大坡度條件下洞口防護和洞內支護技術的應用

翟澤威

(江西省水利水電建設集團有限公司，南昌 330000)

0 引 言

隧洞是供水工程的主要組成部分，經常需要穿越特殊地質條件，在大坡度條件下，隧洞施工的難度會大幅度提升，過去隧洞施工中，比較重視隧洞口周圍情況的清理和防護，在洞內支護多采取單一的支護方式，雖然可以降低施工成本，提升經濟效益，但不利于保證施工的安全及質量。基于此種情況，在甘肅省引洮供水二期工程11#隧洞施工中不僅重視洞口防護，同時加強了進洞防護和洞內支護。在洞內支護中采取了多種支護技術相互聯合的方法，取得了良好效果，具體施工如下。

1 工程概述

甘肅省引洮供水二期主體工程施工第51標段11#隧洞樁號28+955.29-30+583.0，長1627.71m，11#隧洞出口位于北家岔沖溝底部，隧洞出口樁號為30+583.0，隧洞出口底高程為1736.8m。11#隧洞出口邊坡下部基巖裸露，為新近系泥巖，表層風化巖體<2m；上部為馬蘭黃土，邊坡靠前緣山體表面無牽引、卸荷裂隙發育，自然狀態下邊坡整體穩定，但自然邊坡的坡度較大，約75度、局部接近90度，特別是上部土層邊坡局部倒懸，受振動、擾動影響后較易發生滑塌，威脅下方施工作業的人員和機械設備安全，存在較大的安全隱患，需要采取邊坡被動防護措施。隧洞出口原始地貌圖如圖1所示：

圖1 隧洞出口原始地貌圖

2 大坡度條件下洞口防護施工技術

2.1 隧洞洞口坡面防護技術

在甘肅省引洮供水二期工程11#隧洞施工中，為保證施工的安全性，促使各道工序能夠高效、安全、有序的開展，需要對洞口頂部、周圍的坡面進行全面防護。案例工程在設計圖紙中并沒有規定洞臉邊坡防護的范圍，以及具體的防護方式。因此，在具體施工中，需要在洞頂約10m高的位置，設置一層防護網，并對洞頂和洞口上下游范圍進行C20錨桿掛網噴混凝土，長度為12.8m，寬度為4.2m，選擇直徑為16mm，長度為1.0m的錨桿，按照1.5m的間距進行梅花形布置，再掛上規格為φ6.5@200mm×200mm鋼筋網，噴100mm厚C20混凝土進行固坡。

2.2 進洞防護技術

案例工程隧洞出口位置正好位于松散體巖層破碎處，一但受到外力的破壞，容易發生坡面滑塌問題。為解決此問題，本工程在具體施中，在進洞之前就在距離洞頂約1.0m高的位置，沿圓弧段拱頂布置了1排直徑為42mm的鋼管進行超前支護。洞口到洞外施工防護中采取了I16，間距為50cm的雙層鋼拱架，掛鋼筋網噴C20混凝土，形成明洞之后再進行進洞施工，控制明洞施工段的長度為4.2m，并在明洞洞口位置設置上混凝土擋土墻，以阻擋落石對施工人員和施工機械設備造成傷害。完成進洞之后，需要及時按照地質條件，設計加強段支護，具體的進洞防護措施如下：

1)在進洞之前需要沿著鋼拱架頂部高約1.0m的位置，用L=3m，環向間距為300mm，直徑為42mm的鋼管進行超前支護，為隧道開挖和支護施工營造良好的條件。

2)在洞口位置向洞口外搭設4.2m明洞，并在明洞洞口位置兩側和拱頂處設置C20混凝土擋土墻，其中明洞采取I16工字鋼全封閉雙層拱架，間距控制在50cm左右，兩層要錯開布置，相鄰拱架通過直徑為25mm的螺紋鋼進行連接。而外層拱架2榀型鋼腹板之間需要掛設φ6.5@200mm×200mm鋼筋網，并噴射20cm厚的C20混凝土，形成拱圈，內層鋼拱架需要采取2榀型鋼腹板間掛設上φ6.5@200mm×200mm鋼筋網，再噴射上16cm厚的C20混凝土形成拱圈[1]。

3)為防止拱架發生沉陷問題，設計洞口樁號往洞外方向4.2m明洞，以及C20混凝土擋墻位置都布設上厚度為150cm的混凝土基礎，在基礎中布置上2層φ25@200mm×200mm鋼筋，混凝土基礎與擋墻連接位置設置φ25@200mm×200mm，L=1m錨筋，錨入基礎深度0.5m。完成進洞之后，再按照現場地質條件選擇合適的設計支護型式。

3 大坡度條件下隧洞洞內支護技術

案例工程上部土層邊坡局部倒懸，受振動、擾動影響后較易發生滑塌，威脅下方施工作業的人員和機械設備安全，存在較大的安全隱患。因此，僅憑單一的洞內支護技術，難以保證施工的質量和安全性，需要綜合應用多種支護技術。

3.1 鋼支撐支護技術

鋼支撐支護技術是大坡度條件下隧洞洞內支護的主要技術，在應用此項隧洞洞內支護技術時，鋼支撐需要在加工廠按照設計要求進行分段加工成型，并且保證鋼支撐的聯結鋼板、螺栓螺帽、鋼楔等都準備到位。鋼支撐支護體系的安裝，需要裝載機和人工相互配合，分間斷采用聯結鋼板螺栓聯接牢固，內層和外層相鄰的兩榀鋼拱架需要采取連接筋焊接成一體[2]。尤其是外層鋼拱架架設完成之后要及時跟進混凝土噴射，以保證混凝土能夠全部覆蓋架設好的鋼架，等外層噴射的混凝土完成初凝之后，架設內層鋼架，再進行混凝土噴射，也要全覆蓋，從拱腳開始噴射，以免上部噴射的混凝土虛掩拱腳，影響拱腳的密實性和強度，造成拱腳穩定性不足，影響支護效果。

3.2 超前管棚支護

超前管棚支護也是洞內支護的主要方法，能夠提前穩定性的圍巖結構體系，即便是發生問題，也先由超前管棚來承受，以保證洞內施工人員和設備的安全。在案例工程中，超前管棚支護施工程序如圖2所示。

圖2 超前管棚支護施工程序

在進行鉆孔時采用手持風鉆進行鉆孔，鉆孔的各項指標都達到超前管棚支護施工的要求之后，再用高壓風管將鉆孔中雜物清理干凈。然后人工配合鉆機將鋼管打入鉆孔中，完成超前管棚施工。

3.3 掛網混凝土施工技術

在進行混凝土支護中可采取干拌的噴射方法，也可以選擇半濕拌的噴射方法，具體施工流程如圖3所示。

噴射支護所需的混凝土需要由拌合站進行集中拌和，再由自卸式三輪汽車運輸到指定位置后，用PZ-6噴射機進行噴射，由人工手持噴射嘴在移動式施工平臺上噴射混凝土，噴射時需要采取從下到上和分區段依次施工的方法。掛網噴射混凝土施工要選擇強度為C20的混凝土，外層噴射混凝土的厚度控制在20cm左右，內層噴射的厚度控制在16cm左右。鋼筋網格間距為200mm×200mm，鋼筋φ6.5mm。混凝土總設計噴層厚度≤5cm時分兩次噴射，>10cm時可分三次噴射。分層噴射時，后層噴射在前層混凝土終凝后進行，若終凝1h后進行噴射，則應先用風水清洗噴層表面。采用噴水養護，或薄膜覆蓋養護；噴水養護在噴射混凝土終凝后2h進行，養護時間≥d。當氣溫低于5°時不進行噴水養護。

圖3 掛網混凝土施工流程圖

3.4 模板施工方法

在案例工程施工中，混凝土施工中擋墻選擇了木質模板，細分為兩層進行安裝，包括上部和下部。模板安裝之前，應由專業的測量人員進行全方位測量，確定好測量人員放樣底部邊緣。擋墻上部模板選擇規格為1850mm×920mm×15mm的木質模板，并選擇100mm×100mm的木方作為內楞，間距控制在500mm左右，外楞由規格為φ48.3×3.6的鋼管橫向布置而成，間距控制在800mm左右，墻體兩側的模板主要是通過直徑為12mm的對拉螺栓連接而成，對拉螺栓布置間距控制為600mm左右。擋墻下部模板外側用φ48.3×3.6mm鋼管作外楞(橫向)布置，間距800mm，蝴蝶扣固定。內楞采用方木100×100mm方木(豎向)，方木間距500mm。模板內側用Φ12鋼筋斜拉，間距2000mm。具體的模板施工結構示意圖如圖4所示。

當模板施工完成之后，為保證總體的支護效果符合要求，需要對結構、位置、模板面的平整度、接縫的寬度等進行全面檢查和分析，經過監理工程師認證達標合格之后，才能進行混凝土澆筑。

3.5 混凝土澆筑

混凝土澆筑是隧洞洞內支護的主要工序之一，為保證澆筑效果，要做到分層澆筑，先澆筑混凝土基礎，再澆筑混凝土擋墻下部，最后進行混凝土上部擋墻澆筑。做好面的清理工作，經過“三檢”合格之后才能進行混凝土澆筑。擋墻上部需要按照設計情況開展鋼筋綁扎、模板安裝等工作，也要做好檢查工作。在混凝土澆筑之前，需要先鋪設一層厚度在2-3cm厚的水泥砂漿。再通過平鋪法進行混凝土薄層澆筑，保證進入倉面的混凝土布料均勻平整，嚴禁堆積過高。當混凝土強度硬化到設計要求之后，及時拆除模板。此外，混凝土澆筑結束之后，要及時跟進養護操作，本工程選擇了噴水養護方法，養護時間不能低于28d，為混凝土固化成型，營造良好的環境。

圖4 模板施工結構示意圖

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4 結 語

綜上，通過分析甘肅省引洮供水二期工程11#隧洞洞口防護和洞內支護技術，發現在大坡度條件下，存在很多影響施工和安全的因素，需要結合現場實際情況，做好洞口防護工作，并選擇合適的洞內支護技術。通常情況下，僅憑一種或者兩種洞內支護技術，可能無法滿足隧洞安全施工的要求，案例工程結合地質條件和設計要求，選擇多種支護技術聯合使用，經監測，隧洞各項數據均符合要求，可更好的保障施工質量和安全性。