隧道施工论文超前支护在东江源三号隧道施工中的应用

　　东江源三号隧道是寻乌（赣闽界）至全南高速公路寻乌至信丰段一期土建工程项目。本隧道为分离式长隧道，左幅隧道起讫桩号为ZK35+140—ZK37+225，全长2115米，右幅隧道起讫桩号为K35+138—K37+336，全长2198米。该隧道左幅分界桩号为ZK36+100，右幅隧道分界桩号为K36+100，分界桩号往寻乌方向属A6合同段。隧道进口段左右幅平面线形均位于直线上，中间段及出口段均位于R=3000米的圆曲线上。左幅隧道进口段为上坡，纵坡为1.4%，出口段为下坡，纵坡为-0.8%，右幅隧道为上坡，纵坡为1.372%。在隧道的进、出口设置了一段明洞衬砌。

　　2隧道塌方产生的原因分析

　　隧道施工的危险性和复杂性很大，任何失误都可能造成重大的损失。隧道塌方产生的因素也是多方面的，其中包括地质因素，人为因素和设计因素。

　　2.1地质因素

　　(1)不良地质造成的塌方：风化变质岩体，裂隙发育岩体，崩塌岩堆地区，断层带，溶洞，滑坡，泥石流，膨胀性地层等。

　　(2)地下水造成的塌方：在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳和塌落，软弱滑动面在地下水的作用下，岩石强度降低，使结构面的抗剪强度减小，导致塌方。

　　(3)地压造成的塌方：偏压，塑性地压，滑坡及高地应力区等。

　　2.2人为因素

　　施工人员忽视围岩细微变形，对不良地质段没有采取合理的开挖方法或支护不及时，开挖时，爆破对围岩的扰动过大，开挖后令围岩暴露时间过长，风化程度加剧。

　　2.3设计因素

　　设计时，没有对隧道所在区的地质情况进行详细的勘察，对地质情况了解不清，地质资料不详细对可能的断层、富水、岩爆、瓦斯等不良情况估计不足。对地质条件把握不准确和不充分是造成隧道塌方的重要原因之一。

　　3超前支护在本隧道中的应用

　　3.1地质、地形概况

　　本隧道的左、右幅进、出端洞口围岩均为Ⅴ级，岩性为强风化花岗岩。受风化作用的影响，节理裂隙发育，结构松散，微张型裂隙较多，并有泥质充填，地表覆盖层松软破碎，洞口围岩的不稳定性在施工过程中极易产生边、仰坡坍塌和滑坡，尤其在雨季施工时造成水土流失的可能性较大。

　　隧道区位于侵蚀低山地貌区，山岭呈南北走向，山坡上陡下缓，最陡处坡角有60°，山顶海拔在777米左右，最大切割深度大约为150米，山上植被以茅草、松树居多，次以橙树、毛竹等，山坡处于稳定状态。隧道在地震区划上处于余干—南城—会昌—寻乌地震活动带和全南—定南—寻乌地震活动带内，根据“中国地震震动峰值加速度区划（江西部分）及《中国地震震动反应谱特征周期区划图》，路线走廊带震动峰值加速度为0.1g，反应谱特征周期为0.35s，对照地震基本烈度为Ⅶ度。

　　3.2施工方法

　　根据现场实际情况，按照设计图纸的要求及结合其他隧道施工经验，认为较为合理的施工方法是采用超前支护措施：先采用长管棚超前预注浆，结合超前注浆小导管及超前锚杆对洞口段进行固结处理，再进行开挖。进洞后应及时采用超前锚杆加固，从而保证洞身施工的顺利进行。本隧道跨度大，净空高，施工难度很大，为保证施工安全，确保质量和工期，采取了超前长管棚、超前小导管及超前锚杆等施工措施与初期支护配合，从而保证了施工的顺利进行（图1）。

　　图1洞口施工示意图

　　(1)管棚施工。

　　1)混凝土导拱施工方法：用混凝土套拱作为超前长管棚导向墙，洞口开挖至成洞面后，先停止开挖，进行成洞面临时支护，并整平地面，在其上搭设管棚施工平台。进洞口段明洞施工完毕后，采用长管棚作为超前支护。在洞外衬砌外缘施作235级钢拱架混凝土套拱(厚70cm，宽200cm)，套拱内按间距60cm埋设4榀20a工字钢拱架，管棚的孔口管用d≥25钢筋固定在钢拱架，对称浇筑套拱混凝土。

　　2)管棚施工方法:用地质钻机钻孔后用高压水或高压风清孔；管棚钢管采用φ108×6mm热轧无缝钢管加工制作,环向间距40cm，每根管棚的接头用15cm的丝扣直接对接，φ102×6mm套丝钢管长30cm，分别套在两根钢管的端头。采用钻机逐根顶进接长安装,管棚内采用水泥砂浆注浆。

　　(2)超前小导管施工

　　在隧道开挖前，采用风钻钻孔、高压风清孔之后，将小导管放入孔内，小导管布置沿隧道开挖轮廓线向外倾斜，外插角按设计要求为10°～15°，小导管搭接的水平投影长度一般不宜小于1.0m，环向间距根据设计取40cm；管内注入水泥浆液。将预先弯制好的工字钢支垫于小导管之下，并在拱脚处用锁脚锚杆锁定。人工配合风镐开挖上导坑，开挖完成后及时将临空面喷射混凝土封闭，然后打系统锚杆、挂网、安装工字钢格栅、再次喷射混凝土封闭。待上导坑掘进一段距离后，下导坑拉中槽、错槽开马口，并将临空面及时喷射混凝土后安装系统锚杆、挂网、安放边墙工字钢并与拱部工字钢连接后再次喷射混凝土封闭。这样超前小导管与工字钢共同组成预支护系统，支撑和加固自稳能力极低的围岩，喷射的混凝土将不连续的岩层层面胶结起来，并产生楔形效应而增加岩块间的摩擦系数，防止岩块沿软弱面滑移。

　　(3)超前锚杆施工

　　本隧道中采用Ф22超前药卷锚杆，长3．5m，布设间距为200×40cm（纵×环），两排超前锚杆纵向应保持1m的搭接长度，外倾角10o～20o。锚杆由Ф22螺纹钢筋外加药卷锚固剂组成。超前锚杆采用钻孔打入法，其安设方法步骤如下：

　　1)用YT28气腿式风动凿岩机打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔；

　　2)插入锚杆，插入困难时，可用带冲击锤的YT28气腿式风动凿岩机顶入或直接用重锤打入。锚杆须从钢拱架的腹部穿过；

　　3)超前锚杆采用注浆泵灌浆。施工时应根据岩体节理面产状来确定锚杆的最佳方向。为加强共同支护作用，要求将超前锚杆尾端焊接在钢支撑的腹部，采用药卷材料作为粘接材料。

　　3.4施工注意事项

　　(1)保证整体稳定：超前支护的作用是防止开挖面顶部坍塌，在相邻已施工的初期支护抑制了围岩的有害变形时，超前支护才能承受纵向“次生拱”的压力。因此要求初期支护能可靠承受超前支护端传来的荷载，并能保证整体的有效性。特别要注意距掌子面1.0～1.5倍洞径范围内初期变形和收敛情况，如有问题，应及时采取加固措施，否则会造成此范围内整体坍塌。

　　(2)采用控制爆破技术：如果放炮后超前支护的顶部被掏空，将会大大削弱其超前支护的效果。因此，在爆破时，严禁超挖，以便使超前支护起到应有的作用。

　　(3)选择合理的开挖方法：掌子面前方正面的坍塌往往会导致超前支护的失效。在选择开挖方法时，应尽量降低开挖高度，采用半断面正台阶法开挖，以保证掌子面的稳定。

　　(4)喷射混凝土抵紧掌子面：当使用钢拱架支护时，由于掌子面不整齐，导致掌子面的顶部与钢拱架之间总存在一定的空隙，应先喷射一层混凝土，至少与钢拱架外缘齐平，从而加强超前支护的作用。

　　3.5效果评价

　　为保证施工安全及检查超前支护施工的实施效果，施工单位专门组织了对隧道进口段下沉位移量的观测。通过地表下沉位移观测，进口左洞在开挖前15天后有11mm左右的下沉，随后趋于稳定，符合规范要求。进口右洞地表各观测点还在变化，20天后有18mm左右的下沉，随后趋于稳定，符合规范要求。这充分说明了长管棚预注浆、小导管、锚杆超前支护措施对防止围岩恶化，控制隧道变形作用是显著的。

　　4结语

　　长管棚等几种超前支护措施在东江源三号隧道的综合应用效果显著，有效的预防了塌方的发生，加快了隧道施工速度，缩短了施工工期，取得了显著的经济效益和社会效益。

　　作者简介：陈广盛（1970-），男，工程师。

　　作者单位：（江西省寻乌县交通局）

　　参考文献：

　　[1]公路隧道设计规范(JTJ026-90)

　　[2]公路隧道施工规范(JTJ042-94)

　　[3]长管棚初步设计和施工浅谈.孙绍影.西部探矿工程,2005,107(4):105–1071

　　[4]隧道工程塌方治理及工程实例.孙富学,朱秀清.公路交通技术.2006(2)