擠壓型圍巖試驗段施工技術

張建英

中鐵二十局集團第三工程有限公司，重慶 401121

1 工程概況

蘭新鐵路第二雙線大梁隧道位于青海省門源回族自治縣，地處祁連山中高山區(qū)，平均海拔3600m～4200m，最高海拔為4430m，大梁隧道全長6550m，斷面152m2，為雙線特大斷面隧道。

試驗段（DK331+885～DK331+915）圍巖為炭質(zhì)板巖，受地質(zhì)構(gòu)造作用極強烈，板理呈薄片狀，擠壓明顯，有撓曲現(xiàn)象，巖質(zhì)軟弱，無水，巖石渣樣多呈碎屑狀，根據(jù)現(xiàn)場地應力測試報告，屬極高地應力區(qū)，現(xiàn)場判定為V級圍巖。

2 擠壓型圍巖處理前施工方案

試驗段前（即DK331+885～DK331+915），采取三臺階七步法開挖。初支采用全環(huán)工字鋼I20拱架及拱部φ42超前小導管加強支護，工字鋼架縱向間距0.6m，骨架半徑放大30cm作為預留變形量；超前預支護小導管縱向每2.0m一環(huán)(即拱部140°范圍），環(huán)向間距0.4m，每根長3.5m；縱向連接筋為Φ22鋼筋，連接筋環(huán)向間距1.0m；系統(tǒng)錨桿拱墻設置全長粘結(jié)型系統(tǒng)錨桿，拱部采用Φ22組合中空錨桿，邊墻采用φ22普通砂漿錨桿，單根長度均為4.0m，系統(tǒng)錨桿布置間距為縱向為1.00m、環(huán)向為1.20m；全環(huán)掛設單層鋼筋網(wǎng)片，規(guī)格為φ8×φ8，間距為20cm×20cm;噴射C30耐腐蝕性砼，噴射砼28cm厚。為防止鋼架落底失穩(wěn)，φ42鋼架鎖腳錨管每根長3.5m，最大跨以上每處接頭打設4根鎖腳錨管注漿錨固，鎖腳錨管并應與鋼架進行可靠連接。二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱墻厚度50cm，仰拱厚度60cm，按照Ⅴb-2型襯砌施作二次襯砌及鋼筋布置。

3 擠壓型圍巖處理施工方案

大梁隧道DK331+885～DK331+915試驗段開挖采取三臺階預留核心土法或三臺階臨時仰拱法。

初支全環(huán)工字H175鋼拱架及拱部φ42超前小導管加強支護，工字鋼架縱向間距0.8m，骨架半徑放大60cm作為預留變形量；超前預支護小導管縱向每2.0m一環(huán)(即拱部140°范圍），環(huán)向間距0.4m，每根長3.5m；縱向連接筋為Φ22鋼筋，連接筋環(huán)向間距由原設計的1.0m加密至0.5m；系統(tǒng)錨桿拱墻設置全長粘結(jié)型系統(tǒng)錨桿，拱部采用Φ22組合中空錨桿，邊墻采用Φ22普通砂漿錨桿，單根長度均為4.0m，系統(tǒng)錨桿布置間距為縱向為1.00m、環(huán)向為1.20m；全環(huán)掛設雙層鋼筋網(wǎng)片，規(guī)格為φ8×φ8，間距為20cm×20cm;噴射C30耐腐蝕性砼，噴射砼30cm厚。為防止鋼架落底失穩(wěn)，φ42鋼架鎖腳錨管每根加長至6m，最大跨以上每處接頭打設4根鎖腳錨管注漿錨固，鎖腳錨管并應與鋼架進行可靠連接。

二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱墻厚度50cm，仰拱厚度60cm，按照Ⅴb-2型襯砌施作二次襯砌及鋼筋布置。

4 試驗段施工技術

該試驗段采用三臺階預留核心土法開挖，以弧形導坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階共五個開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開、平行推進的隧道施工（必要時采用三臺階七步法施工）；各級臺階長度控制在3m～5m范圍內(nèi)，采用挖機、爆破錘開挖，人工配合風鎬、洋鎬及鐵鏟修補；同時保證無欠挖，便于拱架的安裝，嚴格控制超挖，拱部最大不超過15cm.邊墻平均不超過10cm。

上臺階高度不宜過高，開挖前采用超前支護，拱部140°范圍設置φ42小導管超前預支護，小導管長3.5m，環(huán)向間距0.4m，縱向間距2m。小導管錐形管頭，預留φ5mm小孔，呈梅花形布置，便于漿液擴散，讓拱部圍巖固結(jié)成環(huán)，從而讓圍巖整體性、穩(wěn)定性加強。

上臺階在開挖后，及時組織專業(yè)人員排除危石、高壓風清洗巖面，之后立刻進行混凝土初噴，旨在減小圍巖在開挖后在空氣中的裸露時間，同時可以減小圍巖松弛，及時為圍巖提供抗力；然后再用蟹爪式抓渣機配合自卸汽車出渣。

鎖腳錨管布置圖

初期支護采用增大的H175型鋼，間距為80cm/榀。鋼架加工應盡量平順，接頭焊接應先對焊、再兩側(cè)幫焊。鋼架與初噴表面應盡量密貼，如不密貼時，可以在縫隙區(qū)域增加5個～10個鋼楔，同時還應減少接頭數(shù)量，避免受到更多的剪切破壞；連接筋與連接筋之間、連接筋與鋼架之間應焊接牢固以保證形成一個統(tǒng)一的整體加強受力。立架過程要保證鋼架垂直，連接板處有空隙應用鋼板或鋼筋圍焊。鋼架在落腿、接腿中一定要將虛渣清理干凈，防止虛渣緊縮引起沉降過大、混凝土開裂。

系統(tǒng)錨桿的長度一定要大于圍巖塑性區(qū)的范圍，錨桿插入前事先在孔放入早強藥包。錨桿的施做應盡量與圍巖基面垂直，同時錨墊板應與圍巖密貼，錨桿頭應盡量露出長頭，以便與連接筋、鋼筋網(wǎng)片焊接形成聯(lián)合支護。

鎖腳錨管打設一定要緊靠鋼架兩側(cè)，并每組按與水平成45°夾角對稱頂入巖體（除下圖最上排鎖腳采用30°外），鎖腳錨管采用L型鋼筋將錨管與鋼架焊接牢固。鎖腳錨管一定注漿，否則圍巖的擠壓將使錨管受力能力減弱而不能有效地控制沉降。 混凝土噴射工程應螺旋地由下向上逐步垂直基面噴射，噴頭距受噴面距離最好控制在1.0m～1.3m之間，受噴面盡量密實，初支背后無空洞，尤其注意型鋼鋼架外側(cè)翼板后，若個別地區(qū)存在蹋腔則事先埋入注漿管，待初支強度達到要求后注漿。為防止縱向開裂，在圍巖極差地段預先埋入縱向伸縮縫。

盡快施做隧底支護，讓骨架盡早閉合成環(huán)，加強受力。同時仰拱、二次復合襯砌緊跟，和初支共同抵抗圍巖的沉降和收斂變形。

5 試驗效果對比

5.1 現(xiàn)場前后實際照片

試驗段前后照片比較：1）試驗段前：初支結(jié)構(gòu)（拱頂、拱墻）發(fā)生嚴重破壞，鋼架扭曲，混凝土開裂、剝落；2）試驗段：初支結(jié)構(gòu)完好，混凝土無裂縫。

5.2 圍巖監(jiān)控量測

表1 試驗段前監(jiān)控量測數(shù)據(jù)

表2 試驗段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)

表1、表2比較：無論是沉降值還是收斂值，表2的單日平均值、最大值均明顯小于表1。

圖1 dk331+870段圍巖沉降、收斂曲線圖

圖2 dk331+888段圍巖沉降、收斂曲線圖

圖1、圖2比較：無論是沉降值還是收斂值，圖2的曲線均明顯緩于圖1。

結(jié)論：通過試驗段前后的照片、圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及沉降、收斂曲線圖的比較表明，試驗后比試驗前的效果好，加大初支強度是可以有效地解決擠壓型圍巖施工后大變形、鋼架扭曲、混凝土開裂剝落等一系列的工程難題的方法之一。

6 關鍵控制點

1）開挖工法要求：施工中應嚴格控制臺階步距及臺階高度，各級臺階長度控制在3m～5m，采用機械開挖并人工配合，以減小對圍巖的擾動，嚴格控制循環(huán)進尺，及時進行初噴、支護；

2）單工序作業(yè)，仰拱及二次襯砌緊跟，避免初期支護侵限現(xiàn)象再次發(fā)生；

3）立架工程必須將拱腳底浮渣刨干凈，若拱腳底巖土極為松軟，對拱腳底進行C20砼換填；接腿時，上斷面拱架腳板位置固結(jié)的砼及洞碴塊，要使用掏耙將其清理干凈；接腿的時候禁止拋擲螺絲或工具，腿子和上面拱架要對接好，螺絲要上全，并且要擰緊；發(fā)現(xiàn)拱架傾斜、彎扭、變形等異常情形時，必須立即采取加固和防護措施；

4）必須抓緊各道工序之間的銜接，以避免圍巖長時間暴露。

7 結(jié)論

大梁隧道作為蘭新二線頭號重點控制性工程，大梁斜井更是集各種技術難題與一身，且高寒缺氧、環(huán)境惡劣。前期針對極高地應力擠壓型圍巖施工，加大初期支護力度，已經(jīng)取得了初步的成效。

該隧道在今后的施工中，更應該嚴格地按照規(guī)范施工，做到“弱爆破（盡量機械開挖）、少擾動、快循環(huán)、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，同時我們應加強超前地質(zhì)預報工作，從而減小施工的盲目性。

[1]朱永全，宋香玉隧道工程[M].2版.中國鐵道出版社，2007，8.

[2]GB/50218-94 工程巖體分類標準.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

[3]蘭新鐵路甘青有限公司會議紀要.