平天高速软弱围岩隧道双层初期支护施工技术

朱 永

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

1 工程简介

华亭隧道位于甘肃省华亭县西华镇，穿越方堡子山梁，隧道全长左线1480m，起讫桩号：ZK56+390～ZK57+870；右线全长1564m，起讫桩号：YK56+386～YK57+950。该隧道作为本项目中唯一1座长隧道，是本项目控制工期的重点项目。该隧道为分离式长隧道，最大埋深约93m。左右幅隧道进口段均为上坡，纵坡坡度均为+1.7%。设计行车速度80km/h。隧道限界：净宽10.25m（单洞），净高5.0m。地震设防烈度为Ⅷ度。

隧道穿越方堡子山梁，属构造剥蚀低中山地貌，地势起伏较大，相对高差约85m。地表多覆盖坡积粉质粘土，厚2～8m，下伏基岩为新近系砂质基岩；隧道平凉端洞口位于冲沟左岸山坡上，地形较平缓，坡度20°～30°；天水端洞口段坡度较缓，自然坡度一般为15°～25°。

本项目地处内陆，属半干旱、半湿润的大陆性气候。在全省气候区划中，属于泾渭和冷温带亚润区，六盘山—关山山地属半湿润温冷气候区。

本隧道主要工程材料用量见表1。

华亭隧道进出口段都位于Ⅴ级围岩段中，洞身主要围岩级别为Ⅴ级围岩，经过多方面比较，选择采用双层初期支护的施工方法，取得了良好的效果。

2 施工准备

根据围岩监控量测数据，绘制外层拱架时间收敛曲线，同时根据内层拱架施工间隔合理选择预留变形量，根据选定的预留变形量重新修正选用的PS格构梁设计参数及喷射混凝土厚度，根据实际施工效果验证设计的合理性，如达不到预定效果，需重复以上过程，直至满足要求为止[1]，力求在外层初期支护达到设定的预留变形量前，完成内层初期支护的施做。最终做到内、外层初期支护同时承受围岩压力，将围岩收敛速度控制在合理范围内，为衬砌等后续的施工争取时间，二次衬砌采用钢筋混凝土结构，外层拱采用大型PS格构梁，利用PS格构梁在较大变形下不发生破坏的特性，可延长外层拱架达到屈服强度的时间，内层采用重型钢拱架，利用其刚度，控制围岩收敛的发展，同时能够使两层初支紧密相贴，从而形成双层初期支护同时受力，以达到以强支护控制初支收敛的目的。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

双层初期支护施工工艺流程如图1所示。

3.2 操作要点

（1） 保证拱架制作质量。

① PS格构梁制作过程中涉及多处焊接施工，必须保证制作过程中焊接长度及焊缝质量，且焊条标号须满足规范要求[2]；

② PS格构梁整榀进行预制校正，并采用油漆进行标记，明确拱架编号及各段拱架安设位置；

③ 钢拱架制作要求参照PS格构梁制作要求进行加工。

（2） 保证上部拱架拱脚处于正确位置，可选择采取下列方案：

① 在上部拱架拱脚增设锁脚导管，导管内灌注水泥浆；

② 钢架间采用型钢代替连接筋可有效控制拱架间距及拱架垂直度。

（3） 双层初期支护对齐。

内外层拱架对齐，内层拱架施做后在内层拱架与外层拱架间隙处按1m间距加设木楔，增加拱架间的接触，使内层拱架尽早形成支护能力，约束围岩进一步收敛。

3.3 质量控制

为确保初期支护质量，应加强施工过程中的质量控制，其中应着重加强以下几点的检查：

表1 主要工程材料用量表

图1 双层初期支护施工工艺流程

（1） 按照公路工程验收规范中的相关要求对拱架进行检验。

（2） 对钢筋焊接质量进行抽查，确保焊接质量，满足要求。

（3） 拱架安装按照公路工程验收规范进行质量控制，尤其是垂直度的控制。

（4） 内层拱架与外层拱架间的施做时间间隔，根据预留变形量及监控量测结果严格进行控制，必须为内层拱架预留适当的预留量。

（5） 对拱架设置的锁脚导管及锚杆，必须保证质量及长度，必要时可根据实际情况进行加强。

（6） 外层拱架施工时，可设置内层拱架定位钢筋，钢筋伸出外层拱架喷射混凝土5cm；便于内层拱架定位施工，保证内外层拱架对齐，进一步加强拱架整体受力能力[3]。内外层拱架错位应控制在3cm以内，且不大于较小拱架宽度的1/6。

4 安全保障措施及其应用效果

4.1 安全措施

（1） 加强初支监测，必要时采用全站仪对围岩收敛情况进行不间断监测。外层初支收敛速率大于预期时，应停止断面掘进，加快内层初支施工，使内外层初支齐平后，再开始断面掘进。

（2） 拱架搬运过程中，指挥人员要清理搬运范围内的非施工人员，避免钢拱架对人体造成伤害。

（3） 拱架吊装过程中，钢丝绳要采取双保险，采用双根钢丝绳，防止绳滑落或断裂。

（4） 拱架对接时，临时支承必须保证钢拱架的稳定，不对施工人员形成威胁。

（5） 安装台车四周必须要有防护栏杆。

（6） 不得将钢拱置于废渣或活动的石头上，软弱地段在钢拱架基脚处安设钢槽，以扩大基脚承受面积。

（7） 当发现以喷锚区段的围岩有较大变形或锚杆失效时，应立即在该区段增设加强锚杆，其长度应不小于原锚杆长度的1.5倍。

（8） 格栅拱架的架设应由专人按规定的信号进行指挥，随时观察围岩动态或初喷射混凝土层的变化情况，防止落石或坍塌引起伤人事故。

（9） 在架设拱架前，应采用垫板等将拱架的基础面垫平。架设时，应采用纵向连接杆件将相邻的拱架连接牢固，防止架体倾覆或扭转及变位等引发安全事故。

（10） 对拱架应经常检查，如发现扭曲、压屈等现象或征兆时，必须及时采取加固措施。必要时，应使其他人员迅速撤至安全地带，防止因坍塌造成安全事故。

4.2 应用效果

为对比双层拱架的支护效果，加密了围岩收敛监测的频率，绘制了围岩收敛曲线。经过对比发现，采用单层同等强度的初期支护时围岩收敛的速率是采用双层初期支护时的2倍，但其整体的收敛趋势相同，收敛速率没有明显的下降趋势，基本保持不变。在初期支护成环后，收敛速度急剧下降，日均沉降值在1～3mm间波动，基本稳定。

对以上情况进行分析，发现采用双层拱架支护在大地应力隧道中只能降低围岩收敛的速率，但不能抑制围岩收敛的趋势，只是为后续施工争取了必要的施工时间，同时在初期支护成环时提供足够的支撑作用，围岩收敛的趋势在初期支护成环后才会急剧下降。

为此双层初期支护施工方法在应用时，应以初期成环所需时间为切入点。在所需时间确定后，反推所需初期支护强度。将初期支护强度分解在双层初期支护上，以增加单层初期支护拱架间距，达到增大循环进尺的同时保证成环后初期支护的强度满足要求的目的。

5 结束语

通过采用双层初期支护施工，经济效果显著，同时采用单层初期支护段3台阶开挖每断面月平均进尺在35m，采用双层初期支护施工后每断面月平均进尺为65m，此结果受到业主的一致好评，成效显著。

［1］ 司贤超. 共和隧道特殊围岩段初期支护大变形处理技术[J]. 隧道建设, 2015,(S1):12-14.

［2］ 黄云骢, 周建春. 某高速公路隧道施工初期支护参数分析与监测[J]. 广东公路交通, 2014,(04):45-47.

［3］ 孙春森. 隧道软弱围岩初期支护大变形的处理[J]. 西部探矿工程, 2016, (11):82-84.