那现隧道超前支护结构稳定性的分析

李鹏华

摘   要：广西乐百高速公路那现隧道左线全长232m，右线全长199m。那现隧道属于Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩相互交叉排列，围岩破碎且软弱，容易发生围岩变形、坍塌等情况，施工开挖困难。本文通过对那现隧道这一工程实例的超前支护结构的分析描述，使用超前支护解决那现隧道开挖施工困难问题，解决隧道开挖易塌陷、变形等情况，使得隧道开挖得到顺利进行，增加了隧道开挖施工的安全性。

关键词：隧道超前支护  结构  稳定性

中图分类号：U45                                    文獻标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（c）-0033-02

Abstract：The left line of the naxian tunnel of Guangxi Lebai Expressway is 232m long and the right line is 199m long.The naxian tunnel belongs to the class IV surrounding rock and the V-class surrounding rock. The surrounding rock is broken and weak， and the surrounding rock deformation and collapse are prone to occur. The construction excavation is difficult.Through the analysis and description of the advance support structure of the naxian tunnel project example， the use of advanced support to solve the difficult problem of naxian tunnel excavation construction， solve the tunnel collapse and deformation， and make the tunnel excavation go smoothly.Increased the safety of tunnel excavation construction.

Key Words：Tunnel advance support;Construction;Stability

那现隧道位于凌云县泗城镇，岩体由Ⅳ级围岩与Ⅴ级围岩交叉构成，土体松散易破碎，隧道施工难度大。现阶段，超前支护作为隧道重要的支护之一，应用于全国各个隧道，陈峥等人[1]利用模型试验对比分析超前支护参数对隧道稳定性的影响，对设计应用有重大意义，本文就那现隧道的超前支护做分析描述。

1  工程概况与洞身围岩等级特性分析

1.1 工程概况

那现隧道位于凌云县泗城镇，左线：KD121+808～KD122+040，全长232m，最大埋深约58.4m;右线：KC121+816～KC124+015，全长199m，最大埋深61.9m。隧道出口端自然斜坡坡度30°～45°，斜坡表面为第四系地层覆盖，未见基岩出露，山体上植被较发育;洞口位于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定的状态。隧道区为第四系残积黏土，下伏基岩为三叠系泥质粉砂岩。

1.2 洞身围岩等级分析

V级围岩长271m，占隧道全长62.9%;IV级围岩长160m，占隧道37.1%。

IV级围岩岩石较软弱，并且裂缝较坚硬。V级围岩具有易破碎，极软弱且易发生围岩变形的特点，是为软弱围岩，多数为破碎带、全风化带[2]。

2  现存问题

隧道入口段主要由强风化泥质粉砂岩夹砂岩组成，岩体极易破碎，呈碎裂状态结构，为Ⅴ级围岩。在开挖过程中，围岩的稳定性差，岩层较缓。隧道穿越的丘陵山体斜坡坡度较大，地势相对较高，坡上无相对封闭汇水地形，大气降水主要呈片流、面流形式迅速向山下排泄，补给源难以维持不断，因此水量不大，经勘探地下水位标高，低于隧道开挖底部标高，受地下水影响较小，主要为基岩裂隙水，开挖中主要呈潮湿、点滴状为主，在强降雨后局部可能出现短暂的淋雨状。隧址地下水沿风化裂缝和岩层层面的作用会降低围岩稳定性，中风化砂岩总体上属较硬岩，局部夹薄层泥岩致其强度降低，影响稳定性。由强风化岩层等组成的围岩具有强度较高、破碎围岩和稳定性差的特点。

3  解决措施

超前支护是隧道施工的重要工序之一，合理应用超前支护可以解决隧道开挖时围岩软弱破碎问题。采用超前支护技术，使用分阶段开挖和应用复合支撑系统（由岩石锚杆和钢筋混凝土构成）是防止隧道围岩坍塌的实用方法，并避免了在施工进行期间形成下沉孔，适用于在隧道的软弱围岩中进行施工。超前管棚技术应用广泛，多应用于洞口开挖前的准备，超前小导管主要用于开挖掌子面前的准备工作，具有加固岩体、防止围岩变形的作用，而超前锚杆的使用会使得围岩受力状态改变，岩体更加稳定。下面主要应用这3种方式解决隧道开挖的围岩稳定问题。

3.1 超前长管棚

那现隧道围岩为V级围岩与IV级围岩交错，围岩稳定性极差。通过讨论研究，可以使用超前管棚注浆支护，可以更好地控制围岩的稳定性[3]。

将超前管棚设置在洞口，通过注浆改善围岩自身的承载能力，提高岩体对结构弹性抗力，改善受力条件。采用Φ108*6mm@40cm长28m管棚施工，套拱采用70cm厚C30钢架砼宽度2m。

隧道出口处管棚长度为16m，使用热轧无缝钢管制成，φ108mm，壁厚6mm，节长3m、6m。管棚环向间距0.4m，共43根，外插角1°～3°。钢管的周壁钻注，孔径15mm，孔间距30cm，呈梅花形布置。注浆材料采用1：1水泥浆（添加水泥浆液体积5%的水玻璃），水玻璃浓度：35°Bé，水玻璃模数：2.4，注浆压力为初压0.5～1.0MPa[4]，终压2.0MPa，根据现场具体施工条件调整浆料配合比与注浆压力，以提高管棚的刚度和强度。注浆完成后，及时清理管内浆料，并用M30水泥砂浆紧密充填[5]。

工艺要求：

（1）因那现隧道出口管棚长度适中，为防止管孔钻进时因钻杆较长较重侵入开挖轮廓，拱部管棚外插角采用2°定向，在施工作业套拱时，预埋导向管的外部导向角安装按2°。

（2）钢管接头使用φ102×6mm套丝钢管连接，长度为30cm，丝扣长30cm，钢管用特用的管床上加工好丝扣，在棚管四周钻φ15mm出浆孔，方便进入孔缝，管棚末端4.5m是止浆段，此段不钻孔。

（3）使用潜孔钻进行管棚钻孔，先钻奇数孔管棚，在奇数孔管棚钻好，安装注浆完成后，再进行偶数孔管棚施工，用来方便检查奇数孔位注浆的效果。在钻孔过程中，通过使用测斜仪量测钻进的偏斜度，便以精确控制钻孔机的轴向，从而使钻机以2°的外插角前进。在每一个钻孔完成后，立即清空钻孔同时安装钢花管，管棚在顶到位置后，钢花管与导向管之间的空隙用速凝水泥及浸油麻筋堵塞严密，防止压浆时水泥浆冒出。

（4）管棚注浆材料采用1：1水泥浆（添加水泥浆液体积5%的水玻璃），水玻璃浓度：35°Bé，水玻璃模数：2.4，注浆压力为初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa，根据现场具体施工条件天正浆料配合比与注浆压力，用来提高管鹏鹏的刚度和强度，在注浆结束后，及时清理管内浆料，并用M30水泥砂浆紧密充填。在注浆前，检查注浆设备，同时确保有备用注浆机。注浆压力表校准要在注浆前完成。

（5）在施工作业过程中，及时做出钻孔地质的记录和注浆记录。

3.2 超前小导管

在软弱破碎围岩的施工过程中，施作小导管要保持一定入射角度。使用专门的注浆设备来配置注浆材料， 然后使用小导管将浆料注入到软弱破碎地层中。

设置在V级围岩深埋段，无管棚支护、破碎带、IV级围岩浅埋段及IV級。

紧急停车带地段，采用Φ42*4mm无缝钢管。环向间距40cm，纵向间距240cm，破碎带处双层导管，环向40cm，纵向200cm。

那现隧道出口端超前支护为短隧道主洞分离式衬砌（Ⅴ级围岩浅埋偏压及洞口段）支护类型。超前支护采用热轧无缝钢管，钢管外径Φ42mm，壁厚为4mm，每环总根数为43根，圆周间距40cm，单根长度400cm，纵向间距240cm，搭接部分120cm，在管壁周围钻6mm注浆孔，纵距15cm，梅花型布置。注浆浆液425水泥浆，水灰比1：1，注浆压力0.5～1.0MPa[6]，终压2.0MPa。

超前小导管穿过后方钢架腹部，搭在前方岩体上。钢架腹部提前开孔，开孔孔径50mm。钻孔前在掌子面上按导管定向角度要求描好钻进点，钻杆从后一榀钢架预留孔穿过钻孔，钻孔完成后安装超前导管。每钻完一个钻孔时，安装此钻孔，并在安装完成后进行注浆。注浆前用锚固剂对孔口进行封堵，导管尾端安装注浆阀，防止浆液渗漏，注浆不饱满。注浆设备、压力表等状况在注浆前检查，将压力表进行校准以便于注浆压力的控制。

3.3 超前锚杆

在那现隧道的开挖掘进时，通过Ⅳ级围岩的深埋区，围岩受力不稳定，将使用超前锚杆，超前锚杆将设置在IV围岩的深埋地段，采用Φ22药卷锚杆，设置范围为环向45cm，拱部120°。在锚杆施工时，锚杆的方向由岩体的结构面产状决定，以尽可能的使锚杆穿过更多的结构面为原则，外插入角为10°～15°[7]，纵向2m，前后锚杆的搭接长度不小于1m。

4  结语

该文主要分析描述了那现隧道的超前支护，隧道穿越软弱围岩时，开挖扰动会引起较大的围岩变形。超前长管棚的应用可以更好的控制围岩的稳定性，通过注浆提高围岩的承载力，提高了洞口围岩的稳定性。而超前小导管可以确保在软弱围岩开挖时掌子面的稳定。超前锚杆改变了围岩的受力状态，能提高围岩的整体承载力， 可避免发生滑移、坍塌事故[8]。那现隧道采用的超前管棚、超前小导管等的超前支护措施，有效的保证隧道施工的安全。

参考文献

[1] 陈峥，何平，颜杜民，等.超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析[J].岩土力学，2019（6）：1-9.

[2] 刘泉声，高玮，袁亮.煤矿深部岩巷稳定控制理论与支护技术及应用[M].北京：科学出版社，2010.

[3] 薛琦.复杂地质条件下巷道过断层支护技术[J].煤炭与化工，2019，42（1）：50-52.

[4] 曹文华.城市隧道施工中的超前管棚支护技术[J].建设科技，2018（1）：110-111.

[5] 陈德才.公路隧道中管棚支护施工技术探讨[J].中国战略新兴产业，2018（28）：207-208.

[6] 唐冰生，李九超.软弱围岩小净距公路隧道施工中超前小导管施工技术[J].公路交通科技：应用技术版，2019，15（1）：235-236.

[7] 陈志广.隧道内超前小导管长度确定探讨[J].铁道勘察，2018，44（5）：62-66.

[8] 高振.超前锚杆支护技术在破碎岩体巷道施工中的应用[J].世界有色金属，2018（14）：225-226.