成昆铁路丙满隧道超前及初期支护中的关键施工方法

何 毅

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）

成昆铁路丙满隧道超前及初期支护中的关键施工方法

何 毅

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）

以正在施工的成昆铁路丙满隧道采用的超前及初期支护施工方案为例，讲述丙满隧道在超前及初期支护中关键环节的施工方法以及施工要点，丙满隧道的施工采用的正是上述方法，取得较好的效果，在施工中严格按照上述方法施工，工程进展比较顺利，该施工关键方法可以为同类隧道支护做参考。

隧道工程 支护方法 混凝土施工

1 工程概况

成昆铁路永仁至广通段扩能工程为国家I级双线铁路，本标段线路长度12.845 km，位于云南省楚雄州境内，其中丙满隧道为最长隧道，是本标段的控制性重点工程。

丙满隧道位于元谋县城北端约23公里的丙满村附近，全长2 535 m，地面高程一般为1 250～1 550 m，相对高差100～300 m，自然斜坡30°～50°，隧道最大埋深约280 m。

隧道区位于云贵高原北部扬子准地台滇东北台褶带，岩层产状总体较平缓，受区域紧密褶皱带构造影响局部岩层层面有扭曲，短轴褶皱分布无规律，轴向延伸性较差，褶皱附近岩体较破碎，另外，紧密褶皱带具富水条件。隧道区基岩弱风化面埋深较浅，岩质较软，洞身围岩为薄一中厚层状缓倾岩层，且有垂直节理发育，隧道施工时拱顶易发生塌方、掉块，总之，该隧道工程地质条件较差。

2 丙满隧道超前长管棚注浆预支护方法

2.1 隧道洞口长管棚超前支护

隧道洞口长管棚超前支护，设计拱部采用Φ108 mm热轧无缝钢管超前长管棚注浆预支护，初期支护采用型钢钢架加强，长管棚长满足设计要求，按一环布置，导向墙采用C25混凝土，截面尺寸1 m×1 m。为保证长管棚的施工精度，导向墙内设2榀I20 a工字钢架，钢架外缘设Φ127×5 mm导向钢管。

注浆孔采用钢花管，钢花管上钻注浆孔，孔径10～16 mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段150 cm；检查孔采用无缝钢管。钢（花）管接头两端均预加工成外丝扣连接，同一断面内接头数量不超过总钢管数的50 %。

倾角：外插角为1°左右，具体可根据实际情况作调整。

2.2 洞身长管棚超前支护

洞身长管棚主要用于隧道断层破碎段，采用Φ89管棚，由超前注浆小导管配合进行预支护。

管棚采用管棚钻机施工，分节安装，丝扣联接，清孔后，长管一次安装完成；放入钢筋笼，利用专用高压注浆泵注浆。洞身超前长管棚施工工艺如图1所示。

图1 洞身超前长管棚施工工艺图

2.3 管棚注浆

水泥浆液水灰比为1︰1（重量比），注浆压力：0.5～2.0 MPa。

注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得管棚注浆施工经验。注浆结束后用M5水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

单根钢花管的注浆量按Q=πR2Lη估算，式中R为浆液扩散半径，取R=0.6L0；L0为注浆钢花管的间距；L为钢花管长；η为围岩孔隙率。注浆按钢管施钻顺序从下而上叠加进行，压力逐渐由小加大。

2.4 施工要点

管棚为超前支护，在隧道暗洞开挖之前完成。先施做注浆孔，后施做检查孔。

注浆孔注浆完成后，再与注浆孔同法打设检查孔钢管，以检查注浆孔的注浆质量，最后将检查孔钢管内注入水泥砂浆封堵密实。

洞口长管棚施工前，严格按设计要求施工长管棚导向墙，测量定位准确预埋套管，并用测斜仪控制钢套管的倾斜度，利用导向墙控制长管棚倾斜度；同时，钻进过程中利用测斜仪检查长管棚钢管的倾斜度，并做好每个钻孔地质及钻进长度记录。

洞身长管棚按设计位置施工，运用测斜仪进行钻孔偏斜度测量，严格控制管棚打设方向，并作好每个钻孔地质记录。

为保证长管棚支护效果，严格按设计外插角控制管棚的外插角，尽量减小外插角，同时防止长管棚侵入开挖净空，降低管棚超前支护的效率，并给开挖带来困难。

3 丙满隧道超前小导管注浆加固支护

现场加工小钢管，喷射混凝土封闭岩面，风动凿岩机钻孔，并用钻孔台车或风动凿岩机的顶推力将小导管推送入孔，测斜仪控制钻孔角度，注浆泵压注水泥浆。

小导管采用现场加工，喷射混凝土封闭岩面，液压钻孔台车或凿岩机钻孔并将小导管打入岩层，注浆泵压注水泥浆。小导管采用外径Φ42 mm钢花管，管壁四周按15 cm间距梅花形、钻设Φ8 mm压浆孔，钻孔角度、深度、密度及浆液配比符合设计要求，注浆压力符合规范要求。小导管加工如图2所示。

图2 小导管加工示意图

超前小导管以紧靠开挖面的钢架为支点，小导管尾段与钢架焊联，打入钢管后注浆，形成管栅支护环。水泥浆水灰比为0.5～1.0之间调节，浆液由稀到浓逐级变换，即先注稀浆，然后逐级变浓至1.0为止。位于土层时，小导管压注水泥浆，压力不小于2 MPa，其余地段压注水泥砂浆，压力不小于1 MPa。

注浆异常的处理：发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，同时注浆，当注浆机较少时将串浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗，然后再注浆。

水泥浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。

4 中空注浆锚杆施工

4.1 中空注浆锚杆施工

中空注浆锚杆在专业厂家购买，锚杆钻机钻孔，液压平台辅助人工安装，专用高压注浆泵注浆。中空锚杆结构如图3所示。

图3 中空锚杆结构图

4.2 施工要点

注浆浆液采用水泥浆，施工准备阶段主要完成有关水泥相关试验和水质化验，进行浆液配合比设计及相关试验。

测量放样时，锚杆孔开孔前做好量测工作，按设计要求布孔并做好标记，开孔偏差不大于10 cm；锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求，图纸未规定时垂直于开挖面，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，交角大于45°。

采用锚杆钻机钻孔，测斜仪控制孔身倾斜角度，利用短杆冲孔，然后接长钻杆钻孔到设计长度。

隧道拱部采用带防弊气联接套的中空注浆锚杆，锚杆组装时，同时安装防弊气联接套、排气管；隧道墙部采用Φ25中空注浆锚杆。杆体安装完成后，安装止浆塞、垫板、球形螺母，利用中空锚杆扳手拧紧。安装锚杆垫板时确保垫板与锚杆垂直，并与初喷混凝土面密贴紧压。锚杆安装后，不得随意敲击，3天内不得悬挂重物。

利用专用高压注浆泵注浆通过锚杆杆体预留通道接孔口注浆。隧道拱部利用排气管排气；隧道墙部自然排气，确保锚杆孔内注浆饱满。

注浆浆液配合比设计：注浆采用水泥浆，水灰比0.4～0.5︰1。

浆液扩散半径r的确定：根据已有资料进行工程类比及现场碴体注浆试验情况选定注浆压力范围，确定浆液扩散半径r的大小。

注浆孔距D与排距L的计算：L=Dsin60°，D=2rcos30°

单孔注浆量Q注=πr2hηβ

式中：r——浆液扩散半径，m；h——压浆段有效长度，m；η——岩石裂隙率；β——浆液在裂隙内的有效充填系数。

5 喷射混凝土施工

喷射混凝土前按照规范和标准对开挖断面进行检验，采用湿喷工艺。施工机械采用混凝土湿喷机。

喷头距岩面距离以0.6 m～1.2 m为宜，喷头垂直受喷面，喷初期支护钢架、钢筋网时，可将喷头稍加偏斜，角度大于70°。喷射路线先边墙后拱部，分区、分段“S”形运动，喷头作连续不断的圆周运动，后一圈压前一圈1/3，螺旋状喷射。

喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约为20～30 cm，以保证混凝土喷射密实。同时掌握风压、水压及喷射距离，减少回弹量。

隧道喷射混凝土厚度＞5 cm时分两层作业，第二次喷射混凝土如在第一层混凝土终凝1 h后进行，需冲洗第一层混凝土面。初次喷射先找平岩面。

喷射混凝土终凝2 h后，进行喷水养护，养护时间不少于7 d。

5.1 湿式喷射混凝土作业程序

湿式喷射混凝土作业程序如图4所示。

图4 湿式喷射混凝土作业程序图

5.2 素喷混凝土施工要点

选用普通硅酸盐水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净砂，粒径5～12 mm连续级配碎（卵）石，化验合格的拌和用水。

喷射混凝土按设计配合比拌和，配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。

喷射前认真检查隧道断面，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩面。

喷射混凝土开挖时，下次爆破距喷射混凝土完成时间的间隔，不少于4h。

6 结语

成昆铁路丙满隧道正在如火如荼的施工中，该隧道采用了本文所述的超前及初期支护施工方案，本文就丙满隧道在超前及初期支护中的部分关键环节的施工方法给予了介绍和阐述，采用上述施工方法，无论是从安全性还是从经济性上考虑都取得了较好的效果，收到了同行和业主的好评。

［1］谭军民.浅谈隧道超前支护施工技术—非开挖技术在隧道施工中的应用［J］.隧道建设，2007年8月，482～485

［2］吴光华.浅谈隧道超前支护及施工工艺［J］.科技情报开发与经济，2008年9期，195～196

［3］张月冬.隧道超前支护施工实践及其技术［J］.科技传播，2012年2月，110

［4］平树江等.隧道超前小导管注浆工艺的质量控制［J］.山东交通科技，2004年16期，21～22

The Key Construction Method of Advance and Initial Support of Bingman Tunnel on Chengdu Kunming Railway

HE Yi
（No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd Zhuozhou 072750 China）

Taking the advance and initial supporting construction project of the ongoing construction of the Bingman Tunnel on Chengdu Kunming Railway as an example， this paper describes the construction method and key points of the crucial links in the advance and initial support of Bingman tunnel. This construction method was strictly used in the construction and has obtained good effect， which can be used as reference for similar tunnel constructions.

tunnel engineering support method concrete construction

文献标识码：A 文章编号：1673-1816（2015）02-0001-06

2015-03-18

何毅（1974-），男，四川西充人，学士，工程师，研究方向施工安全总监。