浅埋软弱围岩大跨度隧道双层初期支护施工技术

万继志

【摘 要】对于浅埋、软弱围岩大跨度双连拱隧道,其围岩软弱破碎严重,自稳性差,开挖后要求早期支护具有较大刚度,以阻止围岩的过大变形,采用型钢钢架与格栅钢架相结合的初期支护形式,第一层型钢钢架支护,控制围岩的变形,发挥围岩的自承载能力,第二层格栅钢架支护,与第一层支护共同承担围岩压力,从而保证了结构的稳定和施工过程的安全.

【期刊名称】《筑路机械与施工机械化》 【年(卷),期】2015(032)010 【总页数】4页(P70-73)

【关键词】隧道;浅埋软弱围岩;小净距;大跨度 【作 者】万继志

【作者单位】河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州 450052 【正文语种】中 文 【中图分类】U485.4

随着车流量的不断增大，对高速公路通行能力的要求越来越高，尤其是省会城市进出城区的路段，修建八车道高速公路将是必然的选择。由于福州周边为山岭区，为保护环境和高速公路线型顺畅，修建采用了双连拱隧道。

中国目前双连拱隧道的最高标准仅是双向六车道，尚未出台双向八车道的设计、施工规范及技术标准，且国内外均无成熟的施工工艺。如何确保开挖过程中围岩的稳

定性，尽早完成超前支护及初期支护，形成有效的支护体系，是大跨度隧道尤其是大跨度双连拱隧道施工的关键技术［1-2］。

隧道开挖后，立即喷射5 cm混凝土，然后架设型钢钢架，喷射混凝土；待混凝土达到强度后，再架设格栅钢架，喷射混凝土；形成型钢钢架与格栅钢架两层支护相结合的结构形式。

采用型钢钢架与格栅钢架支护相结合的结构形式，其支护强度和刚度都较单层支护大，隧道开挖时，在围岩受到扰动而使应力重新分配的过程中，能起到很好的支护作用，从而保证了结构的稳定和施工过程的安全［3］。

对于浅埋软弱围岩大跨度双连拱隧道，其围岩软弱，破碎严重，自稳性差，开挖后要求早期支护具有较大刚度，以防止围岩的过大变形。

初喷5 cm混凝土充填爆破引起的裂缝，确保岩体稳定，第一层支护（型钢钢架）控制围岩变形，发挥围岩的自承载能力；第二层格栅钢架支护与第一层支护共同承担围岩压力，从而保证结构的稳定和施工过程的安全。

浅埋软弱围岩、小净距大跨度隧道主拱圈双层初期支护施工工艺流程见图1。 3.1 施工前准备

为保证隧道施工的顺利、安全，避免地下水发育地段发生涌水、涌泥灾害，防止水土流失，需要采取有效措施对隧道掌子面前方的地质情况和地表进行较为准确的预测监控。因此，需开展施工地质超前预测勘察和地表监测工作，根据地质预报成果，制定有效的施工方案，确定合理的施工工艺，降低地质灾害发生几率，确保隧道工程施工人员和设备的安全，进而提高经济效益。

为确认围岩的稳定性，在隧道进出口洞顶设置地表沉降观测点（图2）。 3.2 开挖

开挖遵循的原则为早预报、勤量测、管超前、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭、紧衬砌。本工程隧道开挖采取双侧壁导坑法与CRD工法相的方式开挖。

成洞后和二次衬砌均采用激光断面仪测量断面尺寸，及时纠正偏差。掘进过程中按设计监测要求布点，及时量测，并进行信息反馈，以指导施工［4-5］。 3.3 组合锚杆施工

开挖后，立即检查围岩面并初喷混凝土，初喷混凝土厚度保证在5 cm左右，及时施作锚杆。锚杆为组合锚杆，锚杆杆体不能有油污或其他不符合规范要求的缺陷。锚杆孔位、孔深及布置形式符合设计要求，注浆浆液配合比严格按设计及规范要求配制，确保其强度达到设计要求。按设计要求确定锚杆钻孔的孔口位置，孔位偏差不大于50 mm，钻孔与岩面垂直，钻孔深度及直径与杆体相匹配。锚杆杆体插入锚杆孔时，保持位置居中，杆体露出的长度不应大于喷层厚度，锚杆垫板与孔口混凝土密贴，随时检查锚杆头的变形情况。 3.4 钢筋网片施工

主洞钢筋网须经试验检测合格，使用前要除锈，在洞外分片制作，安装时搭接长度不小于10 cm，并采用20 cm×20 cm网格状点焊焊接。

锚杆安装后，在岩层初喷一层5 cm厚混凝土，随受喷面起伏铺设钢筋网，受喷面间隙宜控制在20～30 mm之间，必要时利用风钻气腿顶撑，以便贴近岩面，与锚杆和钢架绑扎焊接。 3.5 安装型钢拱架

每榀型钢拱架由工字钢、连接板焊接成型，连接钢板平面应与钢架轴线垂直，接头处焊缝厚度不得小于6 mm，单元之间以高强螺栓连接。

钢拱架应严格按设计架设，且间距符合设计要求，拱架安装位置均采用红油漆进行标注，并编写号码。

钢拱架立起后，根据中线、水平线将其校正到正确位置，然后固定、连接牢靠。钢架安装时应垂直于隧道中线，竖向不倾斜，平面不错位、不扭曲。上下左右允许偏差±50 mm，钢架倾斜度应小于2°，拱脚必须架立在坚固的基座上，用短钢筋将

拱架焊牢在锚杆上。

每榀型钢拱架安装好后，在拱腰及拱脚处型钢拱架两侧各设置两根长5 mm的Φ22锁脚锚杆来固定，以限制初支下沉，其尾部与钢架焊接牢固，与中隔墙基础预埋好的钢板焊接，且型钢拱架应和围岩尽量靠近。 3.6 超前支护

洞内超前支护施工主要采用超前小导管和超前锚杆，当围岩松散状态自稳能力较差时，采用超前小导管注浆或超前锚杆加强对围岩的注浆固结。 3.7 第一层初期支护喷射混凝土

隧道开挖形成新的空洞后，破坏了岩石原有的相对平衡状态，使隧道周围部分岩体应力重新分布，引起围岩的变形、破坏和坍塌。为了及时有效地控制围岩变形、防止坍塌，必须进行锚喷支护。初期支护应根据围岩变形情况及时施作，若支护过晚，会使周围围岩暴露在空气中的时间过长而产生塑性变形，遭到破坏。

喷射混凝土采用集中拌和，运输车运至施工现场，施工配合比应满足喷射混凝土的凝固时间要求，速凝剂采用无毒无害型。

混凝土喷射分段、分片、分层作业，由下而上依次进行，分层厚度4～6 cm，最后一层喷射的混凝土表面平整度用2 m直尺检验，要求不大于5 cm。在有钢支撑的地段，钢支撑之间喷射混凝土必须饱满，不得出现“肋骨”状。分层喷射时，后一层在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1 h以上且在初喷面蒙上一层粉尘时，受喷面应用高压风水清洗干净。在喷射混凝土时，喷头距岩面的距离以0.6～1.2 m为宜，喷射料束与受喷面垂线呈5°～15°夹角时最佳。开挖断面周边有金属杆件和钢支撑时，应保证将其背面喷射填满，粘结良好。喷射混凝土2 h后，应喷水养护，养护时间不小于7 d。喷射混凝土作业需紧跟开挖面，下次爆破距混凝土作业完成的时间间隔不小于4 h。 3.8 监控量测

在地质复杂、覆盖层薄且隧道跨度大的情况下，第一层初期支护施工完成后，围岩应力重新分配对支护的压力变化较大，甚至超出第一层支护的承受范围，因此必须对第一层支护进行连续观测且观测频率不少于设计要求。根据拱顶沉降观测、周边收敛观测的结果进行分析，及时进行第二层初期支护施工。 3.9 安装格栅钢架

栅钢架在第一次喷射混凝土强度达到要求后安装，与第一层尽量靠近，但应保留2～3 cm间隙为作混凝土保护层。安装格栅钢架工艺要求同型钢拱架。

在第二层初期支护施工时，应架设格栅钢架再分层喷混凝土至设计厚度，格栅钢架应与第一层型钢拱架重叠布置，与中隔墙基础预埋好的钢板焊接。 3.10 第二层初期支护喷射混凝土施工

第二层初期支护喷射混凝土的施工同第一层。表面应平整，且喷射混凝土的表面不得超出设计轮廓线。 4.1 质量控制标准

施工中质量检查标准及允许偏差见表1。 4.2 质量控制措施

常规的质量控制，如拱架加工、轴线偏位、长度、宽度、平整度、横坡、超欠挖、混凝土强度、厚度、锚杆拔力等指标，按《公路隧道施工技术规范》和《钢筋焊接及验收规程》的要求执行。

（1）钢架加工尺寸应满足设计要求，尤其是型钢拱架及格栅钢架的弧度要符合要求。格栅钢架加工应在设置好的胎模或胎架上，型钢弯曲加工前应进行试验，确定弯曲弧度以及弯曲机加工参数。钢架腹板焊接面积过小，会影响钢架的整体受力效果，应采用两侧绑焊钢板来加强。

（2）连接钢板的厚度、尺寸、钻眼必须符合设计要求，所有焊缝厚度不得小于设计厚度，且焊缝饱满。螺栓孔必须用台钻钻孔，严禁使用氧焊切割成孔。螺栓、螺

母按设计规格采用高强型螺栓，严禁用普通螺栓替代。

（3）在型钢拱架及格栅钢架安装的过程中，应全过程检测，保证钢架竖直度，不得出现倾斜现象。安装位置要准确，各节点要对齐，连接要牢固，确保拱架可靠受力。

（4）为防止钢架承载而下沉，钢架下端应设在稳固地层上，或设在为扩大承压面的钢板、混凝土垫块上，钢架立柱埋入底板深度应不小于15 mm，当有水沟时不应高于水沟底面。

（5）在开挖下台阶时，为防止钢架拱脚下沉、变形，可根据需要在拱脚下设纵向托梁，把几排钢架连为一个整体。

（6）在喷射混凝土作业时，应严格按照分层施工，出现超挖现象，应立即对超挖部分进行分层喷射混凝土，必要时可铺设钢筋网。

（7）在第二层喷射混凝土施工时间间隔较长时，应对第一层初期支护面进行喷水清洗。

（8）初期支护拱架应尽早封闭成环，形成整体，以降低拱顶和地表沉降；同时加强监控量测，做好信息反馈，及时采用临时支撑、封闭掌子面、补打注浆导管等措施控制变形。

浅埋软弱围岩、小净距大跨度隧道主拱圈双层初期支护施工技术，能有效控制喷射混凝土质量，保证其喷射厚度以及平整度，提高隧道质量。双层初期支护共同受力，能使初期支护更早地起到稳定围岩的作用，为提高掘进速度创造条件，加快整体施工进度。

［1］ 司剑钧.极高地应力软岩隧道双层支护技术［J］.隧道建设，2014，34（7）：685-690.

［2］ 王树军.软弱围岩隧道双层支护施工控制技术［J］.交通世界，2010（13）：226-227.

［3］ 来弘鹏，谢永利，杨晓华.不同应力场软弱围岩公路连拱隧道中墙受力特征［J］.长安大学学报：自然科学版，2010，30（6）：50-55.

［4］ 潘雪峰.隧道穿越软弱围岩及断层破碎带的工程对策［J］.筑路机械与施工机械化，2010，27（2）：63-66.

［5］ 来弘鹏，林永贵，谢永利，等.不同应力场下软弱围岩公路隧道的力学特征试验［J］.中国公路学报，2008，21（4）：81-87.