高原地区隧道工程支护施工要点浅析

2021-03-31

商品与质量 2021年11期

山西路杰工程咨询有限公司山西太原 030006

1 工程简介

南上庄隧道位于山西省阳泉市平定县南上庄村，隧道设计为双向四车道，时速80km/h，其中隧道起讫里程为K15+942-K16+220，全长278m，为2×10.25m 双连拱隧道。南上庄隧道整体属于岩质隧道，本隧道洞体衬砌类型由SL5a-SL4b级构成。SL5a 衬砌类型长度64m；SL4a 衬砌类型长度52m；SL4b 衬砌类型长度144m，进口明洞6 米，出口明洞12m。

2 高原地区隧道工程支护施工技术

2.1 φ42 超前小导管超前支护

图1 小导管注浆施工工艺流程图

（1）制作钢花管。小导管可以采用热轧无缝钢管，外直径为42 毫米，管壁厚为4 毫米，将前端做成尖锥形，管壁上每隔10 厘米到20 厘米进行梅花压孔。压浆孔呈90 布置，眼孔直径为8 毫米，尾部长度控制在30 厘米以内，将其作为不钻孔的止将段。

（2）小导管安装。①隧道边墙位置施工时应对坑道稳定进行判断，根据情况设置导管注浆。如确需增加，应提请监理予以确认，以便后期计量工作。②测量放样，小导管SL5a 环向间距按35cm布置，SL4a 环向间距按40cm 布置，倾角15°外倾角打入围岩在设计孔位上做好标记，采用凿岩机或是没点钻进行钻孔，孔径比设计导管管径大20 毫米。先采用风钻进行开孔并使用吹管将其中的砂石吹出。③成孔施工后可以将导管插入到设计位置，用带冲击的风钻将小导管顶入孔中，或直接用锤击插入钢管或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入，尾部与钢拱架焊接牢固，与钢架共同组成预支护体系。

（3）注浆。在进行施工时可以将施工技术、施工设备作为依据对一次性注浆深度及导管长度进行优化，应用水泥浆进行注浆，将1:1 的水泥浆液注入到注浆泵中。注浆前应先在掌子面喷射5 厘米至10 厘米厚的混凝土，最终形成浆盘。注浆作业前应先对管内进行清理，然后采用从上之下的顺序进行施工。单孔注浆压力应满足设计要求。在进行注浆施工前应先将注浆记录填写清楚并进行实时分析与改进，重点对施工支护作业面的状态进行观察，将注浆试验结果与现场情况作为依据对注浆参数进行调整。

2.2 初期支护

该工程在进行初期支护时采用了Ф22 药卷锚杆、Ф8 钢筋网、型钢钢架、C25 喷射砼等。在完成开挖作业后紧跟着进行支护作业，降低围岩暴露在外的时间，防治变形现象，同时可以避免短期内出现松弛剥落现象。在进行钢架、钢网及锚杆施工时可以采用洞外加工方式，安装钢架时采用人工方式，完成钢筋网挂设，风动凿岩机为锚杆并使用湿喷方式完成混凝土湿喷作业。衬砌分别为SL5a类型、SL4a 类型、SL4b 类型，按照梅花型对锚杆进行布置，以Ф22 药卷锚杆为主。在进行锚杆钻孔时可以采用台阶搭设方式搭设简单的台架施钻，布置孔洞时应符合设计间距要求；保证钻孔方向与结构面、混凝土表面的垂直度；假如锚杆因开挖尺寸受到限制无法一次性完成打入施工，可以采用分次打入方式，并保证打入总长度满足设计要求。锚杆孔大于杆径15 毫米，将深度偏差控制在50 毫米以内；成孔后可以采用高压风进行清孔。

（1）药卷锚杆充分利用了早期凝结速度快、承载力大的水泥砂浆所制成的锚固剂，将锚杆设置到指定锚固位置的支护方式。锚固剂在使用时应注意以下方面：保证初凝时间在3 分钟以上，终凝时间控制在10 分钟以内；具有较强的抗压强度，通常30 分钟到60 分钟的抗压度大于0.2MPa 以上；硬化后体积会不断缩小且具有膨胀性；药卷包在浸水前应在上面扎3 到5 个小孔，浸水1 分钟到1.5 分钟小孔不冒泡后可以将其拿出，此时可以将浸透水的药卷放入到孔眼中。药包装入时可以采用木棍或类似物体将其送入到眼底。药卷包装后使用风动搅拌机带动锚杆旋转，一边旋转一边推进，在这个过程中通过搅拌形成水泥包，确保水泥浆具有良好的和易性，水泥卷搅拌时间控制在30 秒至60 秒。

（2）φ8 钢筋网。在进行钢筋网加工制作为φ8 钢筋，可以采用冷拉方式进行调直，避免钢筋表面出现裂缝、有误、锈蚀等现象；使用前一定先进行除锈；在进行钢筋网加工时可以采用洞外集中加工方式，在加工平台上根据网格大小画线，并于线交叉处焊接，将钢筋摆放好后进行点焊，将网格误差控制在10 毫米以内。

①钢筋网存放、运输。做好钢筋网片运输工作，避免变形现象；钢筋网片成品加工应在远离场地外进行加工与存储。保证存放环境，避免变形、锈蚀等现象。

②钢筋网挂设。钢筋网人工挂设，应在初喷一层混凝土后再进行钢筋网的铺设，钢筋网应和锚杆焊接牢固，钢筋搭接长度控制在30d，并不得小于一个网格长边尺寸。使用双层钢筋网，混凝土覆盖第一层钢筋网后在铺设第二层钢筋网。沙土层地段可以先铺设钢筋网然后在进行混凝土喷射。钢筋网会随着喷射出现起伏现象，与受喷面间隙宜控制在20mm-30mm。

（3）型钢钢架。

①型钢钢架加工。型钢钢架按照设计分部开挖情况分节进行加工制作，型钢钢架宜采用冷弯法制作成型，工作台为δ=20mm 的钢板制成，其上根据不同断面的型钢放样成型钢弯曲模型。接头钢板高强螺栓孔应采用机械钻孔，孔口采用砂轮机清除毛刺和钢渣，严禁采用气割冲孔，钢架的焊接在硬化后的钢筋场地上进行，根据钢架各单元的设计尺寸按照1：1 放出大样，并且于地面上打设固定钢筋以控制变形。

②钢架架设工艺要求。a.正式安装前应先做好底脚清理工作，并对拱脚标高不足钢板进行调整。b.在开挖面外完成钢架拼装，使用高强度螺栓完成钢架连接并保证其紧密性，若有间隙可以使用混凝土垫块楔紧。c.在钢架外部每隔2 米位置应用钢楔或混凝土钢楔进行楔紧。d.保证钢架底部稳定的基础上确保钢架与围岩可以紧密贴合并采用焊接方式固定锚杆，钢架连接时采用纵向连接方式。e.下半部分开挖后应及时接长钢架并做好密封工作。f.保证钢架与混凝土是一体的，使用混凝土填充钢架与围岩间的空隙；保证混凝土可以完全覆盖钢架，将厚度控制在20 毫米。g.每榀型钢分四段加工，型钢加工时每段长度可视具体情况作具体情况适当调整。i.两榀钢拱架之间的连接筋N2，初一般情况下按图布设外，可视拱架具体稳定情况加设交叉连接筋。j.中隔墙施工时应在其相应位置预埋C 部大样图中的下部钢板和Ф12 钢筋，以及与钢板连接的高强螺栓，并且中隔墙的该位置应当留有空间以便安装。k.混凝土初喷后安装钢架，测量人员在架设前确定钢架位置。使用红油漆做好编号，节段与节段之间应按设计要求连接。保证钢板连接平面与钢架轴线是垂直的。m.与中隔墙施工时预留钢板连接，连接锚栓连接。完成主洞型钢拱架的体系转换。

（4）喷射混凝土。隧道初期支护喷射混凝土设计厚度：SL5a 型衬砌结构26cm，SL4a 型衬砌结构22cm，SL4b 型衬砌结构22cm，设计强度等级为C25。由于拌合站距离隧道施工区域3km，因此拌合站确保足够的罐车数量专供隧道喷射混凝土使用，控制速凝剂的掺量并严格控制速凝混凝土的出场时间，隧道施工现场配备试验人员随时检测混凝土质量并及时与拌合站技术人员沟通，确保喷射混凝土供应及质量，应用湿喷方式完成隧道初期支护喷射。喷射所使用的混凝土通常在搅拌站拌和好后再运送到施工地点，然后使用湿喷机完成喷射施工。隧道开挖施工结束后将4 厘米厚的混凝土喷射到岩面，然后进行锚杆架设、钢架设置及钢筋网挂设，然后对初喷岩面进行清理并保证喷射厚度满足要求。