软弱围岩隧道开挖及支护关键技术研究

李桐年

摘要： 文章以平耶四号隧道工程为例，对软弱围岩条件下，隧道开挖及支护关键技术进行论述。期望通过本文的研究能够为同类工程提供借鉴参考。

Abstract： Taking Pingye No. 4 tunnel project as an example， this paper discusses the key techniques of tunnel excavation and support under soft surrounding rock conditions. It is expected that the research in this paper can provide reference for similar projects.

关键词： 隧道施工；软弱围岩；开挖支护；技术

Key words： tunnel construction；soft surrounding rock；excavation support；technology

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）16-0161-02

1 工程概况

平耶四号隧道工程隧址所在区域的地层为志留系，弱风化片岩，埋深较浅，节理裂隙发育，局部岩体呈现出破碎状。隧道施工过程中，遇到一处软弱围岩段，为确保施工安全、有序进行，提出有效的开挖及合理的支护方案。下面重点对该隧道内软弱围岩段的开挖及支护关键技术进行分析。

2 软弱围岩隧道开挖及支护关键技术

2.1 施工方案

该软弱围岩的碳化情况比较严重，由于其中含有绢云母，一旦遇水会出现软化的现象，由此极有可能引起围岩变形及坍塌的问题。针对这一情况，在隧道开挖施工中，应当加强超前预报，及时了解并掌握软弱围岩的情况，以便采取相应的技术措施；为防止软弱围岩出现变形，决定采用增大预留变形量和复合式衬砌的方法，初期支护及时封闭；若是施工过程中，遇到出露的地下水，则应采取排堵结合的方法进行治水。

2.2 隧洞开挖施工方法

对隧洞进行开挖时，采用的是三台阶法，具体的施工工艺流程如图1所示。

可按照设计拱架的间距对上台阶的循环进尺进行确定，最大不得超过2榀拱架的间距；上、中台阶的高度分别为2.0-2.5m；3.0-3.5m；台阶的长度为3-5m。具体的施工顺序如下：先开挖上台阶，并进行初期支护，随后开挖中台阶，进行初期支护，再开挖下台阶，进行初期支护，三台阶全部开挖并完成初期支护后，便可浇筑仰拱，并对全断面进行二次衬砌。

2.3 支护施工技术要点

2.3.1 喷射砼

①在对砼进行喷射施工以前，为确保并进一步提高喷射质量，应当做好如下准备工作：对开挖断面的净空尺寸进行检查，看是否满足作业要求，随后对松动的岩体进行清除，并对喷射面进行冲洗，由于本工程中的软弱围岩遇水容易变形，故此，清洗时应采用高压风吹扫的方式；对所有的机具设备及水电线路进行检查，并试运转，看是否正常，如有异常应当及时调整，以免影响施工有序进行；若是岩面存在渗漏水的现象，必须在喷射砼之前采取有效的措施进行妥善处理。涌水量大的部位可采取注浆堵水的方法，渗漏水则可采用岩面注浆的方法进行处理。出水点如果比较集中，可沿着节理裂隙设置排水管或排水板，将水引入隧道底部的排水沟，排出洞外。

②在对砼的配合比进行设计时，应同时满足性能及可喷性的要求，可通过试验确定最佳的配合比。

③可采取分段、分片的方法进行喷射施工，先喷下部，逐次向上，每个喷射段的长度应控制在6.0m以内，可采用螺旋移动的方法进行喷射，这样可以使砼更加均匀地散布到岩面上，喷射时，喷嘴应当与岩面保持垂直，与岩面之间的距离应当控制在1.0m左右；首次的喷射厚度可按具体的部位进行确定，不得超过设计允许的范围，初喷时，厚度以4-6cm为宜，复喷时厚度要控制在6cm以内，尽量不要超出，边墙位置可以略微厚一些，但不得超过10cm；为最大限度地减少回弹，应当控制好喷射压力；每层终凝前应当完成后一层的喷射，否则必须用水对前一层的表面进行润湿后方可进行喷射；为提高初期支护效果，喷射应紧随开挖进行，下一个循环爆破在则可在砼终凝4小时以后进行；有些岩面由于渗水导致表面比较潮湿，这样会导致黏结性变差，对此可适当加大水泥用量；喷完后，要及时按照规范标准的要求对砼进行养护，正常情况下，养护时间应当不少于7d。

2.3.2 锚杆支护

锚杆的施作質量与支护效果之间有着极为密切的关联，为此，对于隧道拱部的锚杆必须使用锚杆机进行施作，侧墙则可用凿岩机进行钻孔。砼初喷完毕后，便可进行锚杆施作，钻设孔位前，应当准备表示孔位，避免偏差过大影响整体效果；钻孔的方向要垂直于隧道开挖作业面，若是结构面比较明显，则应形成尽可能大的交角，钻孔后应对孔位进行检查，看孔径及孔深是否与设计要求相符；锚杆垫板应当在砼复喷后进行安装，要保证垫板与锚杆轴线垂直，需要特别注意的是，不得对安设好的锚杆进行敲击，更加不可以在锚杆的端部悬挂重物，以免导致锚杆变形，影响效果。本工程中，使用了三种类型的锚杆，一种是水泥砂浆锚杆，另一种是中空注浆锚杆，还有一种是药包锚杆。前两种锚杆按照施工标准的要求进行安设即可，由于药包锚杆比较特殊，所以重点对其施工技术要点进行分析：对药包锚杆进行施工前，应当先对药包进行检验，可采取泡水的方法，药包不得存在结块的现象，使用前，应在清水中浸泡2min左右，遵循随用随泡的原则，当水中无气泡产生时，便可将药包取出；首节药包可以用木棍直接捅入孔底，当装至孔深的2/3时，插入锚杆，同时对锚杆进行缓慢转动，使药包破碎，要控制好转动时间，最低不得少于1min，当搅动均匀后，静置30min左右，将锚杆牢固焊接在支设好的钢架即可。

2.3.3 钢架及钢筋网

施工中使用的所有钢架全部在隧洞外按照设计要求进行制作，运至现场进行拼装。在正式拼装前，应进行试拼，看误差是否符合要求；安装钢架前，应底脚部位的杂物清理干净，并严格按照设计要求进行安装，当钢架立起之后，应检查其倾斜度，看是否与规范要求相符；在隧道开挖的过程中，应当经常对钢架进行检查，发现问题及时处理，确保其稳定。钢筋网在加工场集中制作，搭接长度应符合规范要求，应当在砼初喷后进行铺挂，为尽可能减轻对钢筋网的振动，要控制好砼的喷射距离和角度。

2.3.4 超前小导管注浆

在本工程中，超前小导管注浆与钢架联合支护，施工时，导管从钢架的腹部穿过，尾端与钢架进行牢固焊接；小导管安装就位后，可使用麻丝和锚固剂对管口周围的空隙进行封堵；注浆前，为避免孔口出现跑浆的情况，可通过模筑混凝土封闭开挖面；当所有注浆孔全部达到结束标准后，经检查无遗漏的情况，便可结束循环注浆。

2.4 隧道开挖支护的安全技术措施

2.4.1 隧道开挖的安全技术措施

为确保隧道开挖安全有序进行，应采取如下技术措施：

①严格执行交接班制度，交班人要向接班人详细交代班组施工情况和安全状况，并做好相应记录。安全管理人员要经常检查交接班情况。

②在隧道施工现场作业的人员，必须佩带齐全安全防护用具，按照技术规范要求进行施工，杜绝违规作业。在施工过程中，作业人员彼此之间要保持一定的安全操作距离。

③在施工之前，作业人员要先检查工作面是否安全、支管是否牢固、拱顶是否稳定，若在检查中发现结构松动或裂缝现象，必须及时采取强支护措施。作业人员若在碴堆上进行作业，则必须保证碴堆稳定，避免发生滑坍事故。

④若在不良地质进行施工作业，则要采取弱爆破、强支护、早衬砌等施工措施，避免发生隧道险情。一旦发生险情，应立即停止施工，将险情上报到有关部门，并及时疏散险情区域及周边地段的施工人员。

⑤在使用风钻之前，做好相应的检查工作，检查风钻机身、弹簧、螺栓、钻杆、支架是否存在异常现象，检查管子接头是否有漏风情况，避免在风钻作业时发生故障。若出现卡钻问题，则要使用板钳将钻杆拔出。

⑥在爆破施工时要做好技术交底，树立安全第一的思想，不能因盲目缩短工期而无视风险隐患。在爆破过程中，将所有人员撤离到安全区域，安全区域距离爆破点不得少于400m，避免爆破产生的飞石和有害气体威胁到作业人员人身安全。

2.4.2 隧道支护的安全技术措施

在隧道支护施工，为避免发生安全事故，可采取如下技术措施：

①在隧道支护施工之前进行施工技术交底。在施工过程中，要定期检查各部位的支护情况，尤其在不良地质区域进行施工时，必须配备专人负责日常的支护巡视检查。若在检查中发现支护损坏，则必须进行修整。若支护损坏极为严重，则先撤离作业人员，随后再采取支护加固措施。

②在隧道洞口与平导的连接部位，必须做好支护措施，要求支护质量达到设计要求。

③在施工期间，如发现已喷锚区段出现锚杆失效、围岩变形等问题，必须对该区段采取加固措施。若围岩变形量未超过设计允许值，则增加长度为原锚杆长度1.5倍以上的新锚杆即可。若超过设计允许值，则应采用钢拱架搭配新锚杆进行加固。

④在发现隧道支护险情时，如洞内位移超过设计允许值、喷层出现裂缝、地表面出现裂缝等情况，应及时疏散作业人员，将险情上报主管部门，待采取有效措施消除險情之后再恢复施工。

3 结论

综上所述，在隧道工程建设的过程中，受到地质条件的影响，常常会在开挖时遇到软弱围岩，由于此类围岩的结构稳定性较差，若是以常规的方法进行开挖可能会导致围岩变形，并且还有可能引起坍塌，由此会对隧道的施工安全、进度造成影响。对此应当结合软弱围岩的性质，岩变我变，采取合理可行的开挖支护措施，从而确保隧道施工安全、有序进行。

参考文献：

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