特殊地質(zhì)條件下隧道工程高性能支護(hù)體系

王曉磊 中國葛洲壩集團(tuán)路橋工程有限公司

在隧道工程的建設(shè)過程中，支護(hù)體系的性能對(duì)隧道工程的建設(shè)有著重要影響，只有不斷提高隧道支護(hù)體系的性能才能有效保障隧道建設(shè)的安全、順利進(jìn)行。但是由于我國面積巨大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜所以就為我國的隧道支護(hù)技術(shù)帶來了很大的挑戰(zhàn)，為了保證隧道建設(shè)的安全進(jìn)行，就需要有關(guān)人員不斷提高隧道支護(hù)技術(shù)，提高隧道支護(hù)體系性能，只有這樣才能逐漸推動(dòng)我國交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展。

一、我國現(xiàn)今的隧道支護(hù)體系現(xiàn)狀

近些年來，在我國的隧道工程支護(hù)工作進(jìn)行中，從我國的施工理念以及施工方式來看，再進(jìn)行隧道支護(hù)過程中采用最多的方法就是新奧法，這種支護(hù)方法具有使用范圍廣，作業(yè)靈活，便于施工等特點(diǎn)，對(duì)我國隧道工程的安全進(jìn)行發(fā)揮了重要作用有效推動(dòng)了我國交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展。在我國的支護(hù)作業(yè)過程中，由于我國支護(hù)技術(shù)起步較晚，所以仍然普遍采用小型機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，導(dǎo)致我國的隧道支護(hù)體系機(jī)械化以及信息化水平嚴(yán)重不足，所以為了推動(dòng)我國的支護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展，高質(zhì)量高效率的隧道支護(hù)體系建設(shè)依然是在我國隧道施工高效進(jìn)行的重要阻礙。

二、特殊地質(zhì)條件下高性能支護(hù)體系建設(shè)的施工技術(shù)及有關(guān)策略

七峰山隧道為武陽高速公路分離式中隧道，該隧道圍巖類型為V 級(jí)圍巖，最大埋深132m，最小埋深40m，是一座圍巖破碎、淺埋深隧道。對(duì)隧道建設(shè)存在影響的主要為褶皺構(gòu)造影響的巖體褶皺破碎區(qū)、斷裂帶及其影響區(qū)。褶皺構(gòu)造主要為黃姑山背斜，七峰山隧道均處于其影響范圍內(nèi)，對(duì)隧道圍巖完整性稍有影響；F15 斷裂帶分布于K59+900 附近，斷裂帶通過區(qū)域圍巖破碎，易塌方；F3 橫山-白云山-豬婆山斷裂帶雖然與隧道不相交，但受其構(gòu)造影響，隧址區(qū)巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，易產(chǎn)生圍巖變形甚至塌方，針對(duì)此地質(zhì)特點(diǎn)特提出以下施工技術(shù)及有關(guān)策略，保障現(xiàn)場高效、安全施工。

（一）噴射混凝土技術(shù)以及有關(guān)策略

1.早高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)及策略

對(duì)于早高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)來說，想要保障這項(xiàng)技術(shù)的熟練運(yùn)用，首先就需要清楚技術(shù)的具體含義，由于混凝土的性能會(huì)隨著時(shí)間推進(jìn)而變化，所以人們把普通混凝土在1、3、7d 時(shí)間段的性能稱為早期性能，目前我國對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度的要求一般以1d 的齡期為標(biāo)準(zhǔn)。所以在進(jìn)行特殊地質(zhì)條件下，就需要混凝土具備更高的24h 強(qiáng)度，同時(shí)在施工過程中，要保證混凝土在24 小時(shí)之內(nèi)的小時(shí)強(qiáng)度也要做到持續(xù)提升。同時(shí)在施工過程中，對(duì)軟弱圍巖以及淺埋隧道地下工程一定要保證混凝土在3h 的強(qiáng)度不得低于2MPa，只有這樣才能滿足施工的要求。在早高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)的應(yīng)用過程中，混凝土的早期強(qiáng)度受到多種因素的影響，除了在混凝土的制作過程中的水膠比，外加劑以及摻合料的影響因素以外，還會(huì)受到外界溫度變化的影響。所以在進(jìn)行早高強(qiáng)噴混凝土技術(shù)應(yīng)用過程中，就需要做到因地制宜，需要根據(jù)實(shí)際施工條件以及施工環(huán)境對(duì)混凝土的配合進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也需要對(duì)原材料進(jìn)行調(diào)整?？梢愿鶕?jù)季節(jié)變化采用不同的配比方案，同時(shí)在施工過程中，遇到環(huán)境溫度低于10℃的情況時(shí)，在這種情況下很難有效提升混凝土的早期強(qiáng)度，需要在實(shí)際的施工過程中，采用有效的溫度控制措施，其中主要就包括對(duì)原材料的保溫措施，以及對(duì)隧道進(jìn)行加熱提升隧道溫度的措施等等，同時(shí)早高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)可以通過以下措施從而有效提升支護(hù)體系的性能。

在早高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)的應(yīng)用過程中，可以通過低水膠比措施來提高混凝土強(qiáng)度，通過這種技術(shù)在提高混凝土后期強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)提高混凝土的早期也有著重要作用，在這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用過程中，最適宜的水膠比是0.38～0.45 同時(shí)也要根據(jù)季節(jié)條件以及實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行有效調(diào)整，只有這樣才能逐漸提高支護(hù)的有效性。同時(shí)在進(jìn)行早強(qiáng)摻和料的選擇過程中，可以采用硅粉以及復(fù)合型早強(qiáng)摻料逐漸提高，同時(shí)在施工過程中也可以采用其他材料或者產(chǎn)品，但是必須需要不斷驗(yàn)證。通過不斷混凝土的早期強(qiáng)度，以及應(yīng)用早高強(qiáng)噴射混凝土技術(shù)對(duì)提高支護(hù)體系性能有著重要作用。

2.纖維噴射混凝土技術(shù)及策略

在我國的混凝土發(fā)展過程中，纖維材料作為混凝土的增強(qiáng)材料在我國有著悠久歷史，在我國的混凝土事業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮了舉足輕重的作用。通過纖維材料的使用，有效提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度，提高了混凝土的變形能力，使混凝土變得更有韌性，對(duì)混凝土抗沖擊性提高也發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)這種技術(shù)也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，使纖維混凝土技術(shù)在我國得到了廣泛應(yīng)用。纖維噴射混凝土技術(shù)是在原來的混凝土噴射技術(shù)逐漸演變出來，通過在混凝土內(nèi)均勻摻補(bǔ)鋼纖維及各種混合纖維，從而有效提高混凝土的工作性能[1]。

纖維噴混凝土具有優(yōu)越的性能，但是在這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用過程中一定要保證前提條件，只有這樣才能有效對(duì)支護(hù)體系的性能進(jìn)行提升。這就需要在技術(shù)的應(yīng)用過程中，一定要保證混凝土的噴射密度，只有混凝土的密度不夠才能有效發(fā)揮纖維的重要作用，所以對(duì)噴混凝土技術(shù)的應(yīng)用過程中，要建立完善的混凝土指標(biāo)體系，只有根據(jù)這項(xiàng)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)以及工藝要求進(jìn)行正確應(yīng)用，才能對(duì)支護(hù)體系的性能進(jìn)行有效提升。

（二）錨桿（索）技術(shù)以及有關(guān)策略

1.低預(yù)應(yīng)力中空錨桿技術(shù)及策略

在我國支護(hù)體系的建設(shè)過程中，錨桿（索）技術(shù)對(duì)提高支護(hù)體系的性能有著重要作用，就需要在支護(hù)體系的建設(shè)過程中，根據(jù)隧道的實(shí)際條件選擇合理的錨桿（索）技術(shù)。中空錨桿是由一根中空的桿體作為受力桿件，同時(shí)在這種錨桿的頭部具有墊片、螺母等配件。通過中空錨桿可以有效對(duì)圍巖的變形進(jìn)行有效控制，其中低預(yù)應(yīng)力中空錨桿技術(shù)主要是利用中空桿體自由段的彈性伸長，這樣就可以為中空桿體施加一個(gè)預(yù)應(yīng)力，從而有效提高支護(hù)效果，提高支護(hù)體系性能，低預(yù)應(yīng)力中空錨桿由下面幾個(gè)部件構(gòu)成：中空錨桿體的主體是全螺紋的中空鋼制桿體，同時(shí)在施工過程中，其中錨桿體的中空孔就可以為注漿以及排氣發(fā)揮著重要作用。第二個(gè)部分就是墊板部分，錨桿體的墊板一般選擇拱形墊板，通過墊板、中孔與球墊的配合，可以更加方便地進(jìn)行角度調(diào)整。同時(shí)在墊板的選擇過程中，一定要保證墊板的承載力符合施工，要求，同時(shí)還要保證墊板上需要帶有排氣孔。只有保證中空錨桿體的質(zhì)量，才能逐漸通過低預(yù)應(yīng)力中空錨桿技術(shù)逐漸提高支護(hù)體系性能[2]。

2.大變形錨桿（索）技術(shù)及策略

大變形錨桿在應(yīng)用過程中，可以主要分為釋能錨桿以及恒阻大變形錨索。釋能錨桿顧名思義就是保證錨桿恒定支護(hù)阻力的條件下，允許圍巖以及支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的位移，這樣就可以有效釋放圍巖的壓力，通過這種方式可以有效提高支護(hù)體系的性能，但是在圍巖恢復(fù)形變后，就會(huì)導(dǎo)致讓壓錨桿被破壞。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，通過在讓壓錨桿上安裝特定的讓壓結(jié)構(gòu)，就可以保證在支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生形變后，可以通過讓壓結(jié)構(gòu)對(duì)錨桿體進(jìn)行有效保護(hù)，這種方式可以有效避免錨桿體受到破壞，通過這種錨桿技術(shù)對(duì)提高支護(hù)系統(tǒng)的高效性有著重要作用。恒阻大變形錨索技術(shù)是一種新型錨索技術(shù)，主要有恒阻器、鋼絞線、托盤等幾部分構(gòu)成，可以在隧道圍巖發(fā)生變形時(shí)，通過錨索的滑移變形，從而有效降低為圍巖變形的壓力，從而有效提升支護(hù)體系性能。

（三）超前及掌子面支護(hù)技術(shù)以及有關(guān)策略

1.超前支護(hù)技術(shù)及策略

超前掌子面支護(hù)技術(shù)的不斷應(yīng)用，可以有效保證掌子面的安全穩(wěn)定，從而為隧道的結(jié)構(gòu)安全以及周圍的環(huán)境安全作出有力保證，同時(shí)在施工過程中對(duì)掌子面支護(hù)技術(shù)選擇過程中，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。超前支護(hù)技術(shù)也被稱為超前小導(dǎo)管施工技術(shù)，在這種技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要是為了對(duì)隧道開挖區(qū)進(jìn)行超前保護(hù)，適用于軟弱松軟的圍巖保護(hù)，這就需要在施工過程中，在隧道周邊向前方的圍巖內(nèi)打入帶孔的小導(dǎo)管，同時(shí)通過導(dǎo)管向圍巖內(nèi)注入帶有膠結(jié)作用的漿液，這樣在漿液的凝固過后，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖的保護(hù)，從而提高支護(hù)效果。同時(shí)通過對(duì)圍巖內(nèi)縫隙的注膠，不但能夠?qū)鷰r的強(qiáng)度進(jìn)行有效提高，同時(shí)通過對(duì)圍巖縫隙的填充，有效提高了圍巖的防水性，同時(shí)對(duì)圍巖起到了一定的支撐作用，通過超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)提高隧道支護(hù)系統(tǒng)性能有著重要作用[3]。

2.掌子面支護(hù)技術(shù)及策略

隧道的建設(shè)過程中，對(duì)隧道掌子面支護(hù)作業(yè)對(duì)建設(shè)的順利進(jìn)行有著重要作用，通常在施工中會(huì)采用向掌子面噴射混凝土進(jìn)行掌子面的支護(hù)，一般噴射的混凝土厚度為三到十厘米左右，這種支護(hù)作用可以有效防止掌子面松弛，保證掌子面的穩(wěn)定性，同時(shí)在對(duì)掌子面的支護(hù)過程中，為了防止掌子面發(fā)生掉塊現(xiàn)象，需要混凝土與錨桿同時(shí)使用，從而逐漸提升掌子面的支護(hù)效果，在掌子面的支護(hù)過程中，噴射混凝土主要是為了防止圍巖掉塊，所以對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)要求較低，再進(jìn)行洞體的噴射混凝土作業(yè)時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行。所以在隧道建設(shè)中遇到掌子面圍巖條件較差的情況，一定要采用噴混凝土的方式來對(duì)掌子面進(jìn)行支護(hù)，同時(shí)在掌子面圍巖支護(hù)過程中，還需要噴射混凝土與其他支護(hù)技術(shù)結(jié)合進(jìn)行，只有這樣才能逐漸提高支護(hù)效果。其中就包括超前注漿技術(shù)，這種技術(shù)通過以氣壓，液壓以及電力作為動(dòng)力，使注漿材料進(jìn)入到長怎么樣破碎的巖體中。使掌子面的破碎巖體形成一個(gè)整體，這種技術(shù)的應(yīng)用可以有效改善掌子面以及前方圍巖的施工條件，對(duì)保障隧道建設(shè)安全進(jìn)行有著重要作用。同時(shí)還可以采用超小導(dǎo)管注漿的方式，對(duì)掌子面地進(jìn)行加固，可以有效提高掌子面的防水效果，隨著這項(xiàng)技術(shù)的逐漸完善，在現(xiàn)今的掌子面支護(hù)過程中，逐漸成為破碎圍巖隧道施工的一項(xiàng)重要技術(shù)。在注漿過程中采用深孔注漿技術(shù)，可以有效降低注漿作業(yè)次數(shù)，使掌子面的防水作用也能得到有效提高，這種技術(shù)在我國富水地質(zhì)環(huán)境中的隧道建設(shè)發(fā)揮了重要作用。通過這些技術(shù)的不斷完善，對(duì)提高隧道支護(hù)體系性能有著重要作用[4]。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國隧道工程建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，想要保證隧道工程的安全順利進(jìn)行，就需要建立一個(gè)高性能的支護(hù)體系，只有這樣才能逐漸提高我國隧道工程的質(zhì)量，從而逐漸推動(dòng)我國交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，為我國社會(huì)的快速發(fā)展保駕護(hù)航。