軟弱圍巖隧道初期支護施工質量控制探討

摘要：文章結合工程實例，對復雜環境下軟弱圍巖隧道采取初期支護施工質量控制措施，有效地解決了在初期支護施工中存在的超前小導管施工不到位、錨桿支護不符合設計要求、鋼筋網安裝不標準、鋼架加工和安裝不規范等施工問題，不但能夠提升初期支護施工的效率和質量，而且整體效果也比較突出，對今后復雜環境下軟弱圍巖隧道施工有很好的參考借鑒作用。

關鍵詞：軟弱圍巖;隧道;初期支護;質量控制

0 引言

隨著我國現代化建設的不斷發展，高速公路建設與行業發展的速度也越來越快，在山區建設高速公路隧道的數目也隨之不斷增長。在隧道施工的過程中，初期支護可以起到保護圍巖的作用，它可以及時封閉圍巖，避免圍巖因為長時間的裸露，受水、空氣等影響發生風化、水化而導致坍塌。初期支護主要包括鋼筋網、錨桿（管）、鋼架和噴射混凝土結構。由于初期支護是隧道的主要承載結構，是施工安全的重要屏障，其重要性不言而喻。但在一些地質情況較為特殊的山區尤其是軟弱圍巖初期支護施工過程中，因隧道所處地質條件、圍巖穩定性不同，容易造成隧道初期支護出現開裂、剝落、掉塊，型鋼拱架出現嚴重扭曲、彎折、剪斷等變形現象，導致初期支護斷面侵入二次襯砌甚至侵入凈空，甚至有開通后隧道襯砌開裂、掉塊、崩塌和路基下沉等病害，對隧道壽命和安全已經造成了致命性的影響[1]。因此，在復雜環境下軟弱圍巖隧道初期支護施工過程中，必須分析實際工作中存在的問題，采取有針對性的措施，有效提升隧道初期支護施工質量，確保隧道施工順利進行。

1 工程概況

1.1 概述

天峨至北海高速公路黎明2號隧道起始樁號為AZK5+085～AZK7+145（2 060 m）/AYK5+065～AYK7+130（2 065 m），采用分離式隧道。隧道所在高速公路等級為雙向六車道，設計速度為120 km/h。隧道設車行橫通道2處，人行橫通道4處，緊急停車帶4處，正常道寬15.25 m，加寬道寬18.25 m，車行道凈高5 m。該隧道Ⅴ級圍巖連續長度最長達915 m，占隧道總長度的44%，因此屬于危險性較大的工程。

[=XQS（]軟弱圍巖隧道初期支護施工質量控制探討/黃庭華[=JP2]1.2 工程地質條件

黎明2號隧道區屬構造剝蝕丘陵地貌，山體連綿，地形起伏較大，地形地貌主要受地層巖性及地質構造控制，山脈走向多呈西北-東南向，與區域構造線走向基本一致，與隧道走向大致斜交。隧址區總體地勢南西低北東高，地面高程在319.6～453.5 m之間，最大高差約133.9 m，山澗溝谷發育，沖溝切割較深，多呈“V”型，沖溝坡度較大。山體自然坡度約30°～50°，局部較陡，約>50°，多覆蓋第四系殘坡積層。隧道進口地帶為斜坡，地形較陡，而出口為狹窄沖溝，溝中有水滲出，地形較陡。山上植被較發育，坡體上部主要種植松樹、桉樹等經濟林，未見滑坡、崩塌等不良地質。隧道進出口為Ⅴ類圍巖，隧道洞身為Ⅳ類圍巖。

本段隧道大部分屬淺埋，Ⅴ類圍巖為薄-中厚層狀強-中風化泥巖，局部夾砂巖，受構造影響，巖石裂隙發育，巖體多破碎呈碎石狀。物探出現圈閉狀低阻異常，洞身左側巖層產狀傾向洞身，洞身兩側裂隙走向與洞身走向小角度相交，巖體易坍塌崩落，圍巖穩定性極差，易出現冒頂、大坍塌等地質災害。地表水或裂隙水滲流，或豐水期裂隙水滲流，以淋雨狀出水為主。洞口段仰坡較陡，局部可見沿巖土界面發生小型滑塌，穩定性較差。Ⅳ類圍巖主要為薄-中厚層狀中風化泥巖，巖體多破碎，節理裂隙發育，巖層產狀與洞身左側形成切層順向邊坡關系，洞身兩側裂隙走向與洞身走向鈍角相交，巖體易坍塌崩落，圍巖穩定性較差，地表水或裂隙水滲流，或豐水期裂隙水滲流，以淋雨狀出水為主。由于隧道區軟弱圍巖數量較多，給施工帶來了很大困難，特別是軟弱圍巖段初期支護施工前期出現問題，成為本隧道施工的重點和難點。

2 軟弱圍巖隧道初期支護施工質量控制

2.1 初期支護施工存在的主要問題及原因

從前期施工情況來看，本隧道軟弱圍巖段初期支護施工質量不能滿足設計要求，存在的主要問題如下：

2.1.1 超前小導管施工不到位

主要表現在超前小導管外插角過大，未注漿或注漿不足等。

2.1.2 錨桿支護不符合設計要求

主要表現在錨桿數量、長度、外插角不符合設計要求;砂漿灌注不飽滿、不密實;未設置墊板或墊板與基面不密貼;錨桿錨固力不足等。

2.1.3 鋼筋網安裝不標準

主要表現在鋼筋網未隨巖面凹凸敷設;搭接長度不滿足規范要求，網格間距超標過大;鋼筋網與支撐結構連接不穩固;鋼筋保護層厚度不夠等。

2.1.4 鋼架加工和安裝不規范

主要表現在鋼架加工精度不高;焊接質量差，型鋼鋼架對焊和格柵鋼架與連接板焊接時無保護措施;焊縫不飽滿，電流過大燒主筋;連接板未按設計尺寸施作，孔眼采用焊割成孔，不規則;安裝時拼裝偏差過大，孔眼未對正，連接螺栓無法安裝;鋼架安裝間距超規范，豎直度不滿足規范要求;鋼架底部未落到實處，懸空或置于虛渣上等。

2.1.5 噴射混凝土質量問題

主要表現在厚度、強度不足;混凝土開裂、脫落、離層;表面平整度差，混凝土顆粒尖銳粗糙;仰拱端底部積水等。

2.2 初期支護施工質量控制措施

本項目針對以上的問題進行了一系列的防治措施，避免形成質量隱患、病害，以確保隧道初期支護施工質量滿足要求。

2.2.1 超前小導管施工不到位的防控措施

（1）本隧道小導管采用50 mm×5 mm熱軋無縫鋼管，每根長4.5 m，在前部管壁按梅花形布置溢流孔，孔徑為8 mm，孔距為15 cm，前端做成尖錐形，以方便插入已鉆好的導管孔[2]。小導管尾部長度1 m處不鉆孔作為止漿段，并在尾端焊接6.5 mm鋼筋加勁箍，防止施工時導管尾端變形。

（2）以槽鋼或角鋼制作的施工臺架作為施工平臺，人工使用風槍鉆孔。施作前先在掌子面噴一層5 cm厚混凝土作為止漿墻，按設計標出小導管位置，施工時隨時用鋼尺檢查鉆孔，以控制外插角在10°～12°。施工順序從拱兩邊向拱頂進行，提前預留注漿作業空間，鉆孔深度應大于鋼管長度。

（3）注漿前應對所有孔口安裝止漿塞，注漿順序從拱兩邊向拱頂進行，采用注漿機壓注注漿材料。注漿材料為水泥凈漿液，水泥漿水灰比為1∶1，注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa以內。注漿前先沖洗管內沉積物，在確認無塌孔和探頭石時，方可安裝注漿管。

（4）注漿結束時間應采用注漿終壓（1.5～2.0 MPa）和注漿量雙控制。拱腳的注漿終壓應高于拱腰、拱頂，具體數值根據現場試驗確定。為確保效果和控制注漿量，注漿量按照孔隙率為0.2計量，實際數量根據現場試驗的空隙率計算或實際注漿量為準計量，同時注漿時相對孔眼間隔開，不能連續注漿。注漿時注意修正一次注漿深度和導管長度。超前小導管與圍巖間出現間隙時，應采用噴射混凝土填滿。

2.2.2 錨桿支護不符合設計要求防控措施

（1）本隧道的V級軟弱圍巖段采用25 mm中空注漿錨桿，錨桿的抗拔力≥50 kN。Ⅳ級軟弱圍巖初期支護采用徑向22 mm藥卷錨桿，桿體采用HRB400螺紋鋼筋，錨墊板采用Q235鋼板，水泥砂漿≥M30，梅花型布置，錨桿的抗拔力≥80 kN。

（2）使用錨桿鉆機鉆錨桿孔。鉆孔前檢查工作面穩定情況，圍巖不平時采用M10砂漿填平。根據設計要求定出孔位，并根據巖體節理產狀確定錨桿的最佳方向。鉆孔應圓而直，孔口巖石整平，并使巖面與鉆孔方向垂直，用高壓風將孔內雜物吹凈，并對錨桿孔間距、深度、角度進行檢查。

（3）中空注漿錨桿孔內砂漿應飽滿密實，發現不滿需撥出重新注漿。水泥漿體強度達到10 MPa后方可上緊墊板螺母。藥卷錨桿插入時應注意旋轉，使藥卷充分攪拌，安設桿體后立即安裝墊板并上緊螺母。所有墊板應與基面密貼且連接穩固。

2.2.3 鋼筋網安裝不標準的防控措施

（1）本隧道采用8 mm鋼筋網，網格間距為（20×20）cm，按設計預先在洞外鋼構廠加工成型。鋼筋網在初噴混凝土后鋪掛，鋪掛時使鋼筋網沿巖面起伏鋪設，搭接長度≥30 d且不小于一個網眼尺寸。底層噴射混凝土的厚度為4 cm[3]。

（2）砂土層地段先鋪掛鋼筋網，沿環向壓緊后再噴混凝土;鋼筋網利用風鉆氣腿頂撐，以便貼近巖面;鋼筋網用錨桿或其他固定裝置連接牢固，與鋼架綁扎時，綁在靠近巖面一側。

2.2.4 鋼架加工和安裝不規范的防控措施

（1）本隧道采用Ⅰ25工字鋼鋼架，縱向間距為50 cm/榀，工字鋼間沿縱向用22 mm鋼筋連接，縱向連接筋環向間距為1.0 m。工字鋼鋼架按設計預先在洞外鋼構廠加工成型，采用冷彎機加工，加工時根據隧道的開挖方式及設計分段（節）加工。根據襯砌半徑及弧長相對應的角度算出弦長、弦高，然后根據相應參數用工字鋼加工一個模子，加工時把主筋彎好，再焊接上連接鋼筋、箍筋及連接鋼板。加工好后在地面進行試拼裝，若滿足設計要求則運至工作面進行施工，否則需分析原因，解決問題，直至滿足設計要求為止。

（2）鋼架與連接板連接部位應設置U形筋幫焊以確保焊縫長度足夠，連接鋼板規格尺寸應滿足設計要求，連接鋼板上螺栓孔應≥4個。應采用沖壓或銑切成孔，并清除毛刺，不得采用氧焊燒孔。

（3）安裝前分批檢查驗收加工質量。鋼拱架與巖面間安設鞍形混凝土墊塊，確保巖面與鋼架密貼、牢固。型鋼鋼架及時安裝，鋼架與圍巖之間噴射混凝土厚度≥4 cm，安裝完畢后立即噴射混凝土將其完全覆蓋。循環地開挖，型鋼鋼架之間用22 mm的鋼筋連接。上部鋼架落腳基礎部位必須在清除虛渣后將鋼架腳部鋼板安放在密實基巖上或臨時使用縱向槽鋼墊底（基礎承載力不足時）。

2.2.5 噴射混凝土存在質量問題的防控措施

（1）本隧道噴射混凝土采用C25混凝土，噴射混凝土原材料檢測合格后才能使用，嚴格控制拌和物的水灰比，噴射混凝土拌和物應無離析和泌水，粘聚性好。噴射過程中應及時檢查混凝土的回彈率和實際配合比，確保噴層表面平整光滑。

（2）噴射作業前檢查噴射斷面凈空尺寸，對噴射面進行清理，設置控制噴射混凝土厚度的標志。噴射作業時噴射速度要適當，噴嘴和噴射面保持適當距離，噴射角度與噴射面垂直，注意控制噴射厚度，并保持噴層厚度均勻。噴射完成后檢查噴射混凝土與巖面粘結情況，并測量其厚度和平整度。混凝土表面應平整，無空鼓、裂縫。

3 施工效果

本隧道在軟弱圍巖段初期支護施工過程中，及時對前期出現的質量問題進行分析研究，并針對性地采取一系列質量控制措施，有效地解決前期出現的問題，大大提高隧道初期支護的質量，平安渡過了軟弱圍巖段，縮短了隧道施工工期，減少了人員的投入，產生較好的經濟效益，受到監理單位、建設單位等的肯定。同時，也為項目施工安全質量提供了保障，加快了施工進度，確保了年度計劃的完成。

4 結語

綜上，本隧道采取的復雜環境下軟弱圍巖隧道初期支護施工質量控制措施，有效地解決了在初期支護施工中存在的超前小導管施工不到位、錨桿支護不符合設計要求、鋼筋網安裝不標準、鋼架加工和安裝不規范等施工問題，不但能夠提升初期支護施工的效率和質量，而且整體效果也比較突出，對今后復雜環境下軟弱圍巖隧道施工有很好的參考、借鑒作用。

參考文獻：

[1]姜春亮.軟弱圍巖淺埋隧道施工方法探究[J].交通世界，2020（10）：70-71.

[2]甘成功.隧道初期支護施工技術淺探[J].綠色環保建材，2019（1）：139，142.

[3]姜 萍.公路隧道初期支護質量保證技術措施[J].交通世界，2017（Z1）：93-94.