隧洞初期支護施工要點

■甘曉霞

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

隧洞初期支護施工要點

■甘曉霞

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

引洮供水一期工程，總干渠6#隧洞龔家寨標(biāo)段地質(zhì)條件復(fù)雜，施工技術(shù)難度大，為加快施工進度，確保安全生產(chǎn)，此工程隧洞初期支護采取了多種施工取得了不錯的效果，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，提出隧洞初期支護施工要點。

隧洞；初期支護；施工；要點

一、工程概況及工程地質(zhì)條件

（一）工程概況

引洮供水一期工程位于甘肅省中部，水源為位于甘肅省卓尼縣境內(nèi)的洮河九甸峽水利樞紐?？偢汕こ桃?guī)模為大（2）型，主要建筑物為Ⅱ等工程。

引洮供水一期工程6＃隧洞龔家寨標(biāo)段樁號范圍36+000～39＋900，標(biāo)段全長3900m，橫斷面型式為類馬蹄形，斷面尺寸4.72×4.93m（B×H）, 設(shè)計引水流量32m3/s，加大流量36m3/s，設(shè)計縱坡1/1500。

（二）引洮6#隧洞龔家寨段工程地質(zhì)條件

本標(biāo)段圍巖類別為：36+200.0～36+997.0段圍巖巖性為白堊系（K1hk4）褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉細(xì)砂質(zhì)泥巖夾灰綠、灰褐色細(xì)砂巖，巖體完整性較差，圍巖類別為Ⅴ類圍巖；在背、向斜核部（38+613.0～38+668.0段、39+470.0～39+537.0段）圍巖類別為Ⅴ類圍巖；其余洞段圍巖類別均為Ⅳ類圍巖。

本標(biāo)段隧洞洞身段地下水較發(fā)育，整個洞身段基本處于滴滲狀態(tài)，特別是在斷層部位有不均勻線狀流水，對洞身穩(wěn)定性及一次支護帶來不同程度的難度。

二、初期支護的功能及選擇

（一）初期支護的功能

初期支護就是，隧洞采用不同形式的掘進開挖后，受擾動、風(fēng)化、重力、應(yīng)力重分布等因素影響，在圍巖自穩(wěn)能力不足時，通過不同形式的支護措施，使圍巖處于短中期的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為初期支護。

為了使圍巖、初期支護有機成為一個受力整體，發(fā)揮其承載功能，同時為了安全生產(chǎn)，初期支護應(yīng)具有相應(yīng)的短中期（二次襯砌前）承載功能。初期支護包括噴混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)片、鋼拱架等，其基本功能如下：

施工期間控制圍巖的變形、掉塊、風(fēng)化、擠出及膨脹；隧洞開挖后與圍巖共同構(gòu)成承載外力的主體結(jié)構(gòu)；覆蓋圍巖，防止其風(fēng)化。

因此，隧洞開挖完成后，初期支護發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用，施工單位應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

（二）初期支護的形式選擇

根據(jù)圍巖類型及工程地質(zhì)條件不同，初期支護主要有以下幾種形式：

1.噴混凝土單獨應(yīng)用，基本適用于I類圍巖。

2.噴混凝土+隨機錨桿，基本適用于Ⅱ類圍巖。

3.噴混凝土+鋼筋網(wǎng)片+系統(tǒng)錨桿，基本適用于Ⅲ類圍巖。

4.噴混凝土+鋼筋網(wǎng)片+系統(tǒng)錨桿+鋼拱架，基本適用Ⅳ、Ⅴ類圍巖。

5.超前支護+噴混凝土+鋼筋網(wǎng)片+系統(tǒng)錨桿+鋼拱架，基本適用Ⅴ、Ⅵ類圍巖。

本工程主要為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，因此主要選擇后三種初期支護方案。

三、初期支護施工方法

（一）初期支護施工工藝

施工工序：超前支護（如需要）→洞身巖面預(yù)噴C20砼→打系統(tǒng)錨桿或隨機錨桿→掛設(shè)鋼筋網(wǎng)→架設(shè)鋼拱架→復(fù)噴C20砼至設(shè)計厚度。

根據(jù)設(shè)計圖紙及工程建設(shè)需要，本隧洞工程開挖采用光面爆破全斷面開挖法開挖，運輸采用裝載機裝渣自卸汽車運輸。初期噴錨支護，噴射的砼采用濕噴工藝。爆破開挖及初期支護采取24小時不停頓倒班循環(huán)作業(yè)，以保證工程質(zhì)量及工期。

（二）超前管棚支護要點

管棚采用Φ48鋼管在洞身頂拱按照徑向120度、間距30cm布設(shè)，每排小管棚穿過靠近掌子面的首榀鋼拱架腹板，起到連接作用。每循環(huán)開挖后采用加強鋼拱架支護，拱架架立間距60～100cm，拱架兩側(cè)布設(shè)L=2.5m22鎖腳錨桿各四根。

1.管棚加工制作。管棚鋼管在鋼筋加工車間車床上加工好絲扣，鋼管絲扣以粗絲為宜。鋼管棚四周鉆設(shè)孔徑15mm注漿孔，注漿孔間距15～20cm，呈梅花型布置。管頭切割成斜楔形，便于鋼管入孔。

2.鉆孔。鉆機平臺用爆破鉆機平臺臺車，鉆孔由兩臺鉆機由高孔位向低孔位進行。

隧洞出渣必須保證隧洞底板虛渣清理干凈，從而保證鉆孔臺車安放在穩(wěn)定的基巖上，防止鉆孔時平臺發(fā)生不均勻沉降、位移、傾斜等情況發(fā)生，導(dǎo)致不安全事故及鉆孔偏移、卡鉆等質(zhì)量發(fā)生。

現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)試驗所確定技術(shù)參數(shù)，用紅油漆標(biāo)識管棚施鉆位置。風(fēng)鉆支腿必須穩(wěn)定安放在臺車之上，鉆桿前進方向應(yīng)與參數(shù)試驗確定的方向平行，可以通過水平模型法確定錨桿前進方向。

為了便于安裝管棚鋼管，鉆頭直徑應(yīng)采用略大于管棚直徑的鉆頭。

鉆進時產(chǎn)生塌孔、卡鉆時，需補注漿后再鉆進。

3.清孔驗孔。將高壓軟管管頭送至孔底，清孔方向從孔底向孔口方向清理鉆渣，防止鉆渣堵孔。

用鋼尺現(xiàn)場檢測孔深，鉆孔數(shù)量是否達(dá)到技術(shù)要求，并作好現(xiàn)場檢查記錄。3.2.4管棚鋼管安裝

根據(jù)隧洞地質(zhì)圍巖條件，當(dāng)鋼管出廠長度達(dá)不到技術(shù)指標(biāo)要求時須接長鋼管，接長鋼管采用套筒絲扣連接。接頭斷面應(yīng)滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭在同一橫斷面上應(yīng)相互錯開，同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭位置至少應(yīng)錯開1m，從而保證管棚的受力達(dá)到要求。

4.管棚注漿。注漿根據(jù)現(xiàn)場隧洞地質(zhì)條件，如裂隙發(fā)育較差，巖石不完整時，可以采用水泥砂漿注漿。如施工工期緊張，可以采用純水泥漿注漿。注漿壓力及注漿時間根據(jù)圍巖類別試驗確定，施工時按試驗數(shù)據(jù)執(zhí)行，特別情況應(yīng)當(dāng)重新制定注漿方案。

若注漿量超限且注漿壓力無明顯變化時，應(yīng)調(diào)整漿液濃度后繼續(xù)灌漿，確保鋼管周圍巖體及裂隙充填飽滿，達(dá)到固結(jié)效果。

隧洞管棚注漿先進行兩側(cè)底壓力孔位的注漿，然后進行中間孔位高壓力孔位的注漿，以確定灌漿效果。

管棚注漿施工過程中，多次發(fā)生由于孔口堵塞不嚴(yán)密漏漿情況，造成注漿壓力不夠，注漿不飽滿或難以注滿。后續(xù)的開挖過程中發(fā)生圍巖剝落，管棚外露，外露管棚無砂漿包裹，致使管棚超前支護效果大打折扣。因此，我們在管棚施做前，噴射一層止?jié){墻，改善管棚注漿漏漿，注漿終壓達(dá)到設(shè)計要求，后續(xù)開挖支護過程中管棚超前支護效果顯著。

（三）錨桿制作及安裝要點

1.預(yù)噴混凝土和錨桿位置放樣。鉆進前，機械配合人工對危石、松動巖石進行撬挖，首先對開挖面預(yù)噴一層素混凝土，主要是為了防止巖石風(fēng)化，掉塊等事故發(fā)生，確保作業(yè)人員安全。系統(tǒng)錨桿位置放樣根據(jù)設(shè)計圖紙要求，用紅油漆進行標(biāo)識，隨機錨桿根據(jù)開挖后的掌子面對危險性較大的半松動巖塊，縱橫裂隙斷層等特殊危險部位進行標(biāo)識。系統(tǒng)錨桿孔位偏差應(yīng)控制在15～50mm。

2.鉆孔。第一，錨桿鉆孔根據(jù)現(xiàn)場所配置的機械設(shè)備選定，本工程采用氣腿式風(fēng)鉆鉆孔；第二，系統(tǒng)錨桿或隨機錨桿的鉆孔孔位方向應(yīng)垂直于巖面，不易平行于巖面或裂隙。鉆孔深度達(dá)到設(shè)計要求。對巖石破碎帶或裂隙發(fā)育段，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況加大隨機錨桿的長度及密度；錨桿鉆孔的鉆頭直徑應(yīng)大于錨桿直徑，若采用“先注漿后安裝錨桿”的程序施工，鉆頭直徑應(yīng)大于錨桿直徑15mm以上，若采用“先安裝錨桿后注漿”的程序施工，鉆頭直徑應(yīng)大于錨桿直徑25mm以上；鉆孔完畢后，檢查孔深，孔深合格后用高壓風(fēng)清孔，確保孔內(nèi)無虛渣。根據(jù)圖紙及規(guī)范要求，錨桿孔深偏差值不大于50mm。

3.錨桿安裝。第一，砂漿錨桿安裝，清孔合格后，即可灌注水泥砂漿。水泥砂漿配合比由試驗室現(xiàn)場確定，一般控制在水泥：砂=1∶1～1∶2之間，同時根據(jù)巖石情況作動態(tài)調(diào)整。灌漿注漿管應(yīng)插至距孔底50～100mm，隨砂漿的灌入緩慢勻速拔出，錨桿插入后若孔口無砂漿溢出，應(yīng)進行補注，注漿壓力不大于0.4Mpa，灌注完水泥砂漿后，即可插入錨桿，錨桿外露20cm以上，以便于錨桿做拉拔試驗；第二，錨固劑錨桿安裝，浸水型卷式錨固劑，具有操作簡便、可靠，凝結(jié)時間短等特點，使用時對錨固劑進行浸泡，一般浸泡時間為60～90s。將浸泡后的錨固劑逐條逐次用錨桿或竹桿裝入錨桿孔內(nèi)并保證填實。錨固劑填至孔口后，即可插入錨桿，水泥砂漿錨桿或錨固劑錨桿，在錨固凝結(jié)前，均不得敲擊、碰撞、振動和拉拔錨桿。

（四）鋼拱架支護施工要點

1.鋼拱架一般采用I16或I18工字鋼作為原材料，制作采用彎拱機分段制作，分段連接采用錨墊板螺栓連接。鋼拱架制作完成后，現(xiàn)場拼裝，以確保鋼拱架不侵占混凝土設(shè)計斷面要求。

2.鋼拱架安裝采用裝載機配合人工進行。對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，拱架間距控制在50～80cm，即在掌子面兩側(cè)每50～80cm人工風(fēng)鎬清理虛渣或巖面，保證拱腳支護達(dá)到設(shè)計高程，拱架安裝從下至上分節(jié)安裝，安裝一節(jié)鎖定一節(jié)。特別是在拱架拱腳處兩側(cè)各采用四根水泥基藥卷錨桿鎖腳。各榀拱架之間采用Ф18～Ф22螺紋鋼筋焊接連接。 拱架安裝完成后，復(fù)核斷面尺寸，鋼支撐應(yīng)裝設(shè)在襯砌設(shè)計斷面以外，嚴(yán)禁超占設(shè)計斷面。

3.鋼拱架安裝應(yīng)定位準(zhǔn)確。并與超前管棚、錨桿、鋼筋網(wǎng)片、鎖腳錨桿焊緊，兩榀鋼拱間設(shè)縱向連接穩(wěn)定拉桿，環(huán)向間距根據(jù)地質(zhì)條件現(xiàn)場控制，連桿與拱架焊接牢固，形成一個整體穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。

4.鋼拱架按設(shè)計斷面尺寸加工，開挖過程中不可避免的存在超挖的隨機情況，因此，鋼拱架按設(shè)計斷面架設(shè)好后，鋼拱架與巖面必然存在超挖間隙，必須用尺寸不等的工字鋼或槽鋼進行頂支撐，頂支撐必須焊接在鋼拱架上，形成整體的支護承載系統(tǒng)。施工中，嚴(yán)禁采用木方等松軟材料方式加固頂拱部位的超挖空隙斷面。對于側(cè)墻所形成的超挖空隙斷面，可以采用漿砌片石、回填同標(biāo)號砼等方式進行回填襯砌。

5. 噴射混凝土。噴混凝土作為初期支護的基本構(gòu)件，具有支護速度快、初期強度高、支撐體系穩(wěn)定，其施工自由、靈活，能夠與開挖面形成緊密貼合的結(jié)構(gòu)層，隧洞開挖過后能夠立即施工作業(yè)，能夠為作業(yè)人員提供安全保障。

6.分層噴射時，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進行。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的粘結(jié)力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。

7.噴射混凝土作業(yè)時噴嘴應(yīng)與巖面垂直；噴嘴距巖面距離以0.6～1.2m為宜；噴射時，噴槍呈螺旋形運動。

8.噴射混凝土終凝2h后，應(yīng)噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7d；隧道內(nèi)環(huán)境溫度低于＋5℃時，不得噴水養(yǎng)護。

9.對于大面積洞段潮濕圍巖，噴射現(xiàn)場采用添加速凝劑的方式，以增加噴射混凝土的粘結(jié)性、提高混凝土凝結(jié)時間，達(dá)到快速封閉的目的。另外，禁止使用回彈料。

10.鋼筋網(wǎng)施工。在第一層噴射混凝土及錨桿安裝、鋼拱架施工完畢后，即可進行鋼筋網(wǎng)的施工作業(yè)。本標(biāo)段工程，頂拱180度范圍噴層中布設(shè)Ф6.5×200×200mm鋼筋網(wǎng)。

11.初期支護是安全保障。根據(jù)現(xiàn)場的經(jīng)驗，初期支護必須與圍巖成為一體，才能發(fā)揮其功能。這是最重要的施工原則。就是說，無論是噴混凝土，或是采用錨桿、鋼拱架支護，都必須與圍巖牢固地聯(lián)系在一起，形成結(jié)構(gòu)體，發(fā)揮初期支護作用。這也是對初期支護施工的基本要求。在其間不要留有空隙或空洞。這種空隙或空洞的存在，是隧洞結(jié)構(gòu)物潛在的缺陷，它對隧洞長期運營是有害的。必須在施工中預(yù)防處理好該缺陷，不要把因缺陷引起的安全隱患留給隧洞運營單位。這一點，從我們目前的技術(shù)水平來看，只要精心施工，技術(shù)到位是完全可以做到的。

四、結(jié)束語

引洮6#隧洞龔家寨標(biāo)段，在初期支護施工中根據(jù)現(xiàn)場情況，多種初期支護混合使用，聯(lián)合支護。為隧洞安全生產(chǎn)，運管管理創(chuàng)造了條件，初期支護取得了不錯的效果，本文的總結(jié)，為其他類似工程施工僅提供參考和經(jīng)驗。

（編輯：魏 翔）

甘曉霞，生于1978年，女，甘肅永登人，工程師，主要從事水利工程現(xiàn)場施工管理工作。