特长隧道软弱围岩的支护技术 桂林理工大学熊鑫赵学文李京 摘 要：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。北岭山 隧道采用超前支护和灵活的锚喷支护Ｊ，ｌ￣ｉｆ－４通过了软弱围岩段。本文介绍了软弱围 岩通常采用的几种超前支护方式及其优缺点。以及该３－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 ０ 前言 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 ７５０ｍ．进出１５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２５０ｋｎｄｈ，全隧道设 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 长隧道施工在我国１３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 有两座斜井。一号斜井位于小湘镇 蓝厂村附近．相交于正线里程 Ｄ３Ｋ３８８＋１００处，总长１３９５．５ｍ：二 号斜井井口位于凤凰镇葫芦田村 附近．与正线相接于里程Ｄ３Ｋ３９２＋ 塌方，工人难以进入工作面施工。 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［２１。 ２．２超前支护的几种方式及优缺 点 ３００处，长１０５９．４ｍ。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％；Ⅳ级围岩长７５７ｍ，占 隧道总长的６．１％。 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 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。 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 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 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 级围岩和Ⅳ级围岩。Ｖ级围岩的岩 体主要特征表现为节理较裂隙发 １ 工程概况 新建南广铁路北岭山隧道位 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。Ⅳ级围岩特征主要表现为 主要由管棚与钢架组合成预 支护系统，支撑和加固白稳能力极 低的围岩，防止软弱围岩的下沉、 于肇庆市市区北部。穿北岭山、鸡 笼山和鼎湖山：进口附近为蛇尾 村，出口位于横岭脚附近；隧道起 讫里程为Ｄ３Ｋ３８４＋０８２～ＤＩＫ３９６＋ ５２０，全长１２４３８ｍ，最大埋深约 松弛和坍塌等。主要技术要求：沿 隧道拱部外缘设中１０８或 ８９．长 度不小于１０ｍ的热轧无缝钢管，管 西４４＇技０［３／２０１１］ 特长隧道软弱围岩的支护技术 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热轧无缝钢 管，钢管长约５ｍ，外插角采用４０。 和１０ｏ交错布置，纵向相邻两排的 水平投影搭接长度《１．５ｍ，管内注 浆。主要适用于Ｖ级围岩浅埋偏压 段。Ⅳ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，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、Ⅳ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 ９１钻孑Ｌ注浆．空口设置空 Ｅｌ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．必要时掌子面设置砼止浆墙。 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 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［３１。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，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Ｉ１８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 ［二蔓至茧 酉铁科技 焊接在一起，另一端锚入围岩中， 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８ｅｍ。相邻钢架问采用中２２钢 筋连接，环向间距为１．０ｍ，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 ８～６钢筋，网格间距为 ２０ ２５ｅｍ。系统锚杆：拱部采用＠２２ 组合中空锚杆，边墙采用中２２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。深入围岩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。北 岭山特长隧道根据围岩情况变化 采取不同的初支方（下转第２０页） 浅谈工务施工安全管理存在的问题及对策 抓安全的主动性、责任感，既解决 “好人主义”和“官僚主义”的问题． 又消除以往多头管理的弊端。对施 组审批，坚持由主管工程师把关负 每项施工点前要召开分工会。 明确施工防护、点前准备、线路开 通、线路巡养、路料管理、人身安全 等安全关键和盯控人员。责任到 的检查监督工作很不到位。从目前 情况来看，工务系统自轮运转设备 方面的专业技术人员数量较少。不 能有效满足日常检查监督工作的 责，消除批而不审的行为，从源头 上对施工安全进行控制。专业管理 人，发现问题及时纠正，使安全关 键得到有效卡控。 需要。需采取措施尽快改变这一现 状。 ３．７强化外委和临近既有线施工 安全管理 人员要自觉参与施工设计、施组编 制、方案审核，主动跟踪检查施组 落实。充分发挥专业管理人员熟悉 施工过程、熟悉技术标准、清楚安 全关键的优势。 ３．５突出过程控制。严把安全关键 （４）要严密制订预案，落实预 防为主 对每项施工都要根据不同情 况，制订施工预案，把预案需要的 （１）制定外委工程管理办法，严 格外委工程施工资质的管理。明确 机械设备、材料工具、人员，纳入施 具体监管部门。全面实行风险抵押 金制度和事故信誉档案记录制度． 工准备工作一并安排、落实，做好 预想、预控工作。 ３．６强化自轮运转设备安全管理 （１）严格执行持证上岗制度 目前，我局由于自轮运转设备 操作人员储备不足，远远不能跟上 （１）抓好方案编制审查 通过经济考核和信誉等级评审的 压力促使施工单位加强施工安全 管理．确保施工安全。 对每项施工方案。要坚持现场 调查、反复论证。选择安全系数最 高的方案形成初稿。在此基础上， 召集设计单位、施工单位、设备管 （２）采取刚性的防护措施，实现 施工与既有线的物理隔离。通过设 理单位、配合单位共同审查。对运 输安全影响大的施工，聘请专家进 发展需要，许多大机操作手仍无证 操作。因此，必须加强现有司乘人 员的培训工作，通过强化培训弥补 操作实践不足的缺陷。 置防护栅栏、栅排等方式实现物理 隔离。保证既有线行车安全。 （３）继续加大站段安全监督检 查员培训工作的同时。路局相应加 行论证，共同把关，确保方案编制 优中选优、科学合理、万无一失。 （２）抓好技术交底，严格“三 会”制度落实 （２）建立专业机械维修队伍 依靠我局各单位目前的维修 力量。远远不能满足机械维修的需 要。为保证机械运用安全，应灵活 大对外委工程的监管力度，加强对 施工现场的巡视检查．强化既有线 对每项施工，不论大小。严格 执行技术交底制度。根据施工项目 的实行情况。按时召开点前协调 会；对点前分工会议、点毕总结会 议，不分时间早晚、项目大小，按时 召开，有效发挥安全预防功能，不 施工和临近既有线施工的监控。 ３．８加强劳务工的管理 采取代维修等方式固定专业维修 队伍，为自轮运转设备运用安全提 供坚强保证。 （３）加大安全检查力度 自轮运转设备数量众多、运用 劳务工是铁路施工队伍的重 要力量。当前存在的主要问题是劳 务工队伍流动性大。业务素质不稳 定。要解决这一问题，建议在大修 队伍中推行协议工制度。改变用工 方式，实现劳务工队伍的固定化。 断完善施工方案。 （３）严把安全关键环节，逐一 盯控到位 频繁，事故的发生多数是由于司乘 人员违纪造成的，这说明我们Ｅｌ常 （上接第９页） 式，特别是对软弱 围岩的初期支护取得了较好的效 Ｄ】葛洲坝集团科技．２００６年３月第１ 期：３０－３２ ［４］赵星光，蔡美峰，蔡明，贾蓬．地下工程 岩体剪胀与锚杆支护的相互影响．叫 岩石力学与－ｒ，Ｘ学报．２０１０年１０月 第１０期：２０５６－２０６２ 果，为以后特长隧道的施工积累了 宝贵的经验。 参考文献： ［１】钱建球．涂胜．浅议软岩隧道支护机理 【２】曹文权．铁路大跨度隧道施工技术．Ｕ］ 铁道建筑设计，２０１０年第２期：４０－４３ 【３】吴国江．大断面软岩浅埋偏压隧道施 工技术．Ⅱ］铁道建筑设计，２０１１年第 ３期：１０９－１１２ 西铁科技０１ ３／２０１１ Ｉ
