隧道工程支护施工技术管理要点分析

杨玉祥

（云南升盟工程咨询有限公司，云南昆明 650200）

1 工程概况

昭通中心城市昭阳西环高速公路T2 标段起讫桩号K13+880—K29+109.308，主线全长15.229km，沿线主要城镇属昭阳区境的旧圃镇、永丰镇。主要工程为路基挖方/填方，工程量为2001100m2/2221300m2（含互通），路基圬工防护135000m2；大桥965m/4 座，中桥111m/2 座，天桥433m/6 座，涵、通道62 道；长隧道1361.5m/1 座，短隧道285m/1 座，互通式立体交叉3处。全线钢筋约1.58 万t，混凝土约35 万m3。其中，主要控制点工程为永丰山隧道工程。

2 隧道工程总体施工方案

永丰山隧道工程施工采用新奥法原理，结合所处地质条件和环境状况，充分考虑结构形式、断面大小、施工工期等各方面情况，选取最佳方法进行施工。在Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩处，分别采用台阶法和台阶分步法施工，明洞采用明挖法施工。一般施工流程如图1所示，超前支护体系及初期支护体系如表1所示。

表1 超前支护及初期支护体系[1]

3 隧道工程支护施工技术管理要点

3.1 超前支护

3.1.1 超前大管棚

液压钻孔台车在钻孔较深时，由于钻杆不够长，需要接杆，在孔深不断增加的情况下，则必须有效控制和调整回转扭矩、推力和冲击功，其中要注意对推力的有效控制。施钻时，应在掌子面上顶紧台车大臂，避免颤动幅度较大导致施钻精度不高。钻机开孔时钻速宜低，钻进20cm 后转入正常钻速。第一节钻杆钻入岩层，在距离尾部20～30cm 时不继续钻进，人工使用两把管钳卡紧钻杆，保证丝扣不被卡死，钻机以较低速度进行反转，并与钻杆脱离。钻机沿导轨返回原位，再通过人工方式安装第二根钻杆，并在钻杆前部安装好联结套，钻机将联结套低速运送到第一根钻杆尾部，对准方向后联结成一体。换钻杆时，必须对钻杆进行检查，确保其未出现损坏且未弯曲，中心水孔畅通等，如果经检查不合格应立即更换，以免影响作业正常进行。开孔采用φ110 钻头，钻孔直径应比棚管外径大15～20mm，孔深大于管长0.5m 以上。钻孔符合一定深度要求之后，再采用相同方法将钻杆拆卸，将钻机归位。

3.1.2 顶管

为保证施工进度，该工程采用的工艺方法是大引导孔和棚管钻进相结合，且先对比钢管外径更大的引导孔进行钻进，再使用钻机冲击与推力（顶进棚管时，凿岩机不使用回转压力，不形成扭矩）将棚管沿引导孔顶进，一节连一节接长棚管到孔底处[2]。

3.1.3 注浆

注浆按照钢管施钻从下到上的顺序叠加进行，压力由小变大。注浆时，必须将相关数据记录好，包括注浆时间、注浆压力、浆液消耗量及其变化等。注浆结束后，以偶数的数量进行钻孔，通过钻进难易程度、压力变化、是否卡钻、观察注浆填充情况等多种方式，检验评、定注浆效果，若注浆效果不理想，则偶数孔钢管打孔补注浆。

3.2 超前小导管

现场加工小钢管，喷射混凝土封闭岩面，钻孔设备为风动凿岩机，通过钻孔台车或风动凿岩机的顶推力将小导管推至孔内，采用测斜仪控制钻孔角度，使用注浆泵压注水泥浆[3]。出现串浆情况时，如果有多台注浆机，则可同时注浆，若注浆机数量不足，则将串浆孔堵住，注浆该管时再拆卸堵塞物，必须将管内杂物及时清除，可使用贴地或细钢筋进行处理，同时使用高压风或水冲洗，冲洗完毕后注浆。水泥浆进浆量过大时，压力很长时间不增加，则必须对浆液浓度和配合比进行调整，减少凝胶时间，采取间歇式或者小泵量低压力的方式注浆，使浆液在裂隙中存在一定时间的间歇，但时间必须短于混合浆的凝胶时间，便于更好地凝胶。

3.3 初期支护

3.3.1 喷射混凝土

喷射混凝土之前，以规范要求和标准检验开挖断面，该工程选择的工艺为湿喷法。

（1）素喷混凝土

喷射之前，应仔细检查隧道断面，及时清理和处理干净欠挖部位和全部开裂、破碎、出水点和崩解的破损岩石，将墙角虚碴和浮石清理干净，再使用高压水或风对岩面进行冲洗。

喷射混凝土作业以段或块为单位进行，按照先墙后拱，从下到上的顺序作业。喷嘴缓慢运动，呈螺旋式，且螺旋直径范围为20～30cm，保证紧密喷射混凝土。此外，应注意观测水压、风压及喷射距离，避免产生较大回弹量[4]。若隧道喷射混凝土厚度达5cm 以上，则选择两层作业，如果在第一层混凝土终凝1h 后进行第二次喷射混凝土，则要对第一层混凝土面进行冲洗。初次喷射先找平岩面。若喷射混凝土终凝2h后再喷水养护，必须进行7 天以上的养护。开挖喷射混凝土时，爆破工作应在上一循环喷射混凝土终凝不少于4h 后进行。

（2）有水地段喷射混凝土

如果涌水点较少，先进行导管引排水，再进行混凝土喷射；如果涌水量范围较大，则将导管设置成树枝状进行排水，再进行混凝土喷射；在涌水较为严重时，则添加适当数量泄水孔，排水与混凝土喷射可同时进行。增设一定量水泥，调整配合比，按照从远到近的顺序喷射混凝土，逐渐靠近涌水点，并在此设置导管引出水，最后在导管附近喷射混凝土，若岩面渗水量较多，可先喷砂浆，再增加速凝剂掺量，初喷之后，继续按照原配比施工。若局部产生大量出水，则采用凿槽、埋管或者树枝排水盲沟等方式引水，之后再喷射混凝土。

3.3.2 药卷锚杆

药卷锚杆采用风动凿岩机成孔，先注后插工艺安装锚杆，测斜仪控制锚杆孔道倾角，注浆采用专用注浆泵施工[5]。

（1）钻孔

采用分层明挖法开挖隧道明洞，挖好一层后，做好边仰坡防护，钻孔使用风动钻岩机施工[6]。清孔、注浆，接着在注浆的同时将注浆管拔出并准备插杆。

（2）插杆

注浆后，要将锚杆放置好，再结合实际情况确定是否补注浆液。锚杆孔注满浆后，将锚杆钢筋插入锚杆孔，感受到锚杆与孔底产生强烈撞击后，再插好锚杆，临时固定使用孔口、块石或木楔，并保持居中，防止其敲击碰撞杆体外露部分。安装好锚杆之后不得进行敲击，3 天内不允许将重物悬挂在上面。

（3）安装垫板

在锚杆孔内的砂浆的设计强度超过80%时，再安装垫板，完成外部操作。安装垫板的过程中，要保证垫板垂直于锚杆轴线，若安装有误，则无法保持锚杆的锚固性能。若是锚杆孔的轴线与孔口平面之间没有保持垂直，可通过以下两种操作方式均匀压紧垫板与岩面：一是将楔形垫块安装于螺帽下；二是在安装垫板之后，使用混凝土或砂浆进行找平。

3.3.3 组合中空注浆锚杆

（1）测量放样、钻机就位

进行锚杆孔开孔前，要开展量测工作，按照设计要求确定孔的位置，并做好标记，并将开孔偏差范围控制在10cm 以内；根据施工图纸要求，确定锚杆孔的孔轴方向，对于图纸中未规定的，采取与开挖面垂直方式处理；局部加固的锚杆的孔轴方向与滑动面保持相反方向和45°以上的交角。

（2）成孔

严格控制锚杆方向和位置，钻完锚孔之后，再使用高压风对孔进行清洗。清理干净之后注意控制好锚孔位置、直径和方向，检查锚孔是否畅通平直，若未达标则进行二次钻孔。

（3）锚杆杆体安装

隧道墙部采用WZD25 组合中空注浆锚杆[7]。锚杆垫板在安装时要垂直于锚杆，且与初喷混凝土紧密贴合。

（4）注浆

通过锚杆杆体预留通道接孔口，并使用专用高压注浆泵进行注浆。通过排气管排出隧道拱部内的气体；自然排出隧道墙部的气体，以保证锚杆孔内注浆饱满。

（5）钢筋网铺设

钢筋加工网格环纵向间距为20×20cm（25×25cm），网片搭接长度应不小于网片间距一格。同时，网片加工规格应根据围岩类别、每循环进尺而定。钢筋网全断面布设，边墙及拱部设钢筋网应焊接在系统锚杆外露端。人工铺设钢筋网，铺设时靠近岩面，同时牢固焊接锚杆和钢架。在钢架靠近岩面一侧焊接钢筋网，保证结构整体受力。喷射混凝土时，减小喷头至受喷面距离并控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。钢筋网喷射混凝土保护层厚度要保持在2cm 以上。此外，钢筋经试验达到合格标准且进行除锈处理后，才能将之投入使用，在洞外分片制作，按照搭接长度在10cm 以上的标准进行安装。

3.3.4 锁脚锚杆

（1）钻机就位

在锚杆运输过程中，要结合洞内场地存放大小、运输机械、各类作业台腹下净空限界，确定运输重量和距离。钻机经调试正常运行之后，根据设计锚杆位置固定钻机，将钻杆调整到设计方向，与孔位对准。

（2）钻孔

严格检查钻进固定装置和防护装置，保证其完整无损，采用相应仪器测量钻杆，保证角度与方向符合设计要求再开钻。钻孔过程中应确保钻机稳定牢靠，并将孔口偏差控制在50mm 内，孔眼长度要比设计的锚杆长度更长，并按照比管径大20mm 以上的直径进行钻孔。在锚杆钻进过程中，钻机和作业平台要稳定牢靠，除钻机操作人员外还应安排至少一人协助作业。此外，所有作业人员均要做好安全防护，系牢安全带、佩戴安全帽、戴好防护面罩等。

（3）清孔

将高压风管端与一根长度在4～5cm 之间，直径φ20mm 的钢管进行连接，将钢管插入锚杆孔内，将阀门打开，再吹净孔内水和泥浆。

（4）安装锚杆

采用人工方式插入锚杆，在锚杆一端杆体上固定锚头，接着将锚头端插入锚杆孔内。抬运锚杆时，必须保证协调工人间的步调。

（5）安装垫板及螺栓

保证止浆塞和垫板与初支面紧密贴合，使用扭矩扳手将螺母旋紧[8]。

（6）注浆

同药卷锚杆。

3.3.5 钢拱架（格栅）

采用机械设备将钢拱架（格栅）输送到安装现场，安装工作由人工作业平台和装卸机相结合完成，安装过程中尤其要重视钢架的垂直度，避免发生左前右后或前倾后倒等情况，同时焊接锚杆和纵向连接钢筋，使之形成一体。安装前，按照设计图分批对加工质量进行检查验收，不达标不得使用。将底脚处浮渣清理完毕，根据设计焊连定位筋及纵向连接筋，段之间连接安设垫片，将螺栓拧紧，保证安装质量。严格控制中线及高程。将鞍形混凝土垫块设置在拱架与岩面之间，保证二者之间紧密贴合，确保初喷质量。即使拱脚高程不够，也不允许使用块石、碎进行砌垫，而必须使用钢板调整，或浇筑强度在C20 以上的混凝土。安装好拱架之后要保持垂直度，不得出现扭曲变形现象。

4 结语

综上所述，昭通中心城市昭阳西环高速公路T2 标段永丰山隧道工程，在施工中采用了科学的超前支护体系及初期支护体系，并在施工过程中做好了充分的技术管理，为整个隧道工程的施工质量和施工安全打下了坚实的基础。