淺析復(fù)合支護(hù)在隧道施工中的應(yīng)用

摘要：隧道設(shè)計(jì)中存在的諸多問題嚴(yán)重制約了隧道建設(shè)的科學(xué)化、精細(xì)化、規(guī)范化，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而導(dǎo)致的隧道工程事故越來越多，主要原因是對隧道圍巖及支護(hù)體時(shí)效穩(wěn)定及可靠性的研究不足。文章結(jié)合隧道自身特點(diǎn)及工程地質(zhì)條件選擇復(fù)合支護(hù)的方式對隧道進(jìn)行支護(hù)。

關(guān)鍵詞：隧道事故；圍巖穩(wěn)定性；復(fù)合支護(hù)

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0088-02

近些年來我國鐵路隧道建設(shè)取得了巨大的成就，但與隧道相關(guān)的理論體系不完善，施工機(jī)械化程度不高、施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。隧道工程建設(shè)中存在的種種困惑和問題，主要是沒有結(jié)合復(fù)雜多變的地質(zhì)條件從原理上進(jìn)行系統(tǒng)的研究，缺乏可靠的有針對性的設(shè)計(jì)理念和工程對策。因此開展隧道支護(hù)與圍巖作用關(guān)系的研究，從隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中支護(hù)——圍巖作用關(guān)系這一核心問題出發(fā)，圍繞圍巖力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，初期支護(hù)與圍巖作用關(guān)系，初期支護(hù)與二次襯砌作用關(guān)系進(jìn)行深入研究，具有重大的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某隧道是鐵路建設(shè)的重點(diǎn)性關(guān)鍵控制工程，獨(dú)頭掘進(jìn)距離長，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工場地狹窄。隧道開挖時(shí)有發(fā)生巖溶、巖爆、瓦斯、突水、突泥、煤層、冒頂?shù)目赡埽┕ぐ踩潜舅淼朗┕さ闹攸c(diǎn)。由于進(jìn)口端受地形的限制，該隧道設(shè)計(jì)為變間距隧道，隧道軸線最小凈距離為21.5m，最大間距為43.5m。為了解決該隧道施工過程中的諸多問題，隧道結(jié)構(gòu)按新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用復(fù)合襯砌，初期支護(hù)以噴射砼、錨桿、鋼筋網(wǎng)為主，局部輔以U型鋼鋼架、格柵鋼架加強(qiáng)，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力，在監(jiān)控量測信息指導(dǎo)下施作初期支護(hù)和二襯混凝土。

2 施工工藝及質(zhì)量控制

隧道施工實(shí)行機(jī)械化、專業(yè)化作業(yè)，配備鉆孔臺架、挖掘機(jī)、液壓震動(dòng)錘、濕式噴射機(jī)、高壓注漿機(jī)、混凝土拌和樓、混凝土輸送泵、全斷面液壓鋼模襯砌臺車、通風(fēng)排煙設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備施工。實(shí)施開挖、噴錨、二次襯砌等多條機(jī)械化作業(yè)線流水作業(yè)，實(shí)現(xiàn)主要工序機(jī)械化作業(yè)，充分發(fā)揮機(jī)械效率。Ⅳ級圍巖采用臺階分部開挖法；Ⅲ級圍巖一般地段采用全斷面開挖，巖溶、巖爆地段采取下中導(dǎo)坑超前開挖、后二次全斷面擴(kuò)開挖，以提前做好巖溶、巖爆超前預(yù)測和應(yīng)力釋放。初期支護(hù)緊隨開挖面及時(shí)施作，減少圍巖暴露時(shí)間，抑制圍巖變形。用錨桿風(fēng)槍鉆錨桿孔，注漿泵注漿，采用先錨后灌法埋設(shè)錨桿，安設(shè)鋼支架。噴射混凝土采用濕噴技術(shù)；混凝土襯砌采用仰拱先行的方法，即仰拱施工緊跟初期支護(hù)。二襯采用全斷面整體模板襯砌臺車模筑，二襯距開挖面距離不大于200m，混凝土由拌和樓集中生產(chǎn)，混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)輸和輸送泵泵送。

2.1 初期支護(hù)混凝土噴射質(zhì)量控制

嚴(yán)格按規(guī)定的速凝劑摻量，并添加均勻，嚴(yán)格控制水灰比。在未上混凝土拌和料之前，先開高壓風(fēng)和高壓水，水和高壓風(fēng)成霧狀。噴射分成段，長度不得多于6m，分塊大?。?×2m，嚴(yán)格先墻后拱自下而上噴射。噴嘴對巖面作順時(shí)針方向，螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，“S”形往返移動(dòng)前進(jìn)。適當(dāng)調(diào)整風(fēng)壓，不宜過大或過小。水壓應(yīng)稍高于風(fēng)壓。噴射作業(yè)時(shí)，噴嘴的方向應(yīng)和受噴面保持垂直，噴嘴與受噴面間距0.6～1.0m左右，噴射壓力保持在2～5kg/cm2左右。噴射作業(yè)應(yīng)分層進(jìn)行， 一次噴射厚度：一般拱部為3～5㎝，邊墻為6～8㎝。

養(yǎng)護(hù)：在開始終凝后開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于

7天。

噴射混凝土攪拌采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌機(jī)一次攪拌量不得大于其額定攪拌量的80%，攪拌時(shí)間比普通混凝土延長1～2min；攪拌時(shí)，各種材料計(jì)量允許誤差為：粗骨料±3%，水泥和外加劑±2%。

噴射混凝土需按以下要求施工：采用PO32.5水泥，粗骨料最大粒徑不得大于15mm，水泥與砂石的重量比為1：3～1：4；砂率不宜小于45%，具體摻量由現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

噴射鋼筋網(wǎng)混凝土前，根據(jù)巖面上高低起伏情況，必要時(shí)候先鋪噴一層混凝土，再鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。

2.2 砂漿錨桿施工工藝

砂漿錨桿施工工藝說明：錨桿在坑道開挖出碴后，盡快抓緊安設(shè)錨桿，錨桿安裝采用風(fēng)槍鉆孔，人工安設(shè)，注漿泵注漿埋設(shè)錨桿。鉆孔方向根據(jù)巖層情況可適當(dāng)調(diào)整，使其與巖層主要結(jié)構(gòu)面盡量垂直；孔鉆好后用高壓水將孔眼沖洗干凈（若是向下鉆孔還須用高壓風(fēng)吹凈水），并用塞子塞緊孔口，防止石渣掉入；注漿管插至距孔底5～10cm處，隨水泥砂漿的注入緩慢勻速拔出，隨即迅速將桿體插入，錨桿桿體插入孔內(nèi)的長度不得短于設(shè)計(jì)長度的95%。

2.3 二次襯砌工藝

對于Ⅳ、Ⅴ級圍巖，因二襯是作為主要承載結(jié)構(gòu)，故須在初支施作后并具備施工條件時(shí)施作二襯，而不必等到圍巖收斂達(dá)標(biāo)。對于Ⅲ級圍巖，根據(jù)獲取的量測信息分析后，認(rèn)定圍巖變形趨于穩(wěn)定狀態(tài)，則進(jìn)行二襯施工。在噴射混凝土與防水層之間設(shè)φ75HDPE單壁打孔波紋管縱環(huán)向盲溝，EVA防水板用自動(dòng)行走式熱合機(jī)進(jìn)行雙縫焊接，三角縫、丁字縫等薄弱環(huán)節(jié)用熱熔焊槍加強(qiáng)補(bǔ)焊。鋪掛后進(jìn)行氣密性檢測，發(fā)現(xiàn)漏氣則進(jìn)行補(bǔ)焊，直至完好。對兩端施工縫防水設(shè)施進(jìn)行安裝、整修，并安裝端頭模板。用輸送泵泵送混凝土入模，插入式振搗器和附著式振搗器配合運(yùn)用，振搗混凝土直至密實(shí)。泵送時(shí)注意左右對稱，分層灌注，每層厚度不超過1m。收縮臺車液壓系統(tǒng)，脫模，并對臺車模板進(jìn)行整修、養(yǎng)護(hù)。對二襯混凝土進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)，使表面處于濕潤狀態(tài)。壓二襯試件，結(jié)合二襯外表，評定二襯質(zhì)量。

注意對風(fēng)機(jī)預(yù)埋部位進(jìn)行鋼筋加強(qiáng)處理，并按設(shè)計(jì)圖紙預(yù)埋好鋼板及所有設(shè)計(jì)要求之照明、監(jiān)控、消防、配電等預(yù)埋件。

二襯必須對稱同步進(jìn)行，澆注時(shí)，先澆注一側(cè)邊墻，待澆注到1.0m高度后，再換管澆注另一側(cè)邊墻，循環(huán)往復(fù)直至封頂。砼振搗時(shí)，注意保護(hù)防水層。砼灌注必須連續(xù)進(jìn)行，一次澆注完成，不得產(chǎn)生施工冷縫，可摻緩凝劑，以延長砼初凝時(shí)間，確保砼連續(xù)澆注的實(shí)現(xiàn)。拆模后砼應(yīng)連續(xù)養(yǎng)護(hù)不少于7天。模板臺車脫模后，必須清理模板，并涂脫模劑。砼質(zhì)量檢查按《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行，其強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3 支護(hù)效果分析

（1）隧道分步開挖后，其拱頂和仰拱圍巖出現(xiàn)了很大的變形，邊墻變形相對較小。但是其應(yīng)力集中系數(shù)較大。

（2）隧道一次支護(hù)后，圍巖的變形及塑性區(qū)范圍明顯減小，而應(yīng)力變化不大。

（3）隧道二次襯砌后，圍巖的變形及塑性區(qū)范圍進(jìn)一步縮小，但不如錨噴支護(hù)的加固效果，說明一次支護(hù)對隧道的穩(wěn)定性起重要作用。

（4）襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布均勻，在拱頂和仰拱處壓應(yīng)力相對較小，而邊墻的壓應(yīng)力相對較大。二次襯砌的設(shè)置，提高了隧道結(jié)構(gòu)的承載力，抑制了圍巖塑性區(qū)的擴(kuò)展，約束了隧道洞周位移的發(fā)展，提高了隧道使用的耐久性。

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作者簡介：李忠（1981—），男，中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司總工程師，欽防鐵路項(xiàng)目部工程師。