软弱围岩支护施工技术探讨

摘要：天荒坪第二抽水蓄能电站工程S13等级公路复建工程的1#隧道在开挖和初期支护后，隧道围岩未收敛稳固，出现涌水和泥石流现象，造成隧道掌子面塌方。文章对公路软弱围岩隧道突遇涌水、孤石及黄泥后采取的相关支护施工措施进行了阐述。

关键词：隧道支护；排水施工；软弱围岩支护；施工技术；围岩隧道 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2016）03-0115-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.058

1 工程概况

天荒坪第二抽水蓄能电站工程S13等级公路复建工程的1#隧道，由于K1+933～K2+030段地质与原设计不符：该段围岩为Ⅵ级围岩。根据已揭露掌子面（桩号K1+961.5）地质围岩情况，左侧为软弱松散的全风化状围岩，右侧岩石较完整且强度相对较高，地下水丰富。在开挖和初期支护后，隧道围岩未收敛稳固，出现涌水和泥石流现象，造成隧道掌子面塌方。

2 施工顺序

测量放样→小导管注浆超前支护→初喷→钢拱架→锚杆施工→钢筋网片施工→喷砼支护→核心土开挖→边墙开挖初支护→仰拱开挖浇筑→监控量测围岩稳定→二衬混凝土浇筑。

3 支护施工技术

3.1 超前小导管作业方法

3.1.1 小导管材料准备。利用外径Φ42mm、壁厚4mm的热轧成无缝钢管进行加工制成超前小导管，长300cm、600cm，钢管前端加工成锥形，尾部焊接Φ6mm钢筋加劲箍，管壁四周钻Φ6mm溢浆孔。

3.1.2 注浆小导管拱部范围设置。富水区域采用双排注浆小导管沿隧道拱部以15°、10°插入，采用水玻璃，水泥双混浆（体积比为1∶0.6～1），混凝土中水的用量与水泥用量的比值范围在0.8∶1～1∶1之间，终压1.00～1.50MPa。

3.1.3 小导管作业要求。（1）一般采用钻孔打入法进行小导管的安装，先按设计要求进行钻孔准备，钻孔直径应当大50mm，然后把钢管用捶击或钻孔插入，插入长度不小于钢管本身长度的90%，把钢管内的砂石利用高压风吹出；（2）小导管安装之后，将孔口及周围裂隙用塑胶泥进行封堵，也可在必要时用混泥土将小导管附近及工作面堵封，防止工作面的意外坍塌；（3）开挖隧道的长度要比小导管的注浆长度小，多出长度可作为下一次循环的止浆墙。

3.1.4 注浆时的作业方法。（1）首先进行压水检测，确保机械设备运行正常，正确连接管路，可利用群管注浆（每次3～5根）法加快注浆的速度；（2）注浆压力及设计注浆量达到设计终压标准时可结束注浆作业；（3）作业过程中应随时注意注浆压力和注浆泵排浆量的变化情况，防止堵管、跑浆、漏浆等事故发生，做好记录，以便分析注浆作业的效率；（4）作业时采用BW-250/50型注浆泵，按由下至上的顺序进行，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，在发生串孔或跑浆情况时可采用隔孔灌压；（5）按分级升压法，利用注浆泵油压控制调节注浆压力。具体做法：开启注浆泵，达到正常运转之后关闭泵口的阀门，泵停止运作，旋转压力调解旋钮，调节油压在要求的油压刻度值。注浆阻力的增大，泵压随之增高，当达到设计1.0～1.5MPa压力值时，自动停泵；（6）浆液控制要求。利用终压和注浆量控制调节。以单管设计注浆量为标准，若注浆压力达到设计终压值时，进浆量仍达未到设计标准时，也可结束注漿作业；（7）注浆系统的清洗。达到结束要求后，停止注浆作业，把注浆混合器及注浆系统卸下，用清水清理，保障下次注浆作业的进行；（8）注浆异常现象处理，若注浆压力变高，可能是因为堵管，应当立即停机检查。若浆液进浆量很大，压力却长时间不升，应该调整浆液浓度及配合比，并采用间歇作业，让浆液在裂隙中有相对充足的停留时间进行凝胶，但注意停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。

3.2 中空注浆锚杆支护施工

3.2.1 隧道开挖后，清除浮石，检查断面轮廓，如有欠挖，及时处理，并初喷C20混凝土厚5cm，及时封闭撑子面。

3.2.2 按设计要求测量放样，定出锚杆布设点位，并在岩面上做出标记。

3.2.3 选择Φ40或Φ42mm的钻头匹配钻机钻孔，孔深允许偏差±50mm，根据岩层情况适当调整钻扣的方向，应保持与岩层主要结构面垂直。

3.2.4 钻孔作业结束，将孔眼用高压水冲洗干净，钻孔向下还须用高压风吹净孔内的水，并用塞子塞紧孔口，以防有石渣掉入孔中。

3.2.5 将中空锚杆放入孔内，并抹浆处理垫块与围岩的接触面，放入垫块，使垫块紧贴岩面，旋入挡环，使之刚好与垫块接触。

3.2.6 把注浆机软管出浆口与中空锚杆尾部相接，用注浆泵压注配制好的水泥浆入锚杆，注浆压力控制1.0～1.5MPa，直至从锚杆头部溢出的浆液充满整个钻孔，并扩散到一定半径的围岩中。

3.3 型钢拱架支护施工

3.3.1 施工顺序。开挖→初喷约4～5cm厚早强砼封闭开挖面→架设型钢拱架→紧贴钢架打入锚杆并与钢架焊接→喷早强砼包裹钢架并喷填钢架间空隙。

3.3.2 钢拱架材料。钢拱架采用20号工字钢制作，每榀钢拱架根据开挖方式分为若干个单元，每个单元由工字钢、连接板焊接成型，单元间用螺栓连接。钢拱架的架设纵向间距50cm，钢拱架之间采用Φ22钢筋连接，连接钢筋间距80～100cm，钢拱架安装好后用锚杆固定，喷射砼至设计厚度，并保证型钢拱架砼保护层厚不小于2cm。

3.3.3 钢拱架架设。在安装钢拱架时，为了充分发挥钢拱架的支承作用，钢架与初喷混凝土之间尽量贴紧，如因开挖造成凹凸不平，并有较大间隙时，设置混凝土垫板或钢板，使钢架支撑充分起到作用。对于采用临时仰拱封闭有困难时，可采取以下措施：（1）锁拱脚。当上弧形导坑架设钢架完成后，在两拱脚处向下斜向打入4根注浆锚杆，并与钢架主筋焊接；（2）锁接头。下台阶开挖后向下延接钢架时，在钢架连接处打入锁口注浆锚杆；（3）锁墙脚。边墙钢拱架底部除要对基底进行加固处理外，还需打入锁脚注浆锚杆。

3.4 喷设混凝土

3.4.1 机械设备的选择。（1）砼的制备。在洞外拌和站进行；（2）砼的运输设备。配备6～8m3砼搅拌运输车；（3）湿喷机的选择。四川成都杰瑞达生产的PS-800型号湿喷机；（4）配套设备。一个工作面配备PS-800型湿喷机1台、砼搅拌运输车1辆、喷砼作业台架

1个。

3.4.2 原材料的选择。（1）水泥。采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；（2）砂。细度模数大于2.5，含水率5%～7%的天然中粗砂，使用前一律用5mm筛网进行过筛；（3）碎石。含泥量小于1%，针片状含量小于10%的5～10mm机制碎石。使用前用5mm的筛网筛去石粉，用10mm的筛网筛去超径骨料；（4）防水剂。在喷砼中掺加10%水泥含量的WG-HEA普通型抗裂防水剂以提高喷层的抗渗性；（5）特种速凝剂。根据喷射试验决定速凝剂；（6）水。不得包含有腐蚀砼、影响水泥凝结与硬化的有害物质，要用符合工程用水标准的水源。

3.4.3 配合比设计。设计3～4配比满足设计强度和喷射工艺要求的砼，优先选择回弹量低、物理力学性能满足设计的一组作为应用配比，并根据作业时材料、气候的变化进行相应调整。

4 施工作业的排水措施

遵循“以排为主，防、排、截相互结合，因地制宜，综合治理”的施工原则，达到建成后“衬砌内壁不渗水，洞内路面无积水”的标准。

（1）隧道防排水主要是二次时根据设计要求进行处理，为此本方案只强调开挖支护排水措施；（2）由于该地段地下水丰富，为此开挖支护前必须采取相应的排水措施。排水主要采用打孔装入Φ50PVC打孔管，以引水为主，施工时可以根据富水区域适当打入排水孔，把支护背后的水引入隧底排水系统；（3）排水系统不畅通时可以设专人抽水，疏沟清淤，保持排水系统完善、畅通。

5 施工关键技术控制

第一，选择适合围岩特性的开挖方法，尽量减少围岩的扰动，对中硬岩采用光面爆破，减少超欠挖，高地应力段，用光面爆破，并提前释放应力，防止高地应力地段应力集中，产生岩爆；对断层破碎带用减轻地震动控制爆破，加强支护，控制围岩松弛变形，引起支护失稳。消除衬砌开裂潜在因素。

第二，在裂隙水发育、富水断层破碎带地段采用径向注浆、超前小导管注浆，且在横洞与正洞交叉口处，两侧水沟间设2根Φ100mm横向连接钢管。

第三，开挖后将部分渗水引排至排水沟，铺设纵横向排水盲沟，将部分渗水引入排水沟。

第四，控制好喷射砼质量，防止喷射混凝土收缩

开裂。

第五，涌水的处理方法。（1）超前钻孔或辅助坑道排水。开挖面前方若有高压地下水或涌水，且不会影响围岩稳定及隧道周围环境时可选择适用；（2）超前围岩预注浆堵水。主要适用于地下水丰富，排水时挟带泥沙引起开挖面失稳，注浆有效范围：在一般情况下为隧道开挖半径的2～3倍，当地下静水压力大于2.5MPa时为开挖半径的4～6倍，对周边封闭预注浆为隧道开挖轮廓线外1～3m。

6 结语

施工中应重视隧道掌子面的超前地质预报工作，为了施工安全，并有效指导施工，对重大不良地质地段，必须采取超前钻孔措施。超前探孔一般是在掌子面上布置1～3个超前探孔，孔深宜为30～50m或孔深穿过前方异常地质体。超前探孔可获得地层、岩性、节理裂缝等特征，并可探明地下水的压力及水量，为施工安全提供可靠依据，达到施工安全的目的。本项目出现涌水和泥石流后，处理塌方长達3个月。在这期间多次与设计、业主协商后，委托了第三方进行超前钻孔预报，取得了较好的经济效益和社会效益，没有发生安全事故。

作者简介：孙沛荣（1964-），男，湖南长沙人，工程师，研究方向：公路工程。

（责任编辑：黄银芳）