摘要：在隧道施工中，因受多種因素影響塌方較為常見(jiàn)，處理不當(dāng)，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量、進(jìn)度和安全。本文歸納了隧道塌方產(chǎn)生的原因，并結(jié)合東江源三號(hào)隧道的實(shí)際情況闡述了預(yù)防塌方的綜合處理方法和相關(guān)工藝，提出了用長(zhǎng)管棚、小導(dǎo)管注漿及錨桿超前支護(hù)的綜合應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：超前支護(hù),隧道施工

　　1東江源三號(hào)隧道工程概況

　　東江源三號(hào)隧道是尋烏（贛閩界）至全南高速公路尋烏至信豐段一期土建工程項(xiàng)目。本隧道為分離式長(zhǎng)隧道，左幅隧道起訖樁號(hào)為ZK35+140—ZK37+225，全長(zhǎng)2115米，右幅隧道起訖樁號(hào)為K35+138—K37+336，全長(zhǎng)2198米。該隧道左幅分界樁號(hào)為ZK36+100，右幅隧道分界樁號(hào)為K36+100，分界樁號(hào)往尋烏方向?qū)貯6合同段。隧道進(jìn)口段左右幅平面線形均位于直線上，中間段及出口段均位于R=3000米的圓曲線上。左幅隧道進(jìn)口段為上坡，縱坡為1.4%，出口段為下坡，縱坡為-0.8%，右幅隧道為上坡，縱坡為1.372%。在隧道的進(jìn)、出口設(shè)置了一段明洞襯砌。

　　2隧道塌方產(chǎn)生的原因分析

　　隧道施工的危險(xiǎn)性和復(fù)雜性很大，任何失誤都可能造成重大的損失。隧道塌方產(chǎn)生的因素也是多方面的，其中包括地質(zhì)因素，人為因素和設(shè)計(jì)因素。

　　2.1地質(zhì)因素

　　(1)不良地質(zhì)造成的塌方：風(fēng)化變質(zhì)巖體，裂隙發(fā)育巖體，崩塌巖堆地區(qū)，斷層帶，溶洞，滑坡，泥石流，膨脹性地層等。

　　(2)地下水造成的塌方：在地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解下加劇了巖體失穩(wěn)和塌落，軟弱滑動(dòng)面在地下水的作用下，巖石強(qiáng)度降低，使結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度減小，導(dǎo)致塌方。

　　(3)地壓造成的塌方：偏壓，塑性地壓，滑坡及高地應(yīng)力區(qū)等。

　　2.2人為因素

　　施工人員忽視圍巖細(xì)微變形，對(duì)不良地質(zhì)段沒(méi)有采取合理的開挖方法或支護(hù)不及時(shí)，開挖時(shí)，爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)過(guò)大，開挖后令圍巖暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，風(fēng)化程度加劇。

　　2.3設(shè)計(jì)因素

　　設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有對(duì)隧道所在區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的勘察，對(duì)地質(zhì)情況了解不清，地質(zhì)資料不詳細(xì)對(duì)可能的斷層、富水、巖爆、瓦斯等不良情況估計(jì)不足。對(duì)地質(zhì)條件把握不準(zhǔn)確和不充分是造成隧道塌方的重要原因之一。

　　3超前支護(hù)在本隧道中的應(yīng)用

　　3.1地質(zhì)、地形概況

　　本隧道的左、右幅進(jìn)、出端洞口圍巖均為Ⅴ級(jí)，巖性為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。受風(fēng)化作用的影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，微張型裂隙較多，并有泥質(zhì)充填，地表覆蓋層松軟破碎，洞口圍巖的不穩(wěn)定性在施工過(guò)程中極易產(chǎn)生邊、仰坡坍塌和滑坡，尤其在雨季施工時(shí)造成水土流失的可能性較大。

　　隧道區(qū)位于侵蝕低山地貌區(qū)，山嶺呈南北走向，山坡上陡下緩，最陡處坡角有60°，山頂海拔在777米左右，最大切割深度大約為150米，山上植被以茅草、松樹居多，次以橙樹、毛竹等，山坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。隧道在地震區(qū)劃上處于余干—南城—會(huì)昌—尋烏地震活動(dòng)帶和全南—定南—尋烏地震活動(dòng)帶內(nèi)，根據(jù)“中國(guó)地震震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃（江西部分）及《中國(guó)地震震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，路線走廊帶震動(dòng)峰值加速度為0.1g，反應(yīng)譜特征周期為0.35s，對(duì)照地震基本烈度為Ⅶ度。

　　3.2施工方法

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按照設(shè)計(jì)圖紙的要求及結(jié)合其他隧道施工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為較為合理的施工方法是采用超前支護(hù)措施：先采用長(zhǎng)管棚超前預(yù)注漿，結(jié)合超前注漿小導(dǎo)管及超前錨桿對(duì)洞口段進(jìn)行固結(jié)處理，再進(jìn)行開挖。進(jìn)洞后應(yīng)及時(shí)采用超前錨桿加固，從而保證洞身施工的順利進(jìn)行。本隧道跨度大，凈空高，施工難度很大，為保證施工安全，確保質(zhì)量和工期，采取了超前長(zhǎng)管棚、超前小導(dǎo)管及超前錨桿等施工措施與初期支護(hù)配合，從而保證了施工的順利進(jìn)行（圖1）。

　　圖1洞口施工示意圖

　　(1)管棚施工。

　　1)混凝土導(dǎo)拱施工方法：用混凝土套拱作為超前長(zhǎng)管棚導(dǎo)向墻，洞口開挖至成洞面后，先停止開挖，進(jìn)行成洞面臨時(shí)支護(hù)，并整平地面，在其上搭設(shè)管棚施工平臺(tái)。進(jìn)洞口段明洞施工完畢后，采用長(zhǎng)管棚作為超前支護(hù)。在洞外襯砌外緣施作235級(jí)鋼拱架混凝土套拱(厚70cm，寬200cm)，套拱內(nèi)按間距60cm埋設(shè)4榀20a工字鋼拱架，管棚的孔口管用d≥25鋼筋固定在鋼拱架，對(duì)稱澆筑套拱混凝土。

　　2)管棚施工方法:用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔后用高壓水或高壓風(fēng)清孔；管棚鋼管采用φ108×6mm熱軋無(wú)縫鋼管加工制作,環(huán)向間距40cm，每根管棚的接頭用15cm的絲扣直接對(duì)接，φ102×6mm套絲鋼管長(zhǎng)30cm，分別套在兩根鋼管的端頭。采用鉆機(jī)逐根頂進(jìn)接長(zhǎng)安裝,管棚內(nèi)采用水泥砂漿注漿。

　　(2)超前小導(dǎo)管施工

　　在隧道開挖前，采用風(fēng)鉆鉆孔、高壓風(fēng)清孔之后，將小導(dǎo)管放入孔內(nèi)，小導(dǎo)管布置沿隧道開挖輪廓線向外傾斜，外插角按設(shè)計(jì)要求為10°～15°，小導(dǎo)管搭接的水平投影長(zhǎng)度一般不宜小于1.0m，環(huán)向間距根據(jù)設(shè)計(jì)取40cm；管內(nèi)注入水泥漿液。將預(yù)先彎制好的工字鋼支墊于小導(dǎo)管之下，并在拱腳處用鎖腳錨桿鎖定。人工配合風(fēng)鎬開挖上導(dǎo)坑，開挖完成后及時(shí)將臨空面噴射混凝土封閉，然后打系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)、安裝工字鋼格柵、再次噴射混凝土封閉。待上導(dǎo)坑掘進(jìn)一段距離后，下導(dǎo)坑拉中槽、錯(cuò)槽開馬口，并將臨空面及時(shí)噴射混凝土后安裝系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)、安放邊墻工字鋼并與拱部工字鋼連接后再次噴射混凝土封閉。這樣超前小導(dǎo)管與工字鋼共同組成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)，支撐和加固自穩(wěn)能力極低的圍巖，噴射的混凝土將不連續(xù)的巖層層面膠結(jié)起來(lái)，并產(chǎn)生楔形效應(yīng)而增加巖塊間的摩擦系數(shù)，防止巖塊沿軟弱面滑移。

　　(3)超前錨桿施工

　　本隧道中采用Ф22超前藥卷錨桿，長(zhǎng)3．5m，布設(shè)間距為200×40cm（縱×環(huán)），兩排超前錨桿縱向應(yīng)保持1m的搭接長(zhǎng)度，外傾角10o～20o。錨桿由Ф22螺紋鋼筋外加藥卷錨固劑組成。超前錨桿采用鉆孔打入法，其安設(shè)方法步驟如下：

　　1)用YT28氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打孔，然后用吹管將孔內(nèi)巖粉吹出成孔；

　　2)插入錨桿，插入困難時(shí)，可用帶沖擊錘的YT28氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)頂入或直接用重錘打入。錨桿須從鋼拱架的腹部穿過(guò)；

　　3)超前錨桿采用注漿泵灌漿。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)巖體節(jié)理面產(chǎn)狀來(lái)確定錨桿的最佳方向。為加強(qiáng)共同支護(hù)作用，要求將超前錨桿尾端焊接在鋼支撐的腹部，采用藥卷材料作為粘接材料。

　　3.4施工注意事項(xiàng)

　　(1)保證整體穩(wěn)定：超前支護(hù)的作用是防止開挖面頂部坍塌，在相鄰已施工的初期支護(hù)抑制了圍巖的有害變形時(shí)，超前支護(hù)才能承受縱向“次生拱”的壓力。因此要求初期支護(hù)能可靠承受超前支護(hù)端傳來(lái)的荷載，并能保證整體的有效性。特別要注意距掌子面1.0～1.5倍洞徑范圍內(nèi)初期變形和收斂情況，如有問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)采取加固措施，否則會(huì)造成此范圍內(nèi)整體坍塌。

　　(2)采用控制爆破技術(shù)：如果放炮后超前支護(hù)的頂部被掏空，將會(huì)大大削弱其超前支護(hù)的效果。因此，在爆破時(shí)，嚴(yán)禁超挖，以便使超前支護(hù)起到應(yīng)有的作用。

　　(3)選擇合理的開挖方法：掌子面前方正面的坍塌往往會(huì)導(dǎo)致超前支護(hù)的失效。在選擇開挖方法時(shí)，應(yīng)盡量降低開挖高度，采用半斷面正臺(tái)階法開挖，以保證掌子面的穩(wěn)定。

　　(4)噴射混凝土抵緊掌子面：當(dāng)使用鋼拱架支護(hù)時(shí)，由于掌子面不整齊，導(dǎo)致掌子面的頂部與鋼拱架之間總存在一定的空隙，應(yīng)先噴射一層混凝土，至少與鋼拱架外緣齊平，從而加強(qiáng)超前支護(hù)的作用。

　　3.5效果評(píng)價(jià)

　　為保證施工安全及檢查超前支護(hù)施工的實(shí)施效果，施工單位專門組織了對(duì)隧道進(jìn)口段下沉位移量的觀測(cè)。通過(guò)地表下沉位移觀測(cè)，進(jìn)口左洞在開挖前15天后有11mm左右的下沉，隨后趨于穩(wěn)定，符合規(guī)范要求。進(jìn)口右洞地表各觀測(cè)點(diǎn)還在變化，20天后有18mm左右的下沉，隨后趨于穩(wěn)定，符合規(guī)范要求。這充分說(shuō)明了長(zhǎng)管棚預(yù)注漿、小導(dǎo)管、錨桿超前支護(hù)措施對(duì)防止圍巖惡化，控制隧道變形作用是顯著的。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　長(zhǎng)管棚等幾種超前支護(hù)措施在東江源三號(hào)隧道的綜合應(yīng)用效果顯著，有效的預(yù)防了塌方的發(fā)生，加快了隧道施工速度，縮短了施工工期，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　作者簡(jiǎn)介：陳廣盛（1970-），男，工程師。

　　作者單位：（江西省尋烏縣交通局）

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[4]隧道工程塌方治理及工程實(shí)例.孫富學(xué),朱秀清.公路交通技術(shù).2006(2)

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