软弱围岩隧道初期支护施工质量控制探讨

摘要：文章结合工程实例，对复杂环境下软弱围岩隧道采取初期支护施工质量控制措施，有效地解决了在初期支护施工中存在的超前小导管施工不到位、锚杆支护不符合设计要求、钢筋网安装不标准、钢架加工和安装不规范等施工问题，不但能够提升初期支护施工的效率和质量，而且整体效果也比较突出，对今后复杂环境下软弱围岩隧道施工有很好的参考借鉴作用。

关键词：软弱围岩;隧道;初期支护;质量控制

0 引言

随着我国现代化建设的不断发展，高速公路建设与行业发展的速度也越来越快，在山区建设高速公路隧道的数目也随之不断增长。在隧道施工的过程中，初期支护可以起到保护围岩的作用，它可以及时封闭围岩，避免围岩因为长时间的裸露，受水、空气等影响发生风化、水化而导致坍塌。初期支护主要包括钢筋网、锚杆（管）、钢架和喷射混凝土结构。由于初期支护是隧道的主要承载结构，是施工安全的重要屏障，其重要性不言而喻。但在一些地质情况较为特殊的山区尤其是软弱围岩初期支护施工过程中，因隧道所处地质条件、围岩稳定性不同，容易造成隧道初期支护出现开裂、剥落、掉块，型钢拱架出现严重扭曲、弯折、剪断等变形现象，导致初期支护断面侵入二次衬砌甚至侵入净空，甚至有开通后隧道衬砌开裂、掉块、崩塌和路基下沉等病害，对隧道寿命和安全已经造成了致命性的影响[1]。因此，在复杂环境下软弱围岩隧道初期支护施工过程中，必须分析实际工作中存在的问题，采取有针对性的措施，有效提升隧道初期支护施工质量，確保隧道施工顺利进行。

1 工程概况

1.1 概述

天峨至北海高速公路黎明2号隧道起始桩号为AZK5+085～AZK7+145（2 060 m）/AYK5+065～AYK7+130（2 065 m），采用分离式隧道。隧道所在高速公路等级为双向六车道，设计速度为120 km/h。隧道设车行横通道2处，人行横通道4处，紧急停车带4处，正常道宽15.25 m，加宽道宽18.25 m，车行道净高5 m。该隧道Ⅴ级围岩连续长度最长达915 m，占隧道总长度的44%，因此属于危险性较大的工程。

[=XQS（]软弱围岩隧道初期支护施工质量控制探讨/黄庭华[=JP2]1.2 工程地质条件

黎明2号隧道区属构造剥蚀丘陵地貌，山体连绵，地形起伏较大，地形地貌主要受地层岩性及地质构造控制，山脉走向多呈西北-东南向，与区域构造线走向基本一致，与隧道走向大致斜交。隧址区总体地势南西低北东高，地面高程在319.6～453.5 m之间，最大高差约133.9 m，山涧沟谷发育，冲沟切割较深，多呈“V”型，冲沟坡度较大。山体自然坡度约30°～50°，局部较陡，约>50°，多覆盖第四系残坡积层。隧道进口地带为斜坡，地形较陡，而出口为狭窄冲沟，沟中有水渗出，地形较陡。山上植被较发育，坡体上部主要种植松树、桉树等经济林，未见滑坡、崩塌等不良地质。隧道进出口为Ⅴ类围岩，隧道洞身为Ⅳ类围岩。

本段隧道大部分属浅埋，Ⅴ类围岩为薄-中厚层状强-中风化泥岩，局部夹砂岩，受构造影响，岩石裂隙发育，岩体多破碎呈碎石状。物探出现圈闭状低阻异常，洞身左侧岩层产状倾向洞身，洞身两侧裂隙走向与洞身走向小角度相交，岩体易坍塌崩落，围岩稳定性极差，易出现冒顶、大坍塌等地质灾害。地表水或裂隙水渗流，或丰水期裂隙水渗流，以淋雨状出水为主。洞口段仰坡较陡，局部可见沿岩土界面发生小型滑塌，稳定性较差。Ⅳ类围岩主要为薄-中厚层状中风化泥岩，岩体多破碎，节理裂隙发育，岩层产状与洞身左侧形成切层顺向边坡关系，洞身两侧裂隙走向与洞身走向钝角相交，岩体易坍塌崩落，围岩稳定性较差，地表水或裂隙水渗流，或丰水期裂隙水渗流，以淋雨状出水为主。由于隧道区软弱围岩数量较多，给施工带来了很大困难，特别是软弱围岩段初期支护施工前期出现问题，成为本隧道施工的重点和难点。

2 软弱围岩隧道初期支护施工质量控制

2.1 初期支护施工存在的主要问题及原因

从前期施工情况来看，本隧道软弱围岩段初期支护施工质量不能满足设计要求，存在的主要问题如下：

2.1.1 超前小导管施工不到位

主要表现在超前小导管外插角过大，未注浆或注浆不足等。

2.1.2 锚杆支护不符合设计要求

主要表现在锚杆数量、长度、外插角不符合设计要求;砂浆灌注不饱满、不密实;未设置垫板或垫板与基面不密贴;锚杆锚固力不足等。

2.1.3 钢筋网安装不标准

主要表现在钢筋网未随岩面凹凸敷设;搭接长度不满足规范要求，网格间距超标过大;钢筋网与支撑结构连接不稳固;钢筋保护层厚度不够等。

2.1.4 钢架加工和安装不规范

主要表现在钢架加工精度不高;焊接质量差，型钢钢架对焊和格栅钢架与连接板焊接时无保护措施;焊缝不饱满，电流过大烧主筋;连接板未按设计尺寸施作，孔眼采用焊割成孔，不规则;安装时拼装偏差过大，孔眼未对正，连接螺栓无法安装;钢架安装间距超规范，竖直度不满足规范要求;钢架底部未落到实处，悬空或置于虚渣上等。

2.1.5 喷射混凝土质量问题

主要表现在厚度、强度不足;混凝土开裂、脱落、离层;表面平整度差，混凝土颗粒尖锐粗糙;仰拱端底部积水等。

2.2 初期支护施工质量控制措施

本项目针对以上的问题进行了一系列的防治措施，避免形成质量隐患、病害，以确保隧道初期支护施工质量满足要求。

2.2.1 超前小导管施工不到位的防控措施

（1）本隧道小导管采用50 mm×5 mm热轧无缝钢管，每根长4.5 m，在前部管壁按梅花形布置溢流孔，孔径为8 mm，孔距为15 cm，前端做成尖锥形，以方便插入已钻好的导管孔[2]。小导管尾部长度1 m处不钻孔作为止浆段，并在尾端焊接6.5 mm钢筋加劲箍，防止施工时导管尾端变形。

（2）以槽钢或角钢制作的施工台架作为施工平台，人工使用风枪钻孔。施作前先在掌子面喷一层5 cm厚混凝土作为止浆墙，按设计标出小导管位置，施工时随时用钢尺检查钻孔，以控制外插角在10°～12°。施工顺序从拱两边向拱顶进行，提前预留注浆作业空间，钻孔深度应大于钢管长度。

（3）注浆前应对所有孔口安装止浆塞，注浆顺序从拱两边向拱顶进行，采用注浆机压注注浆材料。注浆材料为水泥净浆液，水泥浆水灰比为1∶1，注浆压力控制在0.5～1.0 MPa以内。注浆前先冲洗管内沉积物，在确认无塌孔和探头石时，方可安装注浆管。

（4）注浆结束时间应采用注浆终压（1.5～2.0 MPa）和注浆量双控制。拱脚的注浆终压应高于拱腰、拱顶，具体数值根据现场试验确定。为确保效果和控制注浆量，注浆量按照孔隙率为0.2计量，实际数量根据现场试验的空隙率计算或实际注浆量为准计量，同时注浆时相对孔眼间隔开，不能连续注浆。注浆时注意修正一次注浆深度和导管长度。超前小导管与围岩间出现间隙时，应采用喷射混凝土填满。

2.2.2 锚杆支护不符合设计要求防控措施

（1）本隧道的V级软弱围岩段采用25 mm中空注浆锚杆，锚杆的抗拔力≥50 kN。Ⅳ级软弱围岩初期支护采用径向22 mm药卷锚杆，杆体采用HRB400螺纹钢筋，锚垫板采用Q235钢板，水泥砂浆≥M30，梅花型布置，锚杆的抗拔力≥80 kN。

（2）使用锚杆钻机钻锚杆孔。钻孔前检查工作面稳定情况，围岩不平时采用M10砂浆填平。根据设计要求定出孔位，并根据岩体节理产状确定锚杆的最佳方向。钻孔应圆而直，孔口岩石整平，并使岩面与钻孔方向垂直，用高压风将孔内杂物吹净，并对锚杆孔间距、深度、角度进行检查。

（3）中空注浆锚杆孔内砂浆应饱满密实，发现不满需拨出重新注浆。水泥浆体强度达到10 MPa后方可上紧垫板螺母。药卷锚杆插入时应注意旋转，使药卷充分搅拌，安设杆体后立即安装垫板并上紧螺母。所有垫板应与基面密贴且连接稳固。

2.2.3 钢筋网安装不标准的防控措施

（1）本隧道采用8 mm钢筋网，网格间距为（20×20）cm，按设计预先在洞外钢构厂加工成型。钢筋网在初喷混凝土后铺挂，铺挂时使钢筋网沿岩面起伏铺设，搭接长度≥30 d且不小于一个网眼尺寸。底层喷射混凝土的厚度为4 cm[3]。

（2）砂土层地段先铺挂钢筋网，沿环向壓紧后再喷混凝土;钢筋网利用风钻气腿顶撑，以便贴近岩面;钢筋网用锚杆或其他固定装置连接牢固，与钢架绑扎时，绑在靠近岩面一侧。

2.2.4 钢架加工和安装不规范的防控措施

（1）本隧道采用Ⅰ25工字钢钢架，纵向间距为50 cm/榀，工字钢间沿纵向用22 mm钢筋连接，纵向连接筋环向间距为1.0 m。工字钢钢架按设计预先在洞外钢构厂加工成型，采用冷弯机加工，加工时根据隧道的开挖方式及设计分段（节）加工。根据衬砌半径及弧长相对应的角度算出弦长、弦高，然后根据相应参数用工字钢加工一个模子，加工时把主筋弯好，再焊接上连接钢筋、箍筋及连接钢板。加工好后在地面进行试拼装，若满足设计要求则运至工作面进行施工，否则需分析原因，解决问题，直至满足设计要求为止。

（2）钢架与连接板连接部位应设置U形筋帮焊以确保焊缝长度足够，连接钢板规格尺寸应满足设计要求，连接钢板上螺栓孔应≥4个。应采用冲压或铣切成孔，并清除毛刺，不得采用氧焊烧孔。

（3）安装前分批检查验收加工质量。钢拱架与岩面间安设鞍形混凝土垫块，确保岩面与钢架密贴、牢固。型钢钢架及时安装，钢架与围岩之间喷射混凝土厚度≥4 cm，安装完毕后立即喷射混凝土将其完全覆盖。循环地开挖，型钢钢架之间用22 mm的钢筋连接。上部钢架落脚基础部位必须在清除虚渣后将钢架脚部钢板安放在密实基岩上或临时使用纵向槽钢垫底（基础承载力不足时）。

2.2.5 喷射混凝土存在质量问题的防控措施

（1）本隧道喷射混凝土采用C25混凝土，喷射混凝土原材料检测合格后才能使用，严格控制拌和物的水灰比，喷射混凝土拌和物应无离析和泌水，粘聚性好。喷射过程中应及时检查混凝土的回弹率和实际配合比，确保喷层表面平整光滑。

（2）喷射作业前检查喷射断面净空尺寸，对喷射面进行清理，设置控制喷射混凝土厚度的标志。喷射作业时喷射速度要适当，喷嘴和喷射面保持适当距离，喷射角度与喷射面垂直，注意控制喷射厚度，并保持喷层厚度均匀。喷射完成后检查喷射混凝土与岩面粘结情况，并测量其厚度和平整度。混凝土表面应平整，无空鼓、裂缝。

3 施工效果

本隧道在软弱围岩段初期支护施工过程中，及时对前期出现的质量问题进行分析研究，并针对性地采取一系列质量控制措施，有效地解决前期出现的问题，大大提高隧道初期支护的质量，平安渡过了软弱围岩段，缩短了隧道施工工期，减少了人员的投入，产生较好的经济效益，受到监理单位、建设单位等的肯定。同时，也为项目施工安全质量提供了保障，加快了施工进度，确保了年度计划的完成。

4 结语

综上，本隧道采取的复杂环境下软弱围岩隧道初期支护施工质量控制措施，有效地解决了在初期支护施工中存在的超前小导管施工不到位、锚杆支护不符合设计要求、钢筋网安装不标准、钢架加工和安装不规范等施工问题，不但能够提升初期支护施工的效率和质量，而且整体效果也比较突出，对今后复杂环境下软弱围岩隧道施工有很好的参考、借鉴作用。

参考文献：

[1]姜春亮.软弱围岩浅埋隧道施工方法探究[J].交通世界，2020（10）：70-71.

[2]甘成功.隧道初期支护施工技术浅探[J].绿色环保建材，2019（1）：139，142.

[3]姜 萍.公路隧道初期支护质量保证技术措施[J].交通世界，2017（Z1）：93-94.