軟弱破碎圍巖隧洞初期支護侵限處理措施

王傳寶

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧沈陽 110003）

1 工程概況

大伙房輸水一期D&B4標段位于工程位于遼寧省本溪市桓仁縣華來鎮(zhèn)拉古甲村，合同主體工程為輸水隧洞工程。輸水隧洞長2 769.72 m，樁號18+841.10-21+610.82；縱坡i=0.33‰。

2 洞室侵限問題

9號洞下游主洞樁號19+729.2～19+788.0 m段初期支護于2008年6月施工完畢，2008年8月對其進行斷面復(fù)測，發(fā)現(xiàn)存在大范圍的侵限現(xiàn)象。

19+729.2～19+769.6 m段侵限主要集中在水流方向的左側(cè)，自中線開始向左側(cè)至拱腳處，侵限量在32～59 cm之間；19+769.6～19+783.0 m段左側(cè)侵限量在58cm～157cm之間，右側(cè)侵限量在0～19cm之間，拱部侵限量在0～136 cm之間，其中19+775.2處左側(cè)侵限量最大；19+783.0～19+788.0 m段侵限集中在左側(cè)，侵限量在46～149 cm之間，右側(cè)無侵限。

3 原因分析

該施工段為凝灰?guī)r的破碎帶，強風化～弱風化，巖質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面多呈張開狀，夾有泥質(zhì)或巖屑，圍巖破碎～較破碎，地下水豐富，開挖后揭露的圍巖難以自穩(wěn)，Ⅴ類圍巖；洞室周邊巖體破碎且?guī)r石強度低，系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿無法提供有效拉力，進而無法與型鋼及噴混形成支護體系；初期支護變形在下臺階施工時即發(fā)生，現(xiàn)場無仰拱封閉施工時間；

該段洞頂埋深200～220 m，洞頂埋深大，地應(yīng)力較高，造成仰拱的初期支護無法形成有效支撐，變形嚴重，局部初期支護侵限達1 m以上。

4 洞室侵限處理設(shè)計

針對現(xiàn)場實際情況，參建各方確定采用如下處理措施：首先對洞周進行徑向注漿加固，再對侵限部位鋼支撐進行拆除、處理欠挖并重新支立鋼支撐，然后進行系統(tǒng)的錨噴支護；在施工過程中持續(xù)做監(jiān)控量測，以監(jiān)控施工期圍巖的穩(wěn)定情況，保證施工期安全。

4.1 徑向注漿加固[1]

對變形段樁號19+773.6～19+764.8 m范圍內(nèi)全周進行徑向注漿加固，注漿采用?42的小導(dǎo)管（無縫鋼管），長度L=4.50 m，環(huán)縱向間距100 cm×100 cm，梅花型布置。加固漿液為水泥凈漿+添加劑，添加劑為速凝劑和減水劑，以加速漿液的凝結(jié)時間、提高漿液濃度，達到“早凝高強”的目的。水灰比0.5∶1，0.8∶1，注漿壓力為0.30～0.50 MPa。

4.1.1 鉆孔

將小導(dǎo)管孔的孔位按照設(shè)計位置用紅油漆標出，鉆孔位置根據(jù)放樣進行，鉆孔的方向為隧道斷面徑向，孔徑為50 mm。

鉆孔時避免鉆桿擺動等因素，保證孔位順直。鉆至設(shè)計孔深后，用吹管將碎碴吹出，注意避免塌孔。

4.1.2 裝管

裝管前，先將?42鋼管加工成鋼花管。小導(dǎo)管的孔口用錨固劑固牢，外露15 cm以便于注漿操作。

4.1.3 注漿

注漿按自下而上，間隔的順序進行。注漿前加工連接球閥用的絲扣管、變徑接頭。注漿前將?42絲口管焊接在管尾，安上球閥。

小導(dǎo)管注漿采用注漿機，水泥漿攪拌先稀后濃。止?jié){采用球閥止?jié){，注漿結(jié)束標準為：注漿壓力達到0.50 MPa，即可停止注漿。停止時先停泵再關(guān)閉球閥，最后清洗管路。采用分級升壓法，注漿過程中，將壓力分為兩個階段，分級升壓注漿。

4.1.4 注漿參數(shù)

采取全孔一次性注漿方式進行加固。徑向注漿漿液流動度保持在30 min以上，注漿壓力為0.30～0.50 MPa。按每100 L材料用量，漿液配比，見表1。

表1 變形段徑向注漿加固漿液配比kg/100 L

4.2 欠挖處理

測量人員定出隧道中線和開挖輪廓線，用紅油漆按鉆爆設(shè)計圖畫出炮眼位置。開挖輪廓線內(nèi)巖體，進行機械開挖并人工修整成型，必要時進行松動爆破，嚴禁放大炮一次性處理。欠挖處理時，在開挖輪廓線外擴大5 cm作為預(yù)留變形量，防止換拱后初期支護變形再次侵限的可能性。

4.2.1 鉆爆設(shè)計

該段地質(zhì)所屬Ⅴ類圍巖，全斷面施工，循環(huán)進尺0.60 m。鉆爆布孔僅鉆設(shè)周邊孔，局部欠挖較大或爆破困難地段根據(jù)面積大小增設(shè)若干輔助眼。周邊眼外插角控制在2°～3°，保證眼底不進入開挖輪廓線內(nèi)。周邊眼采用間隔裝藥。

輔助眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，所有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞長度一般不小于25 cm。

4.2.2 鉆孔

周邊孔鉆孔精度要求較高，由經(jīng)驗豐富的操作員操作，孔口誤差不大于5 cm。周邊孔在斷面輪廓線上開孔，外插角要嚴格控制，盡可能使前后兩排炮交界處臺階減小。同時根據(jù)掌子面圍巖情況調(diào)整鉆孔深度，以使孔底基本處于同一斷面上。

4.2.3 清孔裝藥

采用軟管輸入高壓風吹出孔內(nèi)殘渣和泥漿。裝藥按不同炮孔裝藥，按自上而下順序裝填，雷管要分段對號入座。炮孔按規(guī)定藥量裝藥后，炮口用炮泥堵塞。周邊孔裝藥量較小，用竹片固定藥卷，用導(dǎo)爆索、非電毫秒雷管起爆；輔助孔和掏槽孔采用連續(xù)裝藥，用非電毫秒雷管起爆。

4.2.4 斷面檢查

開挖完成,對局部需要處理的欠挖部分視其大小,采用補爆或?qū)Ｈ死蔑L鎬鑿除，保證開挖斷面凈空尺寸。

4.3 拱架施工

換拱作業(yè)采用多功能作業(yè)臺架全斷面施工，每循環(huán)處理1榀，自105+351.2向下游逐榀施工。換拱作業(yè)采用人工鑿除、輔以松動爆破方式進行。

徑向注漿加固達到一定強度(2)和鎖定錨桿施作完成后，開始欠挖處理及換拱，支護參數(shù)均按照設(shè)計要求（拱架縱向間距0.60 m）施作。

4.3.1 榀換拱步驟

將臺架移動到位后，人工使用風鎬清除噴射混凝土，割掉鋪設(shè)的鋼筋網(wǎng)和連接鋼筋，隨后通知測量放線，按預(yù)留變形量后的開挖輪廓線用風鎬進行開挖。19+729.2～19+758.0 m段在需換拱部位的兩端拱架50 cm處打設(shè)2根3.5 m長?25鎖定錨桿；19+758.0～19+796.6 m，19+783.0～19+788.0 m段在拱部拱架割除部位右側(cè)50 cm處打設(shè)2根3.50 m長?25鎖定錨桿；19+796.6～19+783.0 m段，拱部全部及左側(cè)全部拱架拆除。切割拱頂侵限的拱架，安設(shè)新拱架，對已更換拱架進行系統(tǒng)支護，施作連接鋼筋，掛鋼筋網(wǎng)，打錨桿，最后噴射C30混凝土至設(shè)計厚度。

隧洞拱架在加工場集中制作，運至現(xiàn)場后人工安裝。拱架為HW150型鋼拱架，間距600 mm。19+729.2～19+758.0 m段，型鋼加工以設(shè)計尺寸擴大5 cm加工，105+380～105+410段型鋼加工以設(shè)計尺寸擴大15 cm加工。

19+729.2～19+758.0 m段將需換拱處的單節(jié)或多節(jié)拱架拆除，利用連接板正常連接；19+758.0～19+769.6 m，19+783.0～19+788.0 m段，原有拱架剝除噴射混凝土后，自正拱頂利用氧氣乙炔割斷，右側(cè)不拆除部分將噴射混凝土鑿除50 cm，以利于拱架連接，現(xiàn)場在不拆除拱架上割2個孔，用夾板與新?lián)Q部分連接，見圖1。19+769.6～19+788.0 m段右側(cè)，在原拱部與邊墻連接處拆除，利用連接板正常連接。

圖1 拱架連接示意圖

4.3.2 施工方法

拱架制作：按照設(shè)計尺寸，工字鋼采用冷彎機加工，將型鋼冷彎成形，并做到加工尺寸正確，弧形圓順，焊縫高度控制在9 mm，翼緣為12 mm，拱架加工考慮施工誤差5 cm及一半的變形量。鋼架加工后進行試拼檢查，各單元用螺栓連接的螺栓孔中心間距公差不超過±0.50 mm，鋼架平放時，平面翹曲小于±2 cm，拱架拼裝尺寸與設(shè)計輪廓誤差控制在±3 cm。

拱架安裝：由下向上，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸分節(jié)調(diào)整到位，加固安裝下一節(jié)。測量組施工前至少放樣2組中線水平點，便于施工引用和拱架定位。拱架檢查合格后安裝縱向連接鋼筋，拱腳和邊頂拱分別設(shè)置?25鎖腳錨桿。19+758.0～19+788.0 m段，鋼拱架拱腳處增設(shè)撐靴，以加強拱腳處受力條件。

4.3.3 施工技術(shù)措施

拱架基腳位置預(yù)留0.15～0.20 m原地基，架立鋼架時挖槽就位，每節(jié)拱架拼接安裝時按要求設(shè)置墊板。在拱架基腳處墊實，各單元栓接牢固，調(diào)整位置和高度，保證與隧洞中線垂直，并與鎖腳錨桿、鎖定錨桿焊接牢固。

4.4 超前小鋼管

超前小鋼管于19+758.0～19+788.0段施工，每2榀拱架施作一次，根據(jù)前方2榀待換拱的部位進行布設(shè)。超前小鋼管為?32無縫鋼管，長度3 m，環(huán)向間距30 cm，在新更換的鋼拱架背后施作，鉆孔外插角為25°。

4.5 鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)

隧洞拱墻初期支護鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑8 mm、網(wǎng)格尺寸150 mm×150 mm。鋼筋網(wǎng)片在洞外鋼筋加工場地加工成型，現(xiàn)場人工安裝，采用電焊與錨桿和鋼架等支護結(jié)構(gòu)固定牢固，網(wǎng)片間搭接長度符合規(guī)范要求，且不小于150 mm。

4.6 錨桿施工

系統(tǒng)錨桿拱墻范圍布置，1 m×1 m（縱×環(huán)）梅花形布置。

錨桿鉆孔：按設(shè)計用紅油漆標出錨桿孔口位置，采用風動鉆機進行鉆孔，鉆孔直徑為42 mm。鉆孔完畢后用高壓風清孔，并檢查錨孔是否平直暢通，不合格者重新鉆孔。錨桿孔位偏差不大于50 mm，孔洞保持直線并與初噴面垂直，孔深不得小于設(shè)計長度。

錨桿安裝：將錨桿旋轉(zhuǎn)插入孔中。錨桿深入孔底，將止?jié){塞推向孔口處，塞入孔內(nèi)，安上墊板和螺母，按照需要采用錨固劑對孔口進行密封，桿體露出面的長度，不大于噴層厚度。

4.7 噴射混凝土

初期支護采用C30W10型噴射混凝土，厚度200 mm；噴射混凝土施工采用濕噴混凝土工藝，設(shè)多臺濕噴機同時作業(yè)。除速凝劑外包括水在內(nèi)的所有集料均在送入噴射機前拌和制備完成，液態(tài)速凝劑在現(xiàn)場通過裝有自動計量的系統(tǒng)加入濕噴機內(nèi)。

選用兩臺TK-500型濕噴機同時作業(yè)，人工輔助。噴射前對噴射面進行檢查，清除巖面浮石、墻角石碴和堆積物，用高壓風水沖洗受噴面。

噴射作業(yè)分段、分片，由下而上的順序進行，分層噴射，邊墻每層厚度按7～10 cm控制，拱部按5～8 cm控制，后一層在前一層混凝土終凝后進行，直至復(fù)噴到設(shè)計厚度。噴嘴與受噴面保持垂直，距受噴面0.60～1 m，噴射機壓力不小于0.20 MPa。

5 監(jiān)控量測

施工中的監(jiān)控量測是施工安全的保障，隧道換拱地段監(jiān)控量測每隔2 m進行布點監(jiān)測，同一斷面上、中、下導(dǎo)各設(shè)置兩測點用于圍巖收斂量測，拱頂設(shè)置一沉降觀測點。

欠挖已經(jīng)處理段監(jiān)控量測點采用在鋼筋上固定反光片的方式，鋼筋埋入圍巖中，反光片露出初支面并朝向觀測方向。施工前，在洞內(nèi)該段初期支護鋼架上布置監(jiān)控量測點。周邊收斂、拱頂下沉各項目測點盡量集中斷面布設(shè)，以便量測成果分析。在換拱施工完6 h內(nèi)進行第一次觀測，儀器采用激光全站儀，觀測頻率為每天2次，直至二襯完成后為止。

6 結(jié)語

通過在換拱期間加強監(jiān)控量測，當總變形值超過10 cm或變形大于2 cm/d時，立即停止換拱作業(yè)、設(shè)置?300鋼管斜撐或豎撐以抑制變形，必要時二次注漿加固地層；嚴禁一次拆除兩榀及兩榀以上鋼架，每次拆除一榀，待新鋼架閉合，且噴射混凝土達到一定強度時后方可拆除下一榀鋼架。用時40 d，圓滿完成了施工任務(wù)，對類似工程具有借鑒意義。

［1］張安睿.山?jīng)_新村隧道初期支護變形侵限分析及處治［J］.黑龍江交通科技，2016（1）.

［2］王書濤，李光輝.樺皮嶺隧道初支侵限段換拱施工技術(shù)研究［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2016（1）.

［3］李日成.淺談隧道軟巖侵限段換拱處理［J］.廣東土木與建筑，2015（2）.