隧道开挖支护施工现状分析及研究

王 悦 粟 兵 王清江

(1.重庆工商职业学院，重庆 401520； 2.重庆公用工程建设监理有限责任公司，重庆 400000)

隧道开挖支护施工现状分析及研究

王 悦1粟 兵2王清江1

(1.重庆工商职业学院，重庆 401520； 2.重庆公用工程建设监理有限责任公司，重庆 400000)

介绍了隧道工程支护的类型及作用，主要对锚杆施工、钢架及大拱脚架施工、超前小导管施工、喷射混凝土施工的现状进行了分析，探讨了各项施工技术应注意的问题与要点，为同类工程的施工积累了经验。

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0 引言

隧道工程施工多采取新奥法，初期支护由锚杆、钢架、钢筋网和喷射混凝土组成，其组合形式根据围岩地质情况选取。围岩破碎自稳性较差时，采取强度、刚度较大的初期支护结构形式，如锚杆、钢架加喷锚网结构，钢架可采用钢筋格栅或工字钢钢架。围岩自稳性好时，可仅采取喷锚网初期支护结构形式。初期支护施作时间尽量早封闭围岩，以保持围岩初始应力状态，充分发挥围岩的自稳能力，喷射混凝土与围岩开挖面应可靠粘结，初期支护与围岩共同组成承重环体系。因此，初期支护工程的施作质量是新奥法施工的关键环节。

1 隧道支护分类及作用

1)锚杆，锚杆的类型主要有：普通砂浆锚杆、中空注浆锚杆、自进式锚杆、水泥药卷锚杆和预应力锚杆，锚杆端头设钢垫板[2]。

锚杆的作用：a.悬吊作用，局部加固，将破碎岩块锚固在稳定岩层上；b.组合梁及组合拱作用，将层状岩层联结在一起，形成组合梁、拱受力体系。

由其作用可知：锚杆必须与岩层可靠粘结，锚杆端头垫板应可靠安装。

2)钢架，在围岩破碎自稳性差时，为确保支护施作过程及施工后围岩稳定，初期支护采取钢架支护，钢架安装时应确保钢架与围岩紧密连接，钢架与围岩空隙应采用楔形预制混凝土块固定牢固。

3)喷射混凝土，其厚度、强度根据围岩地质情况及隧道开挖断面确定，主要作用是封闭围岩，减少开挖后围岩风化，以维持岩层自稳。

4)超前支护，当掌子面围岩较破碎，隧道开挖后围岩难以自稳时，采取掌子面前方超前支护措施。超前支护分为：超前小导管、超前锚杆、超前管棚等。

2 隧道支护施工现状分析

2.1 锚杆施工现状分析

2.1.1 锚杆施工程序

隧道工程常用锚杆形式有全粘结砂浆锚杆及中空注浆锚杆，其施工程序为：

1)砂浆锚杆：施工准备→标注孔位→钻孔、清孔→压注砂浆→插入、固定锚杆体→安装垫板、螺栓。

2)组合式中空注浆锚杆：施工准备→标注孔位→钻孔、清孔→组装锚杆→安装锚杆→注浆→杆体孔口回浆→安装垫板、螺栓。

3)砂浆锚杆采用Φ22螺纹钢筋加工制作，尾部车丝6 cm，锚杆杆体调直、无缺损、无锈、无杂物。组合式中空注浆锚杆在专业厂家加工，由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成，中空锚杆结构见图1。

4)锚杆垫板[3]，垫板规格：150 mm×150 mm×6 mm，垫板是保证喷射混凝土与锚杆形成整体支护结构的重要构件。设置垫板后可明显提高锚杆和喷射混凝土的综合支护效果，锚杆垫板在喷混凝土施工后安装，锚杆外露长度视初期支护厚度确定，并留有安装垫板的丝扣，一般Ⅲ级围岩外露长14 cm，Ⅳ级围岩外露27 cm，Ⅴ级围岩外露30 cm，以保证安装垫板质量。垫板安装拧紧螺丝，外露的锚杆切除后，采用1∶2.5水泥砂浆覆盖封头，将垫板与螺帽封堵，并做到基面平顺，以利铺设防水板。锚杆端头处理见图2。

2.1.2 锚杆施工现状分析

锚杆设置位置应根据围岩级别、岩层产状、风化程度等地质情况合理布置，由于隧道工程不同施工段、同一开挖掌子面不同部位地质情况差异很大，故理论上锚杆布置间距、方向及长度应与岩层面垂直，并锚固在稳定岩层内，以充分发挥锚杆的悬吊作用。同时，为充分发挥锚杆的组合梁、拱作用，锚杆垫板应与岩面密贴，螺帽应拧紧。但实际施工中，由于设计与施工单位多是两个单位，设计只管在室内根据预测地质情况进行设计，施工过程中又不可能派技术人员跟班作业，故设计支护方案只能是死的，不能根据需要及时进行调整，监理单位及业主方只认设计图明确的方案，施工单位也只能按图施工，这就造成了初期支护锚杆不可能根据地质需要适当调整间距和长度，开挖面有的部位锚杆过剩，有的部位锚杆数量不足，一方面造成了资源浪费，增加了建设成本，另一方面锚杆施作不够，带来了施工风险，给运营埋下了隐患。锚垫板施作上，因技术人员对锚垫板作用认识不足，操作过程中控制不严，形成了锚垫板与岩面不密贴，甚至不安装锚垫板等问题，现阶段锚垫板施工质量堪忧。

2.2 钢架及大拱脚钢架施工现状分析

2.2.1 钢架施工

钢架在加工厂下料分节焊接制作，保证每节的弧度与尺寸符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接。钢架安装应严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵入衬砌净空，钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实，保证支护与围岩密贴，控制围岩变形，两排钢架间用纵向连接钢筋连接，连接钢筋环向间距1 m，以形成整体受力结构。

2.2.2 大拱脚钢架设计施工现状分析

围岩破碎自稳性差采取正台阶施工时，为确保开挖下台阶时上台阶结构稳定，在上台阶拱脚处设置大拱脚，大拱脚高1 m，宽0.5 m。大拱脚结构形式见图3。大拱脚钢架施工是在上台阶开挖后，采用风镐人工修凿扩大拱脚，支立加工好的拱架后，喷射初期支护混凝土。

大拱脚施工现状，任何一种支护措施都有其适用范围，大拱脚钢架支护形式主要适用于黄土等自稳性较好地质，正台阶法开挖施工。对薄层页岩等地质该法适用性较差，因上台阶开挖后修凿扩大拱脚需要一定时间，围岩开挖后不能及时支护，有可能造成围岩失稳坍塌。但隧道设计中，为加强软弱围岩支护措施，往往直接套用该措施，既不便于施工，又浪费材料，同时带来了更大的施工安全风险，故该法应谨慎采用。

2.3 超前小导管施工现状分析

2.3.1 超前小导管施工

超前小导管采用φ42×3.5 mm的无缝钢管加工，长度3 m～5 m；前端加工成尖锥状，在管前端2.5 m范围内按间距10 cm～20 cm梅花形布置注浆孔，孔径为6 mm～8 mm，小导管构造如图4所示。

小导管在隧道拱部120°范围内设置，环向间距40 cm～50 cm，纵向间距为200 cm,外倾角为10°～12°。超前小导管的施工程序为：布孔→钻孔→小导管安装→注浆。小导管注浆采用注浆机，注浆前，孔口应安装止浆塞，浆液采用水泥浆，注浆压力1.0 MPa。

2.3.2 超前小导管施工现状分析

超前小导管采用无缝钢管加工而成，安装后必须严格注浆施工工序，使水泥浆液填充部分围岩孔隙，隧道开挖后开挖面形成稳定围岩层。但实际施工中，注浆工序常常被忽略，小导管安装前导管内填充砂浆形成钢管混凝土，或是直接安装小导管即结束该工序，不进行注浆施工。造成小导管起不到预想作用，开挖后出现围岩掉块，甚至坍塌等问题。

2.4 喷射混凝土施工现状分析

2.4.1 喷射混凝土施工

喷射混凝土在隧道开挖后及时施作，尽早封闭围岩，喷射混凝土施工采用混凝土喷射机分段分层施作，喷射混凝土完成后及时养护[4]。

2.4.2 喷射混凝土施工现状分析

喷射混凝土应与围岩面可靠粘结，但实际施工中，由于隧道开挖施工存在超欠挖，使开挖轮廓不是完全平顺的轮廓面，增加了喷射混凝土施工难度，同时，加大了喷射混凝土工作量。于是，有的隧道工程施工中，在喷射混凝土前将开挖轮廓面较大的凹坑采用石棉板、木板等材料封盖后再施作喷射混凝土层，这样，既节约喷射混凝土材料，又减少了喷射作业工作量。但此作法使初期支护与岩层之间出现了一个人为空腔，给隧道工程施工和运营过程带来了具大的安全隐患。

3 结语

初期支护是隧道工程承重体系的重要组成部分[5]，锚杆、钢架及喷射混凝土是隐蔽工程，如施工过程控制不严，质量不合格，势必给隧道施工期间或使用阶段带来安全隐患，甚至因此酿成安全事故。本文所指出的初期支护问题，随着工程界技术人员对初期支护作用认识程度的提高，施工技术水平的不断进步，无损检测监控技术的发展，这些问题必将得以彻底杜绝。

[1] TB 10203-2002，铁路隧道施工规范[S].

[2] TB 10108-2002，铁路隧道喷锚构筑法技术规范[S].

[3] TZ 231-2007，铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南[S].

[4] 铁建设[2005]157号，铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定[S].

[5] 铁路隧道工程施工手册(上册)[M].北京：中国铁道出版社，2001：342-400.

Analysis and research on current tunnel excavation supporting method

WANG Yue1SU Bing2WANG Qing-jiang1

(1.Chongqing Technology and Business Institute， Chongqing 401520， China;2.Chongqing Public Engineering Construction Supervision Co., Ltd, Chongqing 400000, China)

The paper introduces tunnel engineering support categories and functions, mainly analyzes anchor construction, steel frame and large arc scaffold construction, advanced small conduit construction, and spraying concrete construction status, and finally explores their construction technology problems and points, which has accumulated experience for similar engineering construction.

tunnel, support, status, construction

1009-6825(2014)31-0183-02

2014-08-23

王 悦(1973- )，女，高级工程师； 粟 兵(1973- )，男，工程师； 王清江(1973- )，男，教授级高级工程师

U455

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