论隧道软弱围岩的支护技术应用
摘 要：本文结合作者实际工作经验，介绍了软弱围岩通常采用的几种超前支护方式及其优缺点，以及某工程初期支护采用的施工参数及施工方法。
关键词：特长隧道；软弱围岩；超前支护；初期支护
[ Abstract ] Combined with the practical work experience, this paper introduces the advantages and disadvantages of several forepoling methods used by the soft surrounding rock, as well as the construction parameters and construction method used in a project of initial support parameters.
[ Key words ] extra-long tunnel in weak rock pre-support initial support
中图分类号TU2文献标识码：A 文章编号：2095-2104
特长山岭隧道由于地质条件复杂，软弱围岩的支护是其主要的施工难点。某山区隧道采用超前支护和灵活的锚喷支护顺利通过了软弱围岩段。
自大瑶山隧道在我国特长隧道史上实现零的突破，近几年，特长隧道施工在我国日趋完善，在我国铁路建设中占有很重的比例。特长铁路隧道一般都是控制性工程，工期紧、地质条件复杂、施工难度大。在特长隧道中，软弱围岩复杂多变。大量的工程实践证明，隧道工程事故往往发生在软弱围岩段。软弱围岩失稳破坏多表现为变形破坏，形式多、变形量大、变形速度快、持续时间长、围岩破坏范围大和来压快。软弱围岩处理的重点是初期支护，主要是从对岩体的改造和对围岩应力的重新分布。这也是新奥法施工的核心。
1 工程概况
某隧道位于山区，全长12438m，最大埋深约750m，进出口内轨顶面标高分别为63.56m、39.76m。该隧道为单洞双车道，设计车速250k比刀1，全隧道设有两座斜井。隧道里程较长，埋深较深，地质情况相对复杂。其中V级围岩长约900m，占隧道总长的 7.2%;W级围岩长757m，占隧道总长的6.1%。
2 软弱围岩的超前处理技术
2.1 软弱围岩的主要特征
软弱围岩在隧道中主要指V级围岩和W级围岩。V级围岩的岩体主要特征表现为节理较裂隙发育，全风化结构松散，易坍塌，强风化灰岩，岩体破碎，部分区段含有大量的水。采取光面爆破后立即产生掉块，有时甚至不用爆破直接采用挖机就能开挖，说明围岩的稳定性极差。W级围岩特征主要表现为节理裂隙发育，岩体呈碎块状及块状，易坍塌，含有少量的水。隧洞开挖后即刻产生掉块、片帮、冒顶和塌方，工人难以进人工作面施工，给施工安全带来严重的隐患。对隧道软弱破碎围岩段施工必须做到三超前:超前预报、超前加固、超前支护。
2.2 超前支护的几种方式及优缺点
软弱围岩在开挖前，对隧道轴向做超前支护，能改善隧道开挖后围岩的应力重新分布，对松动圈能提供一定的支护力，对防止因围岩松动而带来的安全隐患起到很好的防护作用。以下几种是在北岭山隧道软弱围岩施工中都使用过的超前支护方法。
2.2.1 超前长管棚
主要由管棚与钢架组合成预支护系统，支撑和加固自稳能力极低的围岩，防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等。主要技术要求:沿隧道拱部外缘设中108或中89，长度不小于10m的热轧无缝钢管，管内注浆或管内增设钢筋笼，管外端支于钢架上。适用于围岩自稳能力较差或浅埋地段，以及地面有重要建筑物地段。该方法效果较好，但
费用高，效率低，影响施工进度。
2.2.2 超前双层小导管
加固周边一定范围内围岩与钢架组合成预支护系统，防止洞身软弱围岩坍塌、下沉或松弛。主要技术要求:设置50号热轧无缝钢管，钢管长约5m，外插角采用400和10°交错布置，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于1.5m，管内注浆。主要适用于V级围岩浅埋偏压段，W级围岩浅埋段，自稳能力极差地段。该方法效果相对较好，但费用较高，施工效率不高，注浆效果很难得到保证，影响施工进度。
2.2.3 超前小导管
可加固洞壁一定范围的围岩，也可与钢架组成小管棚系统支托围岩。主要技术要求:沿隧道拱部外缘设置42号，长4.5m热轧无缝钢管，管内注浆，管外端可支于钢架上。适用于V、W级围岩地段。该方法能有效控制超欠挖，成本相对较低，所采用的设备与掌子面钻孔设备相同，施工效率能大大提高，但遇到较破碎的岩层施工效果并不理想。
2.2.4 超前预注浆
通过预注浆固结岩体，提高围岩的承载力和自稳能力，同时起到堵水的效果。主要技术要求:通过108号～91号钻孔注浆，空口设置空口管，注浆加固开挖轮廓线外一定范围内岩体，并利用岩体作止浆岩盘，必要时掌子面设置硷止浆墙。适用于地下水发育的断层破碎带或可能出现突水涌泥地段。该方法施工效率高，成本低，主要缺陷是注浆效果不好，不能保证注浆量，因此无法保证加固质量。
2.2.5 开挖后全断面径向注浆
隧道开挖后通过全断面径向注浆，降低围岩渗透系数，达到堵水效果。主要技术要求:通过52号钻孔注浆，孔口设置孔口管，注浆加固轮廓线外3m范围内岩体。适用于地下水发育地段，开挖后围岩能稳定，但施工效率低，进度较慢。
3 初期支护方式的选择
初期支护及时做到"紧封闭"是复杂地质条件下隧道施工能否顺利进行的保证。开挖前的超前支护对提高围岩的承载力有限，在开挖后保持稳定的时间也有限，特别是软弱围岩段，稳定时间一般为几个小时，超过此限制，掌子面同样会发生掉块和塌方现象。因此，在开挖完以后要立即对围岩进行初期支护。
及时初期支护能加强围岩的自稳能力，封闭因开挖暴露的岩石，加快应力的重新分布，使围岩在短时间达到自稳状态。实践证明，爆破完以后应立即对掌子面喷射混凝土封闭掌子面，采用锁脚锚管、系统锚杆、钢拱架及钢筋网片，结合喷射混凝土联合进行初期支护是行之有效的方法。锚杆支护改善了紧邻隧道开挖边界的围压环境，有效抑制了低围压区域所产生的高岩体膨胀。在地下工程支护设计中，应重点加强紧邻开挖边界低围压区域内岩体的支护能力以控制岩体的变形破坏。
该方法中的钢架是18号工字钢、连接钢板焊接成型的单元，通过螺栓连接。钢架架设前需预先打设定位系筋，定位系筋一端与钢架焊接在一起，另一端锚人围岩中，用砂浆锚固。钢架在初喷后架设，架设完毕后须再喷混凝土，使钢架与喷射混凝土共同受力。喷射混凝土应分层进行，每层覆盖厚度应不小于8cm。相邻钢架间采用22号钢筋连接，环向间距为1.Om，斜向内侧布置，并焊于钢架内翼缘处。V级围岩的间距为0.8m，Ⅳ级围岩的间距为lm。钢筋网片采用HPB235 8号～6钢筋，网格间距为20～25cm。系统锚杆:拱部采用22号组合中空锚杆，边墙采用22号砂浆锚杆或全螺纹砂浆锚杆，长度为3.5m～4m。喷射混凝土均采用C25的素混凝土。
为了保证钢架的整体稳定性，系统锚杆应与钢架焊接在一起。在拱脚处应打入2对(4根)锁脚锚管，锁脚锚管与钢拱架焊接在一起，以固定钢架。钢筋网片也应与钢架焊接，从而使钢架、系统锚杆和钢筋网片形成一个整体。喷射混凝土使钢架与岩体形成整体，保证了钢架的稳定性。该工程中锚杆按梅花型布置，环向间距1.2m，纵向间距为1.2～1.0m，深人围岩3.5～4m，提高了围岩的强度和整体性，改善了围岩的应力状态，充分发挥了围岩的自稳能力，对掉块和冒顶起到了很好的防护作用。
4 结语
由于埋深较深、地应力较大、地质条件复杂多变，选择合理的深埋特长隧道初期支护方式非常重要。只有选择合理的初期支护方式才能充分发挥围岩的自承能力，取得理想的施工效果和经济效益。某特长隧道根据围岩情况变化采取不同的初支方式，特别是对软弱围岩的初期支护取得了较好的效果，为以后特长隧道的施工积累了宝贵的经验。
参考文献：
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