特殊地质条件下隧道工程高性能支护体系

王晓磊 中国葛洲坝集团路桥工程有限公司

在隧道工程的建设过程中，支护体系的性能对隧道工程的建设有着重要影响，只有不断提高隧道支护体系的性能才能有效保障隧道建设的安全、顺利进行。但是由于我国面积巨大，地质结构复杂所以就为我国的隧道支护技术带来了很大的挑战，为了保证隧道建设的安全进行，就需要有关人员不断提高隧道支护技术，提高隧道支护体系性能，只有这样才能逐渐推动我国交通运输行业发展。

一、我国现今的隧道支护体系现状

近些年来，在我国的隧道工程支护工作进行中，从我国的施工理念以及施工方式来看，再进行隧道支护过程中采用最多的方法就是新奥法，这种支护方法具有使用范围广，作业灵活，便于施工等特点，对我国隧道工程的安全进行发挥了重要作用有效推动了我国交通运输行业的快速发展。在我国的支护作业过程中，由于我国支护技术起步较晚，所以仍然普遍采用小型机械进行作业，导致我国的隧道支护体系机械化以及信息化水平严重不足，所以为了推动我国的支护技术的快速发展，高质量高效率的隧道支护体系建设依然是在我国隧道施工高效进行的重要阻碍。

二、特殊地质条件下高性能支护体系建设的施工技术及有关策略

七峰山隧道为武阳高速公路分离式中隧道，该隧道围岩类型为V 级围岩，最大埋深132m，最小埋深40m，是一座围岩破碎、浅埋深隧道。对隧道建设存在影响的主要为褶皱构造影响的岩体褶皱破碎区、断裂带及其影响区。褶皱构造主要为黄姑山背斜，七峰山隧道均处于其影响范围内，对隧道围岩完整性稍有影响；F15 断裂带分布于K59+900 附近，断裂带通过区域围岩破碎，易塌方；F3 横山-白云山-猪婆山断裂带虽然与隧道不相交，但受其构造影响，隧址区岩体节理裂隙较发育，易产生围岩变形甚至塌方，针对此地质特点特提出以下施工技术及有关策略，保障现场高效、安全施工。

（一）喷射混凝土技术以及有关策略

1.早高强喷射混凝土技术及策略

对于早高强喷射混凝土技术来说，想要保障这项技术的熟练运用，首先就需要清楚技术的具体含义，由于混凝土的性能会随着时间推进而变化，所以人们把普通混凝土在1、3、7d 时间段的性能称为早期性能，目前我国对混凝土的早期强度的要求一般以1d 的龄期为标准。所以在进行特殊地质条件下，就需要混凝土具备更高的24h 强度，同时在施工过程中，要保证混凝土在24 小时之内的小时强度也要做到持续提升。同时在施工过程中，对软弱围岩以及浅埋隧道地下工程一定要保证混凝土在3h 的强度不得低于2MPa，只有这样才能满足施工的要求。在早高强喷射混凝土技术的应用过程中，混凝土的早期强度受到多种因素的影响，除了在混凝土的制作过程中的水胶比，外加剂以及掺合料的影响因素以外，还会受到外界温度变化的影响。所以在进行早高强喷混凝土技术应用过程中，就需要做到因地制宜，需要根据实际施工条件以及施工环境对混凝土的配合进行调整，同时也需要对原材料进行调整。可以根据季节变化采用不同的配比方案，同时在施工过程中，遇到环境温度低于10℃的情况时，在这种情况下很难有效提升混凝土的早期强度，需要在实际的施工过程中，采用有效的温度控制措施，其中主要就包括对原材料的保温措施，以及对隧道进行加热提升隧道温度的措施等等，同时早高强喷射混凝土技术可以通过以下措施从而有效提升支护体系的性能。

在早高强喷射混凝土技术的应用过程中，可以通过低水胶比措施来提高混凝土强度，通过这种技术在提高混凝土后期强度的同时，对提高混凝土的早期也有着重要作用，在这项技术的应用过程中，最适宜的水胶比是0.38～0.45 同时也要根据季节条件以及实际特点进行有效调整，只有这样才能逐渐提高支护的有效性。同时在进行早强掺和料的选择过程中，可以采用硅粉以及复合型早强掺料逐渐提高，同时在施工过程中也可以采用其他材料或者产品，但是必须需要不断验证。通过不断混凝土的早期强度，以及应用早高强喷射混凝土技术对提高支护体系性能有着重要作用。

2.纤维喷射混凝土技术及策略

在我国的混凝土发展过程中，纤维材料作为混凝土的增强材料在我国有着悠久历史，在我国的混凝土事业发展过程中发挥了举足轻重的作用。通过纤维材料的使用，有效提高了混凝土的抗拉强度，提高了混凝土的变形能力，使混凝土变得更有韧性，对混凝土抗冲击性提高也发挥了重要的作用。同时这种技术也具有良好的经济效益，使纤维混凝土技术在我国得到了广泛应用。纤维喷射混凝土技术是在原来的混凝土喷射技术逐渐演变出来，通过在混凝土内均匀掺补钢纤维及各种混合纤维，从而有效提高混凝土的工作性能[1]。

纤维喷混凝土具有优越的性能，但是在这项技术的应用过程中一定要保证前提条件，只有这样才能有效对支护体系的性能进行提升。这就需要在技术的应用过程中，一定要保证混凝土的喷射密度，只有混凝土的密度不够才能有效发挥纤维的重要作用，所以对喷混凝土技术的应用过程中，要建立完善的混凝土指标体系，只有根据这项技术的技术特点以及工艺要求进行正确应用，才能对支护体系的性能进行有效提升。

（二）锚杆（索）技术以及有关策略

1.低预应力中空锚杆技术及策略

在我国支护体系的建设过程中，锚杆（索）技术对提高支护体系的性能有着重要作用，就需要在支护体系的建设过程中，根据隧道的实际条件选择合理的锚杆（索）技术。中空锚杆是由一根中空的杆体作为受力杆件，同时在这种锚杆的头部具有垫片、螺母等配件。通过中空锚杆可以有效对围岩的变形进行有效控制，其中低预应力中空锚杆技术主要是利用中空杆体自由段的弹性伸长，这样就可以为中空杆体施加一个预应力，从而有效提高支护效果，提高支护体系性能，低预应力中空锚杆由下面几个部件构成：中空锚杆体的主体是全螺纹的中空钢制杆体，同时在施工过程中，其中锚杆体的中空孔就可以为注浆以及排气发挥着重要作用。第二个部分就是垫板部分，锚杆体的垫板一般选择拱形垫板，通过垫板、中孔与球垫的配合，可以更加方便地进行角度调整。同时在垫板的选择过程中，一定要保证垫板的承载力符合施工，要求，同时还要保证垫板上需要带有排气孔。只有保证中空锚杆体的质量，才能逐渐通过低预应力中空锚杆技术逐渐提高支护体系性能[2]。

2.大变形锚杆（索）技术及策略

大变形锚杆在应用过程中，可以主要分为释能锚杆以及恒阻大变形锚索。释能锚杆顾名思义就是保证锚杆恒定支护阻力的条件下，允许围岩以及支护结构发生一定的位移，这样就可以有效释放围岩的压力，通过这种方式可以有效提高支护体系的性能，但是在围岩恢复形变后，就会导致让压锚杆被破坏。随着技术的不断发展，通过在让压锚杆上安装特定的让压结构，就可以保证在支护结构发生形变后，可以通过让压结构对锚杆体进行有效保护，这种方式可以有效避免锚杆体受到破坏，通过这种锚杆技术对提高支护系统的高效性有着重要作用。恒阻大变形锚索技术是一种新型锚索技术，主要有恒阻器、钢绞线、托盘等几部分构成，可以在隧道围岩发生变形时，通过锚索的滑移变形，从而有效降低为围岩变形的压力，从而有效提升支护体系性能。

（三）超前及掌子面支护技术以及有关策略

1.超前支护技术及策略

超前掌子面支护技术的不断应用，可以有效保证掌子面的安全稳定，从而为隧道的结构安全以及周围的环境安全作出有力保证，同时在施工过程中对掌子面支护技术选择过程中，要根据实际情况进行合理选择。超前支护技术也被称为超前小导管施工技术，在这种技术的应用过程中，主要是为了对隧道开挖区进行超前保护，适用于软弱松软的围岩保护，这就需要在施工过程中，在隧道周边向前方的围岩内打入带孔的小导管，同时通过导管向围岩内注入带有胶结作用的浆液，这样在浆液的凝固过后，可以有效实现对围岩的保护，从而提高支护效果。同时通过对围岩内缝隙的注胶，不但能够对围岩的强度进行有效提高，同时通过对围岩缝隙的填充，有效提高了围岩的防水性，同时对围岩起到了一定的支撑作用，通过超前支护技术的应用，对提高隧道支护系统性能有着重要作用[3]。

2.掌子面支护技术及策略

隧道的建设过程中，对隧道掌子面支护作业对建设的顺利进行有着重要作用，通常在施工中会采用向掌子面喷射混凝土进行掌子面的支护，一般喷射的混凝土厚度为三到十厘米左右，这种支护作用可以有效防止掌子面松弛，保证掌子面的稳定性，同时在对掌子面的支护过程中，为了防止掌子面发生掉块现象，需要混凝土与锚杆同时使用，从而逐渐提升掌子面的支护效果，在掌子面的支护过程中，喷射混凝土主要是为了防止围岩掉块，所以对于这项技术要求较低，再进行洞体的喷射混凝土作业时，可以同时进行。所以在隧道建设中遇到掌子面围岩条件较差的情况，一定要采用喷混凝土的方式来对掌子面进行支护，同时在掌子面围岩支护过程中，还需要喷射混凝土与其他支护技术结合进行，只有这样才能逐渐提高支护效果。其中就包括超前注浆技术，这种技术通过以气压，液压以及电力作为动力，使注浆材料进入到长怎么样破碎的岩体中。使掌子面的破碎岩体形成一个整体，这种技术的应用可以有效改善掌子面以及前方围岩的施工条件，对保障隧道建设安全进行有着重要作用。同时还可以采用超小导管注浆的方式，对掌子面地进行加固，可以有效提高掌子面的防水效果，随着这项技术的逐渐完善，在现今的掌子面支护过程中，逐渐成为破碎围岩隧道施工的一项重要技术。在注浆过程中采用深孔注浆技术，可以有效降低注浆作业次数，使掌子面的防水作用也能得到有效提高，这种技术在我国富水地质环境中的隧道建设发挥了重要作用。通过这些技术的不断完善，对提高隧道支护体系性能有着重要作用[4]。

三、结束语

综上所述，随着我国隧道工程建设工作的不断推进，想要保证隧道工程的安全顺利进行，就需要建立一个高性能的支护体系，只有这样才能逐渐提高我国隧道工程的质量，从而逐渐推动我国交通运输行业的发展，为我国社会的快速发展保驾护航。