巖地層大斷面暗挖車站主動支護施工技術研究

寧凱飛

（中國鐵建昆侖投資集團有限公司，四川成都 610041）

0 引言

現階段，我國的施工單位在隧道施工時，都是以巖體力學研究理論作為依據，將圍巖自身的承受性能作為前提基礎。利用預應力錨桿以及噴射混凝土，對圍巖進行支護，嚴格把控圍巖的變形狀況，通過監測變形量指導施工。錨桿支護會對隧道施工的安全性造成巨大的影響，利用錨桿對圍巖進行加固，促使圍巖形成良好的拱形支撐結構。

1 工程概況

以錦江路車站施工項目作為研究案例。該項目隧道圍巖級別為V 級，屬于特大斷面暗挖隧道。車站主體采用雙層初支拱蓋法施工，站臺設計為地下兩層島式站臺。該項目起止樁號設計為YDK37+101.0—YDK37+317.0，標準段的寬度設計為19.90m，車站總建設長度設計為216m，總建筑面積設計為15619m2。車站兩側多為多層或高層房屋，房屋結構主要為磚混和混凝土框架結構，到主體結構的最小凈距約為5.7m。黃河路與錦江路交叉口設天橋，天橋樁基到主體結構的最小凈距約為2.4m。站址范圍內的管線大多分布于主體結構兩側，拱頂上方覆土較淺，施工期間對上部管線影響較大。拱部基本位于全風化泥巖地層，上覆地層較為軟弱，巖層走向與線路中線近乎平行，傾向線路右側?；娱_挖后，線路左側（基坑西側）存在順層問題，施工時易產生順層滑動、坍塌、掉塊等現象。

2 施工方案

該項目主要由一站兩區間隧道構成，其中錦江路車站設計采用暗挖作業方式。錦江路車站的開挖作業方式，采用大斷面非爆破開挖形式。具體的開挖方法為：雙側壁導坑開挖；隧道的支護形式為大管棚超前支護形式；蓋挖法進行強化支護，鋼拱架噴錨支護。

3 主動支護施工技術

3.1 大管棚超前支護

如若超前小導管無法對隧道拱頂部位的圍巖變形狀況進行控制，應該使用φ159 大管棚替換φ42 注漿小導管。在實際施工中，可以結合施工現場的具體情況進行確定[1]。

3.1.1 大管棚施工工藝流程

大管棚注漿作業的具體流程主要是：開挖斷面封閉—鉆孔作業—插打管棚—注漿作業—注漿質量檢測等。

3.1.2 大管棚加工與安裝

大管棚使用規格為φ159 的無縫鋼管，鋼管的前端需加工為尖錐狀，為施工人員提供施工便利，避免注漿過程中出現漿液前沖現象。大管棚的中間部位需要設置注漿孔，注漿孔的孔徑設置為φ8～12mm，注漿孔應該設置為梅花形，注漿孔的間距設置為20cm。在大管棚端部1m 范圍內，不鉆孔，避免注漿過程中出現漏漿事故。為了提高大管棚及鋼管樁的抗彎能力，在鋼管內增設鋼筋籠。鋼筋籠由4 根主筋和固定環組成，主筋直徑為18mm，φ76 固定環采用短管節，將其與主筋焊接，按1m 間距設置。

3.1.3 注漿設備及注漿材料

為保證注漿作業順利完成，可以使用FBY 雙液注漿機，進行單液注漿操作。

注漿材料使用普通硅酸鹽水泥。將清水倒入攪拌容器，再將標準比例的水泥加入攪拌容器，攪拌均勻，作為備用。漿液的備制量可以根據實際需求確定。

3.1.4 注漿順序

注漿作業應該沿著無水孔向有水孔注漿，按照間隔進行施作。在正式施工過程中，詳細記錄每一個環節，記錄的內容包括：導管長度、注漿壓力、注漿持續時間、漿液消耗量等，便于對后續路段的地質條件進行分析[2]。

3.1.5 注漿結束標準

單孔注漿作業完成的依據：

（1）注漿壓力不斷提高，當注漿壓力達到設計值以后，持續注漿10min；

（2）進漿量至少達到設計值的80%；

（3）進漿速度不超過初期進漿速度的25%。

3.1.6 質量標準

管棚施工質量管理標準可以參照表1 中信息所示。

表1 大管棚驗收質量標準

3.1.7 施工注意事項

（1）施工人員應該嚴格把控漿液的配合比及膠凝時間。當漿液的配合比確定后，可以利用漿液的膠凝時間對配合比進行調整，同時檢測漿液固結以后的強度，最后確定最佳配合比。

（2）注漿作業時，施工人員應該嚴格把控注漿壓力，保證注漿作業的終壓符合設計要求。當達到終壓設計值以后，持續穩定注漿壓力10min，保證漿液的擴散范圍符合設計及規范要求。需要注意的是，注漿壓力不得超過設計值，避免出現異?，F象。在施工過程中，如若發現異?，F象，可以采取以下有效措施：一是適當降低注漿壓力或采用間歇式注漿方法；二是注漿效果：通過進漿量或者揭露法檢驗注漿效果[3]。

3.2 初期支護

3.2.1 施工流程

具體的施工流程為：施工前的準備工作—布設注漿孔—鉆孔—插打錨桿—注漿作業—預應力張拉—施工質量驗收。

3.2.2 鉆孔

（1）鉆頭選擇。預應力錨桿的桿徑設計為44mm，鉆頭使用45mm。結合實際情況，部分錨桿的安裝存在較大的難度，需要額外施加外部作用力。實際施工時，殼頭膠帶受到損壞，導致殼頭張開，無法直接安裝，即使安裝也不符合質量要求；使用51mm 的鉆頭進行鉆孔作業，成孔的孔徑為53mm，插打錨桿以后，由于孔徑偏大，導致殼頭無法完全張開；使用48mm 的鉆頭進行鉆進作業，成孔的孔徑大概為50mm，預應力錨桿安裝比較順利。由此可以確定，鉆頭直徑應該適當的大于殼頭直徑3～4mm，孔徑應大于殼頭直徑5mm。

（2）鉆孔順序。鉆孔作業應該自上而下進行，使用手持風動鑿巖機設備進行鉆孔。使用三臂鑿巖機的1、3 號臂作業中，應該將孔位的間距設置為1～2 個錨桿。

（3）清孔。成孔作業完成以后，應該及時清孔。使用高壓風清孔，保證孔內不存在碎屑、雜土等。

3.2.3 錨桿安裝

在插打錨桿之前，可以先組裝錨桿，并檢查錨桿端部的殼頭扎帶是否損壞。如若發現扎帶損壞，應該立即更換，并重新組裝錨桿。

3.2.4 注漿

正式注漿之前，先安裝注漿接頭。使用KBY-50/70 型號的設備進行注漿，注漿的順序為由下向上。使用攪拌設備直接攪拌漿液，根據施工現場的實際需求量進行攪拌，漿液的水灰比設置為1∶1。按照注漿效果，不斷對注漿的技術參數進行合理調整，保證注漿質量。注漿壓力控制在0.5～1MPa，在注漿過程中，需要對注漿漿液的抗壓強度進行檢測。

3.2.5 錨桿張拉

當錨桿安裝就位以后，施工人員旋轉錨桿并向外拉，拉出桿件。在這個過程中，殼頭會張開并與巖壁充分咬合。

3.3 拱蓋施工

車站大拱蓋左右導洞采用定制臺車施工。導洞拱蓋臺車大樣如圖1 所示。

圖1 導洞拱蓋臺車大樣圖（單位：mm）

左右中導洞采用拼裝臺架，其中鋼模體系由長1000mm 厚50mm 的小鋼模板組成，鋼板內側1000mm均布18#工字鋼，型鋼垂直分布于工字鋼下150mm×150mmH 型鋼。螺桿體系由6 根可調節式φ80 螺桿（3 根豎直分布，3 根斜向分布）組成，基座由25b 工字鋼焊接而成。拼裝臺架大樣如圖2 所示。

圖2 拼裝臺架大樣圖

3.3.1 施工工藝流程

初支平整（背后注漿）—測量放樣—安裝臺車（拼裝臺架）—安裝拱架—澆筑混凝土。

3.3.2 施工方法

（1）初支平整：拱蓋施工前，首先進行初支背后注漿工作，并對初支表面各滲漏點進行重點注漿堵水，完成初支背后注漿工作。

（2）測量放樣：拱蓋施工前，測量人員對拱蓋位置進行復核，并對左右導洞臺車進行復核和驗收，臺車中線及輪廓線需符合要求。位置復核確認前，不得進行拱蓋施工。

（3）拼裝臺架

（a）仰拱澆筑或者平整安裝場地，找到隧道中心線，然后按臺車門架中心尺寸鋪設枕木，縱向每50～80cm 鋪一個（枕木型號根據設計定）；再把軌道放在枕木上，調直軌道；測量2 根軌道之間的寬度，必須與設計門架寬度符合，誤差不能大于10mm。

（b）把行走輪組吊到現場，調整前后距離放好；吊下縱梁放置在行走輪組上，用螺栓連接鉸耳座板；再把下縱梁和行走輪組吊起，放置在軌道上；利用工地上的鋼管、角鋼、槽鋼，支撐下縱梁。以同樣的方法組裝另一邊的下縱梁，在吊車起吊時，調整下縱梁的前后方向和左右寬度，使2 根下縱梁在同一斷面上，符合門架中心寬度，然后加固支撐下縱梁。

（c）把門架立柱和門架橫梁組裝好，一起吊起，放在下縱梁上，調整距離，用螺栓固定。把門架全部組裝完后，組裝門架縱向連接梁，然后組裝剪刀架。把所有門架部件組裝好后，旋緊所有門架上的螺栓。門架上的所有螺栓必須牢固，不能有松動。

（d）在門架橫梁上鋪設模板，繼續組裝上縱梁。把上縱梁安置在相應位置，調整好尺寸。

（e）把上部小立柱分別組裝在弦梁的相應位置，用吊車吊至上縱梁上，采用螺栓連接上縱梁、弦梁。所有上部小立柱和弦梁組裝完畢，調整弦梁對角尺寸，控制在10mm 之內。固定上縱梁，上部部件組裝完畢。調整鋪設木板，采用鐵絲綁扎木板，便于施工人員行走，組裝和調整模板方便、安全。

（f）組裝頂模板。先吊長頂模板，至上部對好，模板連接盒與小立柱、弦梁，采用螺栓連接。然后吊短頂模板，至上部對好，模板連接盒與小立柱、弦梁，采用螺栓連接。按此方法把所有頂模板組裝完畢后，調整模板與模板之間連接縫隙。模板調平后，旋緊連接螺栓固定，旋緊連接盒與小立柱、弦梁之間的螺栓。把所有頂模板調整好后，準備組裝邊模板。

（g）組裝邊模板。首先把邊模板按順序吊起，吊至頂模板下，對好鉸耳位置，采用銷子連接。穿好兩邊銷子，進行下一塊邊模板組裝。以此方法組裝好所有邊模板，將邊模板連接梁吊至相應位置，用螺栓連接固定好。把所有邊模板連接梁組裝完畢，開始調整邊模板，按照頂模板的調整方法調整邊模板。

（h）邊模板調整完畢后，將液壓站吊至操作平臺上，加液壓油，接通臺車上的電源。然后組裝頂升油缸、平移油缸、邊模油缸、鋪設油管，連接油管。油管連接完畢后，調試液壓系統至正常，掛絲桿千斤、基礎千斤，臺車組裝完畢。

（i）臺車進場需報檢驗收，驗收合格后方可進場安裝。臺車安裝由廠家專業技術人員進行。安裝完成后，須進行整體驗收，包括臺車中線、輪廓線等。驗收合格后，投入拱蓋施工使用。

4 結語

綜上所述，在面對大斷面暗挖施工項目時，可以利用大管棚超前支護和預應力錨桿施工技術對隧道拱頂進行試壓，取得良好的應用效果。對大管棚和預應力錨桿的適應性進行技術可行性研究，期望能夠提高我國的隧道建設水平，促進我國的交通行業獲得良好的發展。