平陰東隧道超前支護(hù)方式及施工工藝研究

張策 王東

摘? 要：隧道超前支護(hù)是影響隧道安全快速施工的關(guān)鍵因素。本文以平陰東隧道為例，在充分調(diào)研工程地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，提出了采用超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前錨桿相結(jié)合的聯(lián)合超前支護(hù)模式，并分析確定了三種支護(hù)模式材料參數(shù)及施工工藝。本文對(duì)于類似工況條件下，隧道超前支護(hù)方式的合理選取及其相應(yīng)參數(shù)的確定提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：隧道? 超前支護(hù)? 施工工藝? 參數(shù)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（b）-0020-03

Abstract：The tunnel advanced supports are the key factor of the rapidity and safety in tunnel construction. The Pingyin Eastern Tunnel is taken as an example in this paper. The leading steel pipeline shed， lead small pipe and fore-poling bolt are used according to the engineering geology conditions， meanwhile， the material parameters and construction technologies are investigated. This research provides a reference to choose the advanced support method and parameter design reasonably in the similar engineering geology.

Key Words：Tunnel;? Advanced support;? Construction technology;? Parameters design

超前支護(hù)是一種保證隧道工程開挖工作面穩(wěn)定而采取的超前于開挖的輔助措施，主要包括超前錨桿、管棚、超前小導(dǎo)管注漿、超前深孔帷幕注漿等[1-2]。近年來(lái)，隧道工程建設(shè)逐年增加[3]，隧道超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用日趨廣泛，根據(jù)圍巖地質(zhì)條件、地下水情況、施工方法等確定超前支護(hù)方式，已成為影響整個(gè)隧道工程安全的關(guān)鍵因素。

本文以平陰東隧道為例，在分析其工程地質(zhì)情況基礎(chǔ)上，提出了超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前錨桿聯(lián)合的超前支護(hù)模式，并確定了相應(yīng)施工參數(shù)，以期為類似地質(zhì)條件下超前支護(hù)模式及參數(shù)選取提供參考。

1? 工程地質(zhì)概況

平陰東隧道位于濟(jì)南市平陰縣濟(jì)廣高速以東約350m處，隧道進(jìn)出口位于山坡下部，起訖里程樁號(hào)左幅：ZK5+020-ZK5+380，長(zhǎng)360m，右幅：YK4+975-YK5+335，長(zhǎng)360m，隧道最大埋深約38m，屬短隧道，洞軸線方位角約36°，隧道左右線間距28～42m，為分離式隧道。該隧道處于三級(jí)構(gòu)造單元魯西斷塊隆起之次一級(jí)構(gòu)造單元泰山斷凸帶的西翼，地層呈單斜構(gòu)造，屬巖溶裂隙發(fā)育區(qū)或破碎帶為主，其內(nèi)富含巖溶水，未發(fā)現(xiàn)溶洞。不良地質(zhì)作用主要為巖溶、崩塌及巖體構(gòu)造破碎帶，未發(fā)現(xiàn)滑坡、采空區(qū)等影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的其他不良地質(zhì)作用，未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的全新世活動(dòng)斷裂，不存在地震震陷、液化土層。

2? 超前支護(hù)措施及工藝

在分析地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，提出了采用超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前錨桿的聯(lián)合超前支護(hù)措施。

2.1 超前大管棚

超前大管棚采用Φ108mm，壁厚6mm的熱軋無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度為15m，呈環(huán)向布置，管棚環(huán)向間距為40cm，共41根。距開挖輪廓線3cm，外插角1°。導(dǎo)管前端呈V形尖錐狀，長(zhǎng)度15cm。鋼管注漿孔孔徑Φ12mm，孔間距10cm，孔眼交錯(cuò)布置，尾部3m范圍內(nèi)不鉆孔作為止?jié){段。鋼管施工徑向誤差不大于20cm。隧道縱向同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開1m。每節(jié)鋼管長(zhǎng)6m或4m。采用XY-28-300型鉆機(jī)鉆孔，UB-3雙液注漿泵進(jìn)行漿液注漿。

2.2 超前小導(dǎo)管

小導(dǎo)管采用熱軋鋼管，注漿管一端做成10cm長(zhǎng)的尖形，另一端焊上Φ6.5鋼筋勁箍。在距離止?jié){環(huán)1m處開始鉆孔，孔徑為10mm，鉆孔間隔10cm，梅花型布置在導(dǎo)管的表面。

V級(jí)加強(qiáng)段、IV級(jí)加強(qiáng)段每完成一排小導(dǎo)管注漿后，開挖頂部及第一次噴射混凝土，加設(shè)鋼拱架，隔3m再打另一排小導(dǎo)管，使小導(dǎo)管保持不小于1.5m的搭接長(zhǎng)度。V級(jí)加強(qiáng)段、IV級(jí)加強(qiáng)段每排小導(dǎo)管共為45根，環(huán)向間距為40cm，對(duì)稱布置在以隧道中心線為中心的兩側(cè)130°范圍拱部，外插角為5～8°。注漿工藝參數(shù)及注漿施工如下。

（1）小導(dǎo)管注漿采用水泥單液漿，水灰比為1：1。

（2）注漿壓力0.5～1MPa;注漿由下至上順序施工，漿液先稀后濃、注漿量先大后小。

（3）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：以終壓控制為主，注漿量校核。當(dāng)注漿壓力為0.7～1MPa，持續(xù)15min即可終止。

2.3 超前錨桿

超前錨桿采用Φ25早強(qiáng)砂漿錨桿，適用于IV級(jí)一般圍巖。在開挖輪廓線外5～10cm的位置布置超前錨桿孔位，環(huán)向間距40cm，向上斜插角8°～15°。錨桿長(zhǎng)度4.5m，兩排錨桿搭接長(zhǎng)度不小于1m。用YT28鑿巖機(jī)鉆孔并用高壓風(fēng)管插至孔底開風(fēng)清孔后，將砂漿制成藥卷泡水后塞入超前錨桿眼中直至距孔口30cm，然后將加工好的鋼筋錨桿插入孔中并用氣腿式風(fēng)槍打至孔底。超前錨桿尾部應(yīng)盡量與系統(tǒng)錨桿尾部或是鋼拱架焊接，以增強(qiáng)共同支護(hù)作用。

3? 洞身開挖

（1）Ⅲ級(jí)圍巖開挖。

Ⅲ級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階法施工，光面爆破，挖掘機(jī)、裝載機(jī)及自卸車出碴。

①上臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺為 3m。開挖出渣完畢，立即初噴4cm厚的砼以封閉新開挖巖面。

②初噴后及時(shí)施工系統(tǒng)錨桿及掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，復(fù)噴砼。

③下部邊墻兩側(cè)同時(shí)開挖，一次可進(jìn)尺4m。開挖工藝主要采用鉆爆施工，挖機(jī)找頂清渣，裝載機(jī)裝車，自卸車外運(yùn)。

爆破主要流程為：施工放樣→畫出隧道中線和輪廓線→精確 布眼→鉆眼→裝藥→連線→引爆。

（2）IV級(jí)圍巖開挖。

Ⅳ級(jí)圍巖地段采用上下臺(tái)階法留核心土開挖。根據(jù)圍巖情況，臺(tái)階長(zhǎng)度為 10～30m，每次開挖進(jìn)尺控制不大于2榀拱架左右。主要采用微震爆破掘進(jìn)作業(yè)，嚴(yán)禁欠挖，盡量不擾動(dòng)圍巖。

（3）V 級(jí)圍巖 CRD 法開挖，其流程如圖1所示。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文以平陰東隧道為例，在調(diào)研其工程地質(zhì)背景基礎(chǔ)上，提出了該隧道超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前錨桿相結(jié)合的聯(lián)合超前支護(hù)模式，揭示了各種超前支護(hù)方式的施工工藝及參數(shù)設(shè)定等。本文可為類似地質(zhì)條件下超前支護(hù)方式及其參數(shù)設(shè)定提供一定的參考。

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