surrounding rock and the V-class surrounding rock. The surrounding rock is broken and weak， and the surrounding rock deformation and collapse are prone to occur. The construction excavation is difficult.Through the analysis and description of the advance support structure of the naxian tunnel project example， the use of advanced support to solve the difficult problem of naxian tunnel excavation construction， solve the tunnel collapse and deformation， and make the tunnel excavation go smoothly.Increased the safety of tunnel excavation construction.

Key Words：Tunnel advance support;Construction;Stability

那現隧道位于凌云縣泗城鎮，巖體由Ⅳ級圍巖與Ⅴ級圍巖交叉構成，土體松散易破碎，隧道施工難度大。現階段，超前支護作為隧道重要的支護之一，應用于全國各個隧道，陳崢等人[1]利用模型試驗對比分析超前支護參數對隧道穩定性的影響，對設計應用有重大意義，本文就那現隧道的超前支護做分析描述。

1? 工程概況與洞身圍巖等級特性分析

1.1 工程概況

那現隧道位于凌云縣泗城鎮，左線：KD121+808～KD122+040，全長232m，最大埋深約58.4m;右線：KC121+816～KC124+015，全長199m，最大埋深61.9m。隧道出口端自然斜坡坡度30°～45°，斜坡表面為第四系地層覆蓋，未見基巖出露，山體上植被較發育;洞口位于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩定的狀態。隧道區為第四系殘積黏土，下伏基巖為三疊系泥質粉砂巖。

1.2 洞身圍巖等級分析

V級圍巖長271m，占隧道全長62.9%;IV級圍巖長160m，占隧道37.1%。

IV級圍巖巖石較軟弱，并且裂縫較堅硬。V級圍巖具有易破碎，極軟弱且易發生圍巖變形的特點，是為軟弱圍巖，多數為破碎帶、全風化帶[2]。

2? 現存問題

隧道入口段主要由強風化泥質粉砂巖夾砂巖組成，巖體極易破碎，呈碎裂狀態結構，為Ⅴ級圍巖。在開挖過程中，圍巖的穩定性差，巖層較緩。隧道穿越的丘陵山體斜坡坡度較大，地勢相對較高，坡上無相對封閉匯水地形，大氣降水主要呈片流、面流形式迅速向山下排泄，補給源難以維持不斷，因此水量不大，經勘探地下水位標高，低于隧道開挖底部標高，受地下水影響較小，主要為基巖裂隙水，開挖中主要呈潮濕、點滴狀為主，在強降雨后局部可能出現短暫的淋雨狀。隧址地下水沿風化裂縫和巖層層面的作用會降低圍巖穩定性，中風化砂巖總體上屬較硬巖，局部夾薄層泥巖致其強度降低，影響穩定性。由強風化巖層等組成的圍巖具有強度較高、破碎圍巖和穩定性差的特點。

3? 解決措施

超前支護是隧道施工的重要工序之一，合理應用超前支護可以解決隧道開挖時圍巖軟弱破碎問題。采用超前支護技術，使用分階段開挖和應用復合支撐系統（由巖石錨桿和鋼筋混凝土構成）是防止隧道圍巖坍塌的實用方法，并避免了在施工進行期間形成下沉孔，適用于在隧道的軟弱圍巖中進行施工。超前管棚技術應用廣泛，多應用于洞口開挖前的準備，超前小導管主要用于開挖掌子面前的準備工作，具有加固巖體、防止圍巖變形的作用，而超前錨桿的使用會使得圍巖受力狀態改變，巖體更加穩定。下面主要應用這3種方式解決隧道開挖的圍巖穩定問題。

3.1 超前長管棚

那現隧道圍巖為V級圍巖與IV級圍巖交錯，圍巖穩定性極差。通過討論研究，可以使用超前管棚注漿支護，可以更好地控制圍巖的穩定性[3]。

將超前管棚設置在洞口，通過注漿改善圍巖自身的承載能力，提高巖體對結構彈性抗力，改善受力條件。采用Φ108*6mm@40cm長28m管棚施工，套拱采用70cm厚C30鋼架砼寬度2m。

隧道出口處管棚長度為16m，使用熱軋無縫鋼管制成，φ108mm，壁厚6mm，節長3m、6m。管棚環向間距0.4m，共43根，外插角1°～3°。鋼管的周壁鉆注，孔徑15mm，孔間距30cm，呈梅花形布置。注漿材料采用1：1水泥漿（添加水泥漿液體積5%的水玻璃），水玻璃濃度：35°Bé，水玻璃模數：2.4，注漿壓力為初壓0.5～1.0MPa[4]，終壓2.0MPa，根據現場具體施工條件調整漿料配合比與注漿壓力，以提高管棚的剛度和強度。注漿完成后，及時清理管內漿料，并用M30水泥砂漿緊密充填[5]。

工藝要求：

（1）因那現隧道出口管棚長度適中，為防止管孔鉆進時因鉆桿較長較重侵入開挖輪廓，拱部管棚外插角采用2°定向，在施工作業套拱時，預埋導向管的外部導向角安裝按2°。

（2）鋼管接頭使用φ102×6mm套絲鋼管連接，長度為30cm，絲扣長30cm，鋼管用特用的管床上加工好絲扣，在棚管四周鉆φ15mm出漿孔，方便進入孔縫，管棚末端4.5m是止漿段，此段不鉆孔。

（3）使用潛孔鉆進行管棚鉆孔，先鉆奇數孔管棚，在奇數孔管棚鉆好，安裝注漿完成后，再進行偶數孔管棚施工，用來方便檢查奇數孔位注漿的效果。在鉆孔過程中，通過使用測斜儀量測鉆進的偏斜度，便以精確控制鉆孔機的軸向，從而使鉆機以2°的外插角前進。在每一個鉆孔完成后，立即清空鉆孔同時安裝鋼花管，管棚在頂到位置后，鋼花管與導向管之間的空隙用速凝水泥及浸油麻筋堵塞嚴密，防止壓漿時水泥漿冒出。

（4）管棚注漿材料采用1：1水泥漿（添加水泥漿液體積5%的水玻璃），水玻璃濃度：35°Bé，水玻璃模數：2.4，注漿壓力為初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa，根據現場具體施工條件天正漿料配合比與注漿壓力，用來提高管鵬鵬的剛度和強度，在注漿結束后，及時清理管內漿料，并用M30水泥砂漿緊密充填。在注漿前，檢查注漿設備，同時確保有備用注漿機。注漿壓力表校準要在注漿前完成。

（5）在施工作業過程中，及時做出鉆孔地質的記錄和注漿記錄。

3.2 超前小導管

在軟弱破碎圍巖的施工過程中，施作小導管要保持一定入射角度。使用專門的注漿設備來配置注漿材料， 然后使用小導管將漿料注入到軟弱破碎地層中。

設置在V級圍巖深埋段，無管棚支護、破碎帶、IV級圍巖淺埋段及IV級。

緊急停車帶地段，采用Φ42*4mm無縫鋼管。環向間距40cm，縱向間距240cm，破碎帶處雙層導管，環向40cm，縱向200cm。

那現隧道出口端超前支護為短隧道主洞分離式襯砌（Ⅴ級圍巖淺埋偏壓及洞口段）支護類型。超前支護采用熱軋無縫鋼管，鋼管外徑Φ42mm，壁厚為4mm，每環總根數為43根，圓周間距40cm，單根長度400cm，縱向間距240cm，搭接部分120cm，在管壁周圍鉆6mm注漿孔，縱距15cm，梅花型布置。注漿漿液425水泥漿，水灰比1：1，注漿壓力0.5～1.0MPa[6]，終壓2.0MPa。

超前小導管穿過后方鋼架腹部，搭在前方巖體上。鋼架腹部提前開孔，開孔孔徑50mm。鉆孔前在掌子面上按導管定向角度要求描好鉆進點，鉆桿從后一榀鋼架預留孔穿過鉆孔，鉆孔完成后安裝超前導管。每鉆完一個鉆孔時，安裝此鉆孔，并在安裝完成后進行注漿。注漿前用錨固劑對孔口進行封堵，導管尾端安裝注漿閥，防止漿液滲漏，注漿不飽滿。注漿設備、壓力表等狀況在注漿前檢查，將壓力表進行校準以便于注漿壓力的控制。

3.3 超前錨桿

在那現隧道的開挖掘進時，通過Ⅳ級圍巖的深埋區，圍巖受力不穩定，將使用超前錨桿，超前錨桿將設置在IV圍巖的深埋地段，采用Φ22藥卷錨桿，設置范圍為環向45cm，拱部120°。在錨桿施工時，錨桿的方向由巖體的結構面產狀決定，以盡可能的使錨桿穿過更多的結構面為原則，外插入角為10°～15°[7]，縱向2m，前后錨桿的搭接長度不小于1m。

4? 結語

該文主要分析描述了那現隧道的超前支護，隧道穿越軟弱圍巖時，開挖擾動會引起較大的圍巖變形。超前長管棚的應用可以更好的控制圍巖的穩定性，通過注漿提高圍巖的承載力，提高了洞口圍巖的穩定性。而超前小導管可以確保在軟弱圍巖開挖時掌子面的穩定。超前錨桿改變了圍巖的受力狀態，能提高圍巖的整體承載力， 可避免發生滑移、坍塌事故[8]。那現隧道采用的超前管棚、超前小導管等的超前支護措施，有效的保證隧道施工的安全。

參考文獻

[1] 陳崢，何平，顏杜民，等.超前支護下隧道掌子面穩定性極限上限分析[J].巖土力學，2019（6）：1-9.

[2] 劉泉聲，高瑋，袁亮.煤礦深部巖巷穩定控制理論與支護技術及應用[M].北京：科學出版社，2010.

[3] 薛琦.復雜地質條件下巷道過斷層支護技術[J].煤炭與化工，2019，42（1）：50-52.

[4] 曹文華.城市隧道施工中的超前管棚支護技術[J].建設科技，2018（1）：110-111.

[5] 陳德才.公路隧道中管棚支護施工技術探討[J].中國戰略新興產業，2018（28）：207-208.

[6] 唐冰生，李九超.軟弱圍巖小凈距公路隧道施工中超前小導管施工技術[J].公路交通科技：應用技術版，2019，15（1）：235-236.

[7] 陳志廣.隧道內超前小導管長度確定探討[J].鐵道勘察，2018，44（5）：62-66.

[8] 高振.超前錨桿支護技術在破碎巖體巷道施工中的應用[J].世界有色金屬，2018（14）：225-226.