平阴东隧道超前支护方式及施工工艺研究

张策 王东

摘  要：隧道超前支护是影响隧道安全快速施工的关键因素。本文以平阴东隧道为例，在充分调研工程地质条件基础上，提出了采用超前大管棚、超前小导管、超前锚杆相结合的联合超前支护模式，并分析确定了三种支护模式材料参数及施工工艺。本文对于类似工况条件下，隧道超前支护方式的合理选取及其相应参数的确定提供了一定的参考。

关键词：隧道  超前支护  施工工艺  参数设计

中图分类号：U455                            文献标识码：A                 文章编号：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

超前支护是一种保证隧道工程开挖工作面稳定而采取的超前于开挖的辅助措施，主要包括超前锚杆、管棚、超前小导管注浆、超前深孔帷幕注浆等[1-2]。近年来，隧道工程建设逐年增加[3]，隧道超前支护技术应用日趋广泛，根据围岩地质条件、地下水情况、施工方法等确定超前支护方式，已成为影响整个隧道工程安全的关键因素。

本文以平阴东隧道为例，在分析其工程地质情况基础上，提出了超前大管棚、超前小导管、超前锚杆联合的超前支护模式，并确定了相应施工参数，以期为类似地质条件下超前支护模式及参数选取提供参考。

1  工程地质概况

平阴东隧道位于济南市平阴县济广高速以东约350m处，隧道进出口位于山坡下部，起讫里程桩号左幅：ZK5+020-ZK5+380，长360m，右幅：YK4+975-YK5+335，长360m，隧道最大埋深约38m，属短隧道，洞轴线方位角约36°，隧道左右线间距28～42m，为分离式隧道。该隧道处于三级构造单元鲁西断块隆起之次一级构造单元泰山断凸带的西翼，地层呈单斜构造，属岩溶裂隙发育区或破碎带为主，其内富含岩溶水，未发现溶洞。不良地质作用主要为岩溶、崩塌及岩体构造破碎带，未发现滑坡、采空区等影响场地稳定性的其他不良地质作用，未发现规模较大的全新世活动断裂，不存在地震震陷、液化土层。

2  超前支护措施及工艺

在分析地质条件基础上，提出了采用超前大管棚、超前小导管、超前锚杆的联合超前支护措施。

2.1 超前大管棚

超前大管棚采用Φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，长度为15m，呈环向布置，管棚环向间距为40cm，共41根。距开挖轮廓线3cm，外插角1°。导管前端呈V形尖锥状，长度15cm。钢管注浆孔孔径Φ12mm，孔间距10cm，孔眼交错布置，尾部3m范围内不钻孔作为止浆段。钢管施工径向误差不大于20cm。隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。每节钢管长6m或4m。采用XY-28-300型钻机钻孔，UB-3双液注浆泵进行浆液注浆。

2.2 超前小导管

小导管采用热轧钢管，注浆管一端做成10cm长的尖形，另一端焊上Φ6.5钢筋劲箍。在距离止浆环1m处开始钻孔，孔径为10mm，钻孔间隔10cm，梅花型布置在导管的表面。

V级加强段、IV级加强段每完成一排小导管注浆后，开挖顶部及第一次喷射混凝土，加设钢拱架，隔3m再打另一排小导管，使小导管保持不小于1.5m的搭接长度。V级加强段、IV级加强段每排小导管共为45根，环向间距为40cm，对称布置在以隧道中心线为中心的两侧130°范围拱部，外插角为5～8°。注浆工艺参数及注浆施工如下。

（1）小导管注浆采用水泥单液浆，水灰比为1：1。

（2）注浆压力0.5～1MPa;注浆由下至上顺序施工，浆液先稀后浓、注浆量先大后小。

（3）结束标准：以终压控制为主，注漿量校核。当注浆压力为0.7～1MPa，持续15min即可终止。

2.3 超前锚杆

超前锚杆采用Φ25早强砂浆锚杆，适用于IV级一般围岩。在开挖轮廓线外5～10cm的位置布置超前锚杆孔位，环向间距40cm，向上斜插角8°～15°。锚杆长度4.5m，两排锚杆搭接长度不小于1m。用YT28凿岩机钻孔并用高压风管插至孔底开风清孔后，将砂浆制成药卷泡水后塞入超前锚杆眼中直至距孔口30cm，然后将加工好的钢筋锚杆插入孔中并用气腿式风枪打至孔底。超前锚杆尾部应尽量与系统锚杆尾部或是钢拱架焊接，以增强共同支护作用。

3  洞身开挖

（1）Ⅲ级围岩开挖。

Ⅲ级围岩采用上下台阶法施工，光面爆破，挖掘机、装载机及自卸车出碴。

①上台阶每循环进尺为 3m。开挖出渣完毕，立即初喷4cm厚的砼以封闭新开挖岩面。

②初喷后及时施工系统锚杆及挂设钢筋网片，复喷砼。

③下部边墙两侧同时开挖，一次可进尺4m。开挖工艺主要采用钻爆施工，挖机找顶清渣，装载机装车，自卸车外运。

爆破主要流程为：施工放样→画出隧道中线和轮廓线→精确 布眼→钻眼→裝药→连线→引爆。

（2）IV级围岩开挖。

Ⅳ级围岩地段采用上下台阶法留核心土开挖。根据围岩情况，台阶长度为 10～30m，每次开挖进尺控制不大于2榀拱架左右。主要采用微震爆破掘进作业，严禁欠挖，尽量不扰动围岩。

（3）V 级围岩 CRD 法开挖，其流程如图1所示。

4  结语

本文以平阴东隧道为例，在调研其工程地质背景基础上，提出了该隧道超前大管棚、超前小导管、超前锚杆相结合的联合超前支护模式，揭示了各种超前支护方式的施工工艺及参数设定等。本文可为类似地质条件下超前支护方式及其参数设定提供一定的参考。

参考文献

[1] 张德生，牛艳奇，孟峰.综采工作面超前支护技术现状及发展[J].矿山机械，2014，42（8）：1-5.

[2] 张广兴.地下工程特殊施工技术[M].武汉：武汉大学出版社，2017.

[3] 李术才，刘洪亮，李利平，等.隧道危石识别及防控研究现状与发展趋势[J].中国公路学报，2018，31（10）：1-18.

[4] 李术才，陈红宾，张晓，等.粉质黏土隧道超前支护效应试验研究[J].中南大学学报：版，2019，50（4）：946-956.

[5] 李鹏华.那现隧道超前支护结构稳定性的分析[J].科技创新导报，2019（15）：33-34.

[6] 李宪平，李留玺.隧道管棚超前支护技术及其数值模拟[J].科技创新导报，2015（13）：37-40.

[7] 刘勇.超前小导管在隧道超前支护施工中的应用研究[J].科学技术创新，2020（15）：122-123.