湿陷性黄土地区公路隧道工程的超前支护施工分析_丁庆祝.pdf

第 卷 第期 年 月成都工业学院学报 ，：收稿日期：作者简介：丁庆祝（），男，助理工程师，学士，研究方向：试验检测，电子邮箱：。湿陷性黄土地区公路隧道工程的超前支护施工分析丁庆祝（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津）摘要：为探讨湿陷性黄土地区公路隧道工程的超前支护施工要点，结合武家堡隧道实际情况，立足施工方案的选择，分析了超前支护施工的方法及要点。结果表明，在公路隧道工程施工中经常会遇到湿陷性黄土，其含水量大，风险系数高，容易引起安全事故。需要采取有效的超前支护施工技术加固围岩，以保证围堰结构的稳定性，为隧道开挖、渣土运输、衬砌等提供良好条件。绝大数情况下，仅凭一种超前支护技术可能无法满足施工要求，需要结合不同隧道的地质条件，采取对应的支护技术，才能保证隧道工程施工任务顺利完成，从而打造出高品质的公路隧道工程。关键词：湿陷性黄土；超前大管棚；超前小导管；药卷锚杆中图分类号：文献标志码：文章编号：（）（.，.，）：，：；湿陷性黄土质地松软，含水量大，承载力差，如果在湿陷性黄土上开挖隧道，极易发生坍塌问题，危及施工设备及施工人员的安全。此时需要结合湿陷性黄土的特点，选择 种及以上的超前支护施工技术进行联合支护，才能为隧道开挖营造一个安全、稳定的施工环境。超前支护是隧道工程施工中常用的施工技术，需要结合隧道工程所在区域的地质水文条件，采取有针对性的超前支护技术，才能发挥出超前支护的优势，更好地保证施工质量和施工安全。故此，本文结合武家堡隧道实例，展开对湿陷性黄土地区公路隧道工程超前支护的分析研究。案例分析.工程概述武家堡隧道为分离式中长隧道，建筑界限（宽高）.。左线起讫桩号 ，总长 ，进口明洞 ，出口明洞，坡度 坡长.，.；右线起讫桩号，总长，进口明洞 ，出口明洞，坡度 坡长.，.，.。隧道设人行横洞 处。隧道进出口为端墙式洞门。年第 期丁丁庆庆祝祝：湿湿陷陷性性黄黄土土地地区区公公路路隧隧道道工工程程的的超超前前支支护护施施工工分分析析.不良地质隧道区无不良地质，特殊性岩土为隧道洞口存在湿陷性黄土。根据工程地质勘测揭示，隧道洞身顶部及洞口段分布有第四系上更新统新黄土，新黄土以粉粒成分为骨架，垂直节理，孔隙较大，稳定性较好，但其抗水性能差，遇水易崩解，具有湿陷性。其特征见表。表 隧道通过段湿陷性黄土分布特征起讫桩号长度 湿陷性黄土分布深度 总湿陷量 自重湿陷量 湿陷类型与等级自重湿陷性黄土分布深度.自重级（严重）.施工方案选择武家堡隧道为分离式中长隧道，是典型的黄土隧道，为加快施工进度，采取了机械开挖的方法，为保证施工的安全性，在开挖中需要严格控制好超挖、欠挖，采取湿喷工艺，及时形成稳定的初期支护。二次衬砌可按照监控量测的最终结果进行适时施作，尽早封闭成环。在黄土隧道施工中，洞口位置可采取明挖法，但在施工前，需要对不稳定坡体进行加固处理，洞口位置严禁大范围开挖。分离式隧道 级围岩黄土浅埋段和加强段需要采取台阶法施工，部分位置留下核心土增设临时仰拱法开挖，在必要时还可以选择 法进行开挖，保证黄土围岩整体结构的稳定性和施工的安全性。此外，在武家堡隧道施工中，为防止黄土隧道施工中形成有害地表裂缝，必须强化超前支护，隧道围岩尽早封闭成环，仰拱二衬紧跟，并加强预报测量，控制好施工工艺质量，最大限度降低隧道发生坍塌的概率，保证施工的安全性。本工程总体施工方案流程见图。图 隧道总体施工工艺流程成都工业学院学报：第 卷 超前支护施工的方法及要点武家堡隧道在超前支护施工中，为提升支护效果，保证施工安全性，主要采取了超前大管棚、超前小导管、药卷锚杆 种超前支护施工技术，取得了良好效果，值得类似工程参考和借鉴。.超前大管棚支护超前大管棚由 热轧无缝钢管连接制作而成，总长度为 ，和洞身超前小导管纵向搭接的长度不能低于 ，分节段安装，每节长度控制在 之间，仰角控制在 之间，主要布设在隧道衬砌拱部 的范围之内，环向中心间距控制在 左右，最大径向误差不超过 ，在隧道相同横断面内超前大管棚的接头数量不能超过总数量的，相邻接头需要至少错开 。管棚横断面如图 所示。图 管棚横断面具体施工方法为：在钢管内部插入 根 钢筋制作而成的钢筋笼，注入水泥浆液后，用 水泥砂浆进行充填。在武家堡隧道超前支护施工中，为保证钻孔方向准确性，成洞面稳定，在紧邻明暗交界面明洞位置设置了长度为 ，厚度为 的 混凝土套拱，在套拱内部布设 榀 工字钢，用于对空口管进行定位和支撑，以免在混凝土浇筑时孔口导向管发生位移，影响最终的支护效果。超前大管棚支护安装现场如图 所示。施工要点：在使用超前大管棚支护时，管棚导管采用管棚钻机钻孔，要做到边钻进，边用测斜仪测定钢管的偏斜度，如果超过设计要求，需要立即停止钻进，及时纠正，以免影响最终的开挖和支护效果。考虑到钻进中孔位下垂，孔口导向管即钻孔方向应较钢管设计方向上偏。在钻进过程中通过测斜仪监控钢管偏斜度，发现偏斜时，及时纠正处理。在管棚施工前必须先施作套拱，管棚施作完成后方可开挖进洞。此外，为最大限度保证大管棚支护效果，需要严格按照设计要求设置外插角。在现场施工条件允许的前提下，尽量减少外插角，以免大管棚侵入开挖净空，影响超前支护的效果。图 超前大管棚支护安装现场.超前小导管支护超前小导管支护主要应用在级围岩施工中，主要的应用机理为利用小导管的挑抬作用，为呈碎块状和黏结相对较好的围岩后期初期支护施工提供充足的时间和安全保护。超前小导管支护施工示意图见图。图 超前小导管支护施工示意图施工方法：武家堡隧道在应用超前小导管支护中，现场制作小导管，喷射混凝土进行岩面封闭，并搭设施工平台，用 凿岩机钻孔，清孔后打入小导管。结合围岩级别的不同，要有针对性地选择双层或者是单层小导管。小导管可采取 热轧无缝钢管加工制成，单根长度为.或.，纵向搭接长度不小于.，环向间距.，注浆材料采用水泥液浆。施工要点：注浆是超前小导管支护施工的关键工序，在注浆过程中容易发生串浆问题，不但会浪费大量水泥浆液，而且不利于提升支护效果。发生串浆问题后，如果现场有多台注浆机，可采取同时注浆的方法。如果注浆机比较少，要及时封堵串浆孔，到 年第 期丁丁庆庆祝祝：湿湿陷陷性性黄黄土土地地区区公公路路隧隧道道工工程程的的超超前前支支护护施施工工分分析析该孔注浆时，先取出堵塞物，将管内杂物清除，并用高压水冲洗，才可继续注浆。注浆中若发生进浆量大，但压力长时间不提升的问题，需及时调整浆液配合比，以缩短凝结时间，采用小泵量低压注浆。因案例工程为 型衬砌围岩，采用双层超前小导管支护。第一层小导管单根长度为.，环向间距.，于拱部约 范围布置，外插角取；第二层小导管单根长度为.，环向间距.，于拱部约 范围布置，外插角取；纵向搭接长度均不小于.，注浆材料采用水泥液浆。为减少超挖，应控制超前小导管打入角度，同时将小导管尾端与型钢拱架焊接，作为超前支护的支点。.药卷锚杆超前支护药卷锚杆超前支护也是湿陷性黄土地区公路隧道工程施工中常用的超前支护技术，此种支护技术可有效提升隧道围岩结构的稳定性和质量，为黄土隧道开挖和其他工序施工营造良好的条件。施工方法：用风动凿岩机成孔，清孔后注入药卷，再插入锚杆，最后安装端头垫板。施工要点：为提升药卷锚杆超前支护施工效果，需要切实做好施工前的准备工作，如按照设计要求，在现场，对锚杆杆体、锚垫板进行加工，并进行试验，确保锚杆质量都达标后，才能应用到超前支护中。按照设计图纸的要求，利用经纬仪进行测量放线，确定每根锚杆安装的具体位置，做好标记，用风动凿岩机钻孔，钻孔位置和测量位置的误差控制在 以内。药卷锚杆布置展开示意图如图 所示。图 药卷锚杆布置展开示意图钻孔完成后及时用高压风机进行清孔，禁止用高压水清孔，以免塌孔。清孔后检查孔深、直径、倾斜度，达标后注入药卷。将提前准备好的药卷两头扎孔排气，放入到清水中浸泡，浸泡结束的标志为水中不再有气泡冒出，注入药卷时，需要将浸好水的药卷用锚杆送入到眼底，一直塞到孔口位置。注入药卷后要及时放置锚杆，锚杆安装结束之后，严禁随意碰撞、敲打，并且在 内不能悬挂任何重物。锚杆孔内药卷达到 设计强度时，才可安装外部垫板。垫板安装时，应确保锚杆轴线与垫板相互垂直。若锚杆孔口平面与其轴线不垂直时，为确保垫板与岩面均匀压紧，采取方法如下：先安装楔形垫块在螺帽下，接着在垫板后用混凝土或砂浆找平。按要求加工钢筋网，在加工棚分块预制长宽 的钢筋网片，洞内铺挂，钢筋网在初喷厚 混凝土后，与系统锚杆牢固固定。钢筋网距受喷面 左右，搭接长度为 个网格，其保护层大于。喷射时，尽量缩短喷头到受喷面的间距，并调整喷射角度，网喷密实。钢架支撑运至安装现场，人工配合装载机安装。纵向焊接新安装的钢架与前期钢架为一整体。施工效果分析武家堡隧道地处湿陷性黄土区域，采用超前大管棚支护、超前小导管支护、药卷锚杆超前支护 种支护方式相互结合的方法，有效解决围岩稳定性不足，成洞条件差的地质问题，保证了隧道施工各道工序得以顺利完成。整个施工过程中没有发生任何安全事故，围岩稳定，沉降达标，表明在湿陷性黄土区域隧道施工中，该方法支护效果较好，可进行推广使用。结语在湿陷性黄土地区施作公路隧道工程时，超前支护是无法避开的问题，湿陷性黄土的特点决定了其一旦受到扰动，容易发生坍塌问题，轻则影响施工进度，重则会引起安全事故。这就需要选择有针对性的超前支护施工技术，来提前加固围岩，为隧道开挖施工提供一个稳定、安全的条件。湿陷性黄土地区地质条件复杂，传统超前支护技术已无法满足施工要求，采取超前大管棚、超前小导管、药卷锚杆 种超前支护相互结合、相互搭接的方法，可避免单种成都工业学院学报：第 卷超前支护施工技术存在的弊端和不足，从而更好地提升支护效果，值得类似工程参考和学习。参考文献：郭彦召.大断面湿陷性黄土隧道施工关键技术：以十里铺隧道为例.工程技术研究，（）：.左伟涛.湿陷性黄土公路隧道的施工技术要点.工程机械与维修，（）：.熊胜，邵帅，周浩，等.地铁隧道施工钢板超前支护应用分析.交通科学与工程，（）：.李清.高速公路隧道超前支护施工技术.交通世界，（）：.刘勇.双层小导管超前支护在隧道软弱围岩中的运用研究.科技创新与应用，（）：.刘文学，窦建军，王乐，等.高速公路大断面黄土隧道关键工序机械化配套研究.交通科技，（）：.张翠华.道路隧道工程中的超前支护施工技术分析.建筑技术开发，（）：.郑和武.公路隧道大管棚超前支护施工技术分析.西部交通科技，（）：.