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1、某隧道不良地质段施工某隧道不良地质段施工摘摘 要：要：本文对某隧道 K32+302306 段断层、充填物、破碎带段采用小管棚预支护、型钢加强的锚喷初期支护施工技术作了详细叙述，并对开挖方法作了简要介绍。关键词：关键词：隧道断层 充填物 破碎带 支护施工某隧道全长 1250m，里程桩号为起点 K31+910 终点K33+165。因施工条件所限，开挖是先是从出口端往进口端逆向（进口比出口低 37.9 米）进行，后由于工期紧，在出口段进洞 600 米后，进口段也开始进行掘进。由于该隧道是灰岩、碳质泥岩、长石英砂岩相交地带，施工过程中，溶洞、溶腔、断层、煤层、页岩、裂隙破碎不断出现，造成洞内滲水、涌水
2、、涌泥、垮塌不断，形成大量的堆积物和积水，跟施工造成极大困难。尤其是 K32+302306 段设计为级围岩，岩性主要为长石英砂岩、页岩、煤层。在开挖该段时，实际却是断层，右侧为长英石砂岩，左侧为泥碳、页岩、孤石、水等的填充物，围岩自稳能力极差，成型困难，致使上半坑开挖到此处时发生左侧垮塌，垮塌从离拱顶 1 米延至拱脚形成一个比拱顶高 6 米的空腔，腔辟为比较软的浅灰色的泥页岩和褐色的煤矸石，并随时在垮塌，空腔不断扩大，其垮塌物冲离掌子面达 50 米，而堆积物几乎将空腔外口封闭，施工人员无法就近施工。针对上述情况，结合施工现场实际，在将空腔外的石、泥、水清理后，按照“管超前、严注浆、短开挖、不
3、爆破、强支护、快封闭、勤测量、速反馈”的施工原则，在拱部超前小管棚和上半坑沿拱脚至拱腰的垂直方向所设小导管注浆预固结围岩的保护下，采用右侧先不动，加强左侧逐渐推进，空腔段处理完后，在掘进右侧，到与腔辟齐时，按整体掘进的办法进行施工。一、超前小管棚及径向小管棚施工：1.1工艺原理沿纵向超前钻孔和径向松散土层中钻孔（在可能的情况下，径向钻杆深入岩层 1 米），打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液，浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性；使小导管与固
4、结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。1.2小管棚及注浆设计采用 46m/根的42mm 小导管布设在拱部，外插角 57，环向间距33cm，纵向环距 2.5m，即每施作一排小导管，开挖支护 2.5m；径向小导管管上下左右间距为0.5 米，视围岩情况与地面成 560，深入土层 45 米（尽可能钻入岩层 1 米），导管插入后压注 1：1 水泥浆液，采用 425#普通硅酸盐水泥，浆液中掺水泥用量 35的 40Be水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。1.3施工要点：1.3.1 小导管加工 4m根的42mm 小钢管一端加工成尖锥形，距另一端 100cm 的位置开
5、始至尖锥端之间按梅花型间距为 20cm 布设6mm 的孔眼 4 排，以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。1.3.2 小导管安设如遇岩体松软，直接由人工打入，如遇坚硬岩石，用风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。在施作小导管前应注意：在施作小导管前应注意：第一、喷 35cm 厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙，为注浆作好准备工作。第二、准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差15mm。第三、用线绳定出隧道中心面，随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向，以控制外插角达到设计的标准。第四、施工顺序为从两侧拱腰向拱顶进行，为提前注浆留好作业空间。1.3.3 注浆选用 UB6 型注浆泵注浆，采用浆液搅
6、拌桶制浆。为防止浆液从其他孔眼溢出，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，注浆顺序从两侧拱脚向拱顶进行。由于岩体孔隙不均匀，考虑风镐环形开挖的方便，同时要达到固结破碎松散岩体的目的，保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定，形成有一定强度及密实度的壳体，特别是确保两侧拱脚的注浆密实度和承载力，采取注浆终压（0.81.2MPa）和注浆量双控注浆质量，拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。通过现场试验确定拱脚终压为 1.2MPa，拱腰范围为 1.0MPa，拱顶为 0.8MPa.注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，同时也达到控制注浆量的目的。二、左侧空腔加强右侧逐渐掘进：21 在左侧紧邻拱脚和拱墙径向小导管压
7、浆使其围岩固结形成板块以及超前小导管压浆形成管棚后，用 18I（工字钢）根据现场实际情况做成长短不一的拱架，一端支称在右侧未垮比较坚硬的长石英砂岩上，另一端支称在已板结的拱脚上，间距 0.5 米，且两榀之间每隔 1 米用 18I 支撑（与两榀拱架焊接在一起）。施工时先将垮塌的洞渣和积水清除，在将开挖台车放于掌子面，由施工人员搭设临时棚架，以防掉落石块和泥打伤施工人员，在做好安全措施后，开始在腔口外立第一榀拱架，固定好后，马上立第二榀拱架，并用 18I 沿拱每隔 0。5 米支撑一道，将两榀拱架连成整体，依此类推，在立好第 3 榀后，立即在拱架上用薄钢板做挡板，在挡板和拱架之间分三层铺设钢筋网片，
8、将喷射砼喷上，使之形成拱的效应，这样循序渐进处理到空腔完。为加强处理后拱的强度和刚度，在已形成拱后面沿拱背用 C20 浇筑 2 米厚砼形成副拱。22.、在左侧空腔处理后，进行右侧长石英砂岩开挖时，为减小对左侧的扰动，拱部弧形及边墙周边均采用风镐分台阶开挖，开挖进尺为每挖好一榀（与空腔处理所立拱架对称）就立即支撑一榀钢拱架。三、锚喷初期支护：3.1 初期支护参数系统锚杆施工 因处理左侧空腔时已打了小导管，所以这部分可以不打锚杆。其余部分打锚杆，锚杆为 22 长 3m 二级钢筋，锚杆为药卷锚杆，纵向、环向间距均为 100cm，梅花型布置；钢拱架间距50cm，钢拱架每侧拱脚设 3m根 22 的 4
9、根锁口锚杆，按梅花型布置在钢拱架的两侧，环向间距100cm；挂6 钢筋网，网格尺寸为 20cm20cm，喷射混凝土厚 25cm。3.2 喷射混凝土材料及机具选定。3.2.1 机具喷混凝土采用 Bz5 型混凝土喷射机，压力为0.20.4MPa。3.2.2 水泥及细骨科采用 325 并普通硅酸盐水泥；细骨料选用机制砂，砂率控制在 50，含泥量3。3.2.3 粗骨科采用规格为 715mm 的碎石，经试验选用石灰岩生产的各项指标均达到设计要求的碎石。3.2.4 速凝剂，经现场试验，最佳掺量为水泥用量的10，3min 初凝，6min 终凝，而且可大量减少回弹量。3.2.5 水灰比水灰比过大、过小都会使混
10、凝土回弹量增加，浪费大量的材料；经现场多次试验确定，水灰比为o.47 的混凝土喷射效果最佳。3.3 喷射混凝土开挖后为缩短围岩的暴露时间，防止围岩进一步风化，必须先初喷混凝土 35cm 厚再封闭围岩；待钢拱架及钢筋网安设好后，再喷混凝土 1012cm；最后在下一循环喷射混凝土时分两次喷射至设计厚度。（1）采用掺速凝剂半湿式喷射混凝土工艺，减小洞内粉尘污染及回弹量。（2）喷射前用高压风将岩壁面的粉尘和杂物吹干净，水泥、粗、细骨料加少量水，用搅拌机干拌，水量按水灰比配制混凝土应加入水总量的 20；拌好后将干料运至喷射作业点再进行人工拌和，并按水泥用量的 10掺入速凝剂。（3）喷射作业分段、分片由下
11、向上依次分层进行，每段长度为 3m.为加快混凝土强度的增长速度及提高混凝土的喷射效果，用多盏碘钨灯提高作业环境温度。（4）喷头喷射方向与岩面偏角小于 10，夹角为 45；喷头至受喷面距离在 0.61.0m 之间，喷头呈螺旋形均匀缓慢移动，一般绕圈直径在 0.4m 为宜。3.4 在初喷混凝土封闭围岩后按设计布设锚杆。锚杆孔位误差控制在隧道施工规范规定的误差范围之内。3.4.1钻进用手持式风动凿岩机凿孔并清孔，应沿径向进行钻孔，确保锚入稳定岩层的深度。3.4.2 先将药卷塞入锚孔，再将锚杆插入锚孔，孔辟和锚杆之间全部被锚固剂填满，使其锚杆能得到有效锚固。3.5 挂钢筋网片采用6 圆钢，除锈处理后按
12、设计加工成200mm200mm 的网片；挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设，与受喷面间留 3cm 作为保护层，网片与系统锚杆焊接牢固，确保喷射混凝土时不移动。3.6 安设型钢拱架 型钢除锈后按设计要求分节加工成型，型钢拱架分节间通过钢板用螺栓联接。（1）拱架严格按设计间距架立。（2）为充分发挥拱架的承载能力，首先要求拱架必须垂直且与线路方向垂直；其次，架立拱部拱架时，严格控制左、右拱脚标高，以防拱架偏斜，影响与边墙拱架的圆顺连接或侵入衬砌厚度。四、监控量测初期支护完成后，在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用12 圆钢加工而成，每根元件长25cm，锚入初
13、期支护体 20cm，外露 5cm，以防震动影响量测结果。水平收敛量测采用收敛仪进行观测。量测频率开始 6h 观测 1 次，然后根据变形量的减小而减小量测频率，即 12h、24h、48h、72h、168h，根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等，便于指导施工，确保施工安全。量测点每隔5m 布设 1 组。经量测，拱顶最大累计下沉量为10mm，水平最大累计收敛量为 12mm.通过对断层破碎带采用超前小导管棚和径向小导管预支护、风镐开挖技术和锚喷初期支护措施，且通过现场监控量测得出以下结论：（1）人工开挖可减小对围岩的扰动，有效控制超欠挖。（2）超前小管棚注浆预支护，可以大量减少拱部围岩的掉块，拱脚、拱墙采用径向小导管注浆和拱架架立逐渐推进的办法保证了空腔处理施工安全、质量和进度。（3）通过现场监控量测，预留变形量控制在设计和规范要求的范围内。
