超前支护技术在娄山关隧道施工中的应用
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摘要：介绍了大管棚预注浆超前支护技术在贵州省崇遵高速公路K79处娄山关隧道施工应用情况，总结了超前支护技术在通过软弱围岩时的作用。
关键词：隧道 超前支护 堆积体
1 工程概况
娄山关隧道位于贵州省桐梓县与遵义县的交界处，系崇（溪河）遵（义）高速公路上的长隧道，由大娄山北坡南溪村杨家湾冲沟进洞，穿越大娄山脉，由纸石沟娄关村国道两侧出洞。
隧道区为沟谷纵横交错，呈“树支状分布”。隧道穿越雄伟的大娄山脉大尖山。地貌属溶蚀―构造侵蚀型中山地貌。隧道进、出口位于沟谷地形下。
娄山关隧道平面位置按左右线分离布置，为直线隧道，右线隧道起止里程为YK79+620～YK+565，总长1945m；左线隧道起止里程为ZK79+550～ZK81+565，总长2015m，左右线隧道轴线间距35m，平面设计、隧道轴线与分离式路基行车道中线重合。
2 地质情况
2.1 隧道地质评价
2.1.1 左线隧道
1）ZK79+550～650长100m，埋深10～20m为隧道进口，顶板厚5～15m处于强风化白云岩及覆盖层中，岩体呈碎石状压碎结构，围岩类别属Ⅰ类。
2）ZK79+650～820长170m，埋深20～65m，顶板基岩厚10～58m，洞身处于强风化白云岩中，节理发育，岩体呈碎石状压碎结构，围岩为Ⅱ类。
3）ZK79+820～920长100m，埋深65～86m，洞身处于强―中风化白云岩中，节理发育，岩体呈碎石状压碎结构。其中ZK79+820～840为节理密集带，围岩为Ⅱ类。其余路段围岩为Ⅲ类。
4）ZK79+920～80+150长230m，埋深65～86m，洞身处于微风化白云岩中、岩体呈块状镶嵌结构，节理较发育，完整性好，侧壁稳定。其中ZK80+000～030段受一大型节理影响，围岩类别属Ⅱ类，其余路段围岩为Ⅳ类。
5）ZK80+150～700长550m，洞身处于微风化白云岩中，节理较发育，但多闭合，岩体呈块状砌体结构，完整性较好，围岩属Ⅴ类。
2.1.2 右线隧道
1）YK79+620～710长90m，埋深15～20m，顶板厚8～14m，处于强风化白云岩及覆盖层中，岩体呈碎石状压碎结构，围岩类别属Ⅰ类。
2）YK79+710～770长600m，埋深20～65m，顶板基岩厚10～20m，洞身处于强风化白云岩中，节理发育，岩体呈碎石状压碎结构，围岩类别属Ⅱ类。
3）YK79+770～80+120长250m，洞身处于中风化至微风化白云岩中，岩体呈碎石状压碎结构，节理发育，其中YK80+000～020段位于大型节理密集带，围岩为Ⅱ类。其余路段围岩为Ⅲ类。
4）YK80+020～176长156m，洞身处于微风化白云岩中，岩体呈块状镶嵌结构，节理发育且闭合，局部会有小型冒顶及掉块，侧壁稳定性较好，围岩为Ⅳ类。
5）YK80+176～760长584m，洞身处于微风化白云岩中，节理较发育且闭合，岩体呈块状砌体结构，完整性好，围岩属Ⅴ类。
3 问题的提出与方案的确定
娄山关隧道洞口浅埋段，位于水位线以下，有涌水出现，土层厚，岩层解理裂隙发育，故易出现坍塌或顺层滑动，不易成洞。洞顶荷载为土层夹碎石，相当于松散载体，自稳能力差。原设计为小导管超前支护，钢管为φ42 热轧无缝钢管，管径小，不足以承载洞顶荷载，而大管棚施工后，管内充填了30号水泥砂浆，可有效地增加抗弯强度，提高承载能力。鉴于此，我们建议采用大管棚加强支护，强行进洞，采用大管棚支护有以下优点：
堆积体方量很大，而且存在偏压问题，大管棚注浆能有效地阻止堆积体岩体滑移，并能防止岩体偏压对隧道的影响；
管棚注浆能有效地防止洞口仰坡面失稳，并能对松散岩体有固结作用；
在大管棚内加入钢筋笼并注浆后，管棚支护具有刚度大、结构强度高，所以所形成的承载拱承载能力强的优点，其一次支护的长度大，可以减少超前支护的次数，缩短施工时间；
采用大管棚支护可根据实际情况，局部穿插超前小导管或超前锚杆支护，施工灵活方便。
4 施工设计
4.1 注浆机理
本工程采用先单液注浆，再双液注浆。
4.2 施工参数选择
（1）管棚设计：超前大管棚设于洞口加强段，沿起拱线以上拱顶部位，共设35根
φ108*6mm热轧无缝钢管，环向间距50cm，节长3m、6m，用长30cm的φ108*6mm热轧无缝钢管丝扣连接，每排大管棚长18m，钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计开挖轮廓线间距大于30cm，平行路面中线布置，要求钢管偏离设计位置的施工误差不大于20cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头处须至少错开1m。为增强钢管钢度，管内以30号水泥砂浆填充，考虑钻进中的下重，钻孔方向应较钢管设计方向上偏一度，为保证钻孔方向，在明洞衬砌外设80cm厚25号钢架砼套拱，长2.0m，钻孔位置、方向均应采用测量仪器测定，钻进过程中需用测斜仪测定钢管偏斜度，发现偏斜有可能超限，及时纠正，以免影响后期开挖和支护。
（2）注浆参数选择：注浆先采用单液注浆，以水泥为主，添加5%的水玻璃。如单液注浆效果好，能达到固结围岩的目的，则隧道均可用单液注浆方案，如可灌性差，再进行水泥―水玻璃双液注浆。水泥采用32.5（R）普通硅酸盐水泥，水玻璃采用Ⅱ型水玻璃，体积质量为1.25g/cm3,水玻璃浓度为35Be，水泥浆液水灰比为0.6：1～1：1，水泥与水玻璃浆体积比1：0.5；注浆压力0.5～1.0MPa。
单管注浆量：
Q=π・r2・L+π・R2・L・η・α・β
式中：r为钢管半径0.108/2=0.054m；
L为钢管长度，考虑与钻机连接，取20m；
R为浆液扩散半径，取0.5m；
η为地层孔隙率，堆积体经测试为10%；
α为浆液有效充填率，取0.9；
β为浆液损耗系数，取1.2。
经计算，单要钢管注浆量：Q=1.78m3。
5 方案实施
5.1 管棚施工
（1）管棚施工工艺
工艺流程见图1。
（2）测定孔位及钻孔
孔位测定：钻孔前画出管棚位置轮廓线，按孔间距定出孔位，并能满足设计要求。
钻孔：钻孔前行检查钻机工作是否正常，根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进；当钻至砂层易坍孔时，应加泥浆护壁方可继续钻进；钻孔速度应保持匀速，避免发生夹钻现象。
（3）安装管棚、钢筋笼（见图2）
孔钻好后及时安设管棚钢管，避免出现坍孔。
钢管安装困难时，可用卷扬机反压顶入或其他方法将钢管顶至设计位置。
钢管及钢筋笼应在场外先行预制加工，到施工场地后再接长。
钢管逐节顶入，采用丝扣连接，保证钢管间的连接强度。钢管安装到位后，再将钢筋笼放入钢管内，钢筋笼采用焊接连接，焊接长度满足规范要求。
及时将钢管与钻孔壁间缝隙填塞密实，在钢管外露端焊上法兰盘，并检查焊接强度及密实度。
5.2 管棚注浆
（见图3）
5.3 施工程序及方法
注浆前应先检查管路及机械状况，确认正常后做压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。
注浆采用水泥―水玻璃利用三通管同时注入，水泥浆必须拌制均匀，并按比例注入水玻璃浆液。
注浆过程中随时检查孔口、邻孔、河沟、覆盖较薄部位有无串浆现象，如发现串浆，立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可用麻纱、木楔、快速水泥砂浆或锚固剂封堵。
水泥浆单液与水泥和水玻璃双液注浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝结。
注浆压力达到最高规定强度后，并持续稳定5分钟以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。
6 总结
工程实践表明，利用大管棚和小导管支护围岩，注浆体与管棚和小导管连成一个整体而受力，在隧道开挖轮廓线外形成一个环向的支撑体，有效阻止松散体出现坍塌。公路隧道施工过程中，结合超前地质预报工作，围绕围岩稳定性这一核心问题开展必要的施工地质跟踪调研与监测工作，这对保证安全顺利施工和优化调整施工措施起着极为重要的指导作用。
参考文献
[1]周维垣.高等岩石力学[M].北京：水利电力出版社，1990:13―15.
[2]尤明庆，华安增.岩石试样单轴的破坏形式与承载能力的降低[J].岩石力学与工程学报，1998，17（3）：292―296.