罗瑞文

摘要：近年来，随着我国高等级公路及高速铁路的发展，隧道的建设规模越来越大。隧道工程在施工中风险较大，如果发生事故将会导致非常严重的后果，造成重大的损失，所以采取合理的支护方式对隧道工程进行支护，对隧道的安全至关重要。本文就复合支护在隧道施工中的运用进行简单分析。

关键词：复合支护；隧道施工；运用

1.工程概况

某隧道是该标段建设的重点性关键控制工程，采用独头掘进距离长，地质条件复杂，施工场地狭窄。隧道开挖时有发生岩溶、岩爆、瓦斯、突水、突泥、煤层、冒顶的可能，施工安全是本隧道施工的重点。由于进口端受地形的限制而且该隧道设计为大断面变间距隧道。为了解决该隧道施工过程中的诸多问题，隧道结构按新奥法原理进行设计，采用复合衬砌，初期支护以喷射砼、锚杆、钢筋网为主，局部围岩较差地段辅以型钢钢拱架、格栅钢拱架加强，充分调动和发挥围岩的自承能力，在监控量测信息指导下施作初期支护和二衬混凝土。

2.施工工艺及质量控制

隧道施工实行机械化、专业化作业，配备钻孔台架、挖掘机、液压震动锤、湿式喷射机、高压注浆机、混凝土拌和楼、混凝土输送泵、全断面液压钢模衬砌台车、通风排烟设备等关键设备施工。实施开挖、喷锚、二次衬砌等多条机械化作业线流水作业，实现主要工序机械化作业，充分发挥机械效率。Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶分部开挖法；Ⅲ级围岩一般地段采用全断面开挖，岩溶、岩爆地段采取下中导坑超前开挖、后二次全断面扩开挖，以提前做好岩溶、岩爆超前预测和应力释放。初期支护紧随开挖面及时施作，减少围岩暴露时间，抑制围岩变形。用锚杆风枪钻锚杆孔，注浆泵注浆，采用先锚后灌法埋设锚杆，安设钢支架。喷射混凝土采用湿喷技术；混凝土衬砌采用仰拱先行的方法，即仰拱施工紧跟初期支护。二衬采用全断面整体模板衬砌台车模筑，混凝土由拌和楼集中生产，混凝土运输罐车运输和输送泵泵送。

2.1 初期支护混凝土喷射质量控制

严格按规定的速凝剂掺量，并添加均匀，严格控制水灰比。在未上混凝土拌和料之前，先开高压风和高压水，水和高压风成雾状。喷射分成段，长度不得多于6m，分块大小：2×2m，严格先墙后拱自下而上喷射。喷嘴对岩面作顺时针方向，螺旋转动，“s”形往返移动前进。适当调整风压，不宜过大或过小。水压应稍高于风压。喷射作业时，喷嘴的方向应和受喷面保持垂直，喷嘴与受喷面间距0.6～1.8m左右，喷射压力保持在2～5kg/cm2左右。喷射作业应分层进行，一次喷射厚度：一般拱部为3～5㎝，边墙为6～8㎝。

养护：在开始终凝后开始养护，养护时间不少于 7天。

喷射混凝土搅拌采用强制式搅拌机，搅拌机一次搅拌量不得大于其额定搅拌量的80%，搅拌时间比普通混凝土延长1～2min；搅拌时，各种材料计量允许误差为：粗骨料±3%，水泥和外加剂±2%。

喷射混凝土需按以下要求施工：采用po42.5水泥，粗骨料最大粒径不得大于15mm，水泥与砂石的重量比为1：3～1：4；砂率不宜小于45%，具体掺量由现场试验确定。

2.2 钢筋网施工

钢筋先制成2m×2m网片，网片事先在洞外加工成型。网片的搭接长度应为1～2网格，沿初喷砼面起伏铺设，钢架安装后，钢筋网，焊接在钢架上，保证喷射砼时不晃动

2.3 锚杆施工工艺

拱部采用Φ25中空注浆锚杆，边墙采用Φ22砂浆锚杆。钻眼采用自制简易台架和气腿式凿岩机。锚杆孔深、间距偏差应符合设计施工规范.孔位允许偏差：±15cm。孔深度应大于锚杆长度的10cm，孔径应符合设计要求。插入深度：不得小于设计长度的95%，且应位于孔的中心。同时要求外露10cm，保证同钢筋网、钢拱架连结牢固。

锚杆在坑道开挖出碴后，尽快抓紧安设锚杆，锚杆安装采用风枪钻孔，人工安设，注浆泵注浆埋设锚杆。砂浆锚杆作业程序是：先注浆，后放锚杆，具体操作是：先将水注入牛角泵内，并倒入少量砂浆，初压水和稀浆湿润管路，然后再将已调好的砂浆倒入泵内。将注浆管插至锚杆眼底，将泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开阀门开始注浆。在气压推动下，将砂浆不断压入眼底，注浆管跟着缓缓退出眼孔，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免浆中出现空洞，将注浆管全部抽出后，立即把锚杆插入眼孔，然后用木楔堵塞眼口，防止砂浆流失。砂浆应随用随拌，在初凝前全部用完，使用掺速凝剂砂浆时，一次拌制砂浆数量不应多于3个孔，以免时间过长，使砂浆在泵、管中凝结。

2.4 二次衬砌工艺

对于Ⅳ、Ⅴ级围岩，因二衬是作为主要承载结构，故须在初支施作后并具备施工条件时施作二衬，而不必等到围岩收敛达标。对于Ⅲ级围岩，根据获取的量测信息分析后，认定围岩变形趋于稳定状态，则进行二衬施工。在喷射混凝土与防水层之间设φ50mm和φ100mmhdpe单壁打孔波纹管环纵向盲沟，eva防水板用自动行走式热合机进行双缝焊接，三角缝、丁字缝等薄弱环节用热熔焊枪加强补焊。铺挂后进行气密性检测，发现漏气则进行补焊，直至完好。施工缝防水环向采用背贴式和中埋式止水带，纵向采用镀锌钢边止水带，衬砌钢筋安装完成，台车行走定位后，对两端施工缝防水设施进行安装、整修，并安装端头模板。用输送泵泵送混凝土入模，插入式振捣器和附着式振捣器配合运用，振捣混凝土直至密实。泵送时注意左右对称，分层灌注，每层厚度不超过1m。收缩台车液压系统，脱模，并对台车模板进行整修、养护。对二衬混凝土进行喷淋养护，使表面处于湿润状态。压二衬试件，结合二衬外表，评定二衬质量。

注意对风机预埋部位进行钢筋加强处理，并按设计图纸预埋好钢板及所有设计要求之照明、监控、消防、配电等预埋件。

二衬必须对称同步进行，浇注时，先浇注一侧边墙，待浇注到1.0m高度后，再换管浇注另一侧边墙，循环往复直至封顶。砼振捣时，注意保护防水层。砼灌注必须连续进行，一次浇注完成，不得产生施工冷缝，可掺缓凝剂，以延长砼初凝时间，确保砼连续浇注的实现。拆模后砼应连续养护不少于7天。模板台车脱模后，必须清理模板，并涂脱模剂。砼质量检查按《施工技术规范》规定进行，其强度应满足设计要求。

3.复合支护的选择

3.1 复合式衬砌初期支护

对于Ⅳ～Ⅴ级围岩段由钢拱架、径向锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成；对于Ⅰ～Ⅲ级围岩段则由径向锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成。

由于主洞开挖断面大，而工字钢具有支护作用发挥快，能够与喷射混凝土层和围岩共同形成承载结构的特点。对于岩体自稳能力差的软弱围岩地段设置钢支撑能够立即控制围岩的继续松弛和变形，对隧道开挖后的洞体稳定有重要意义，因此主洞Ⅴ级围岩段采用工字钢钢拱架，Ⅳ级围岩段采用格栅钢架。

每榀工字钢或格栅钢架之间用Φ22的钢筋连接，并与径向锚杆及钢筋网焊为一体，与围岩密贴形成承载结构。

3.2 复合式衬砌二次衬砌

对于Ⅴ、Ⅳ级围岩地段，二次衬砌是主要承载结构，由于岩体风化严重，节理发育、自稳时间较短，二次衬砌按承担上部土压力覆土荷载和地下水静水压力计算，对于主洞，二次衬砌都需采用钢筋混凝土结构。

对于Ⅰ～Ⅲ级深埋围岩地段，地下水静水压力较大，但该段岩体比较稳定，岩石的抗压强度较高，围岩自身形成的承载拱的承载能力较大。同时由于围岩的弹性抗力较高，在一定程度上缓解了地下水压力对衬砌结构的不利影响，根据计算均采用素混凝土结构。

按照新奥法设计原理，在隧道施工过程中必须注意初期支护的变形与稳定监测，根据监测数据合理确定二次衬砌的施作时间，及时调整支护强度，尽可能发挥围岩和初期支护的承载能力。

衬砌完成后对隧道工程及相应的结构进行监测，通过对监测结果的分析发现，该隧道工程的变形在允许范围内，说明该复合衬砌方式在该隧道工程中的应用是成功的。

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