东江超前支护在东江源三号隧道施工中运用

摘 要：在隧道施工中，因受多种因素影响塌方较为常见，处理不当，严重影响施工质量、进度和安全。本文归纳了隧道塌方产生的原因，并结合东江源三号隧道的实际情况阐述了预防塌方的综合处理方法和相关工艺，提出了用长管棚、小导管注浆及锚杆超前支护的综合应用。
关键词：超前支护；隧道施工
Abstract: In the construction of the tunnel, due to many factors in common, improper handling, seriously affect the construction quality, progress and security. This paper summarizes the causes of tunnel collapse generated, actual situation and combining the Dongjiang source No. three tunnel elaborated the comprehensive treatments to prevent collapse and related technology, the long pipe roof, all duct grouting and anchor support advanced applications.
Key words: advanced support in tunnel construction;
中图分类号：TL372+.3
1 东江源三号隧道工程概况
东江源三号隧道是寻乌（赣闽界）至全南高速公路寻乌至信丰段一期土建工程项目。本隧道为分离式长隧道，左幅隧道起讫桩号为ZK35+140—ZK37+225，全长2115米，右幅隧道起讫桩号为K35+138—K37+336，全长2198米。该隧道左幅分界桩号为ZK36+100，右幅隧道分界桩号为K36+100，分界桩号往寻乌方向属A6合同段。隧道进口段左右幅平面线形均位于直线上，中间段及出口段均位于R=3000米的圆曲线上。左幅隧道进口段为上坡，纵坡为1.4%，出口段为下坡，纵坡为-0.8%，右幅隧道为上坡，纵坡为1.372%。在隧道的进、出口设置了一段明洞衬砌。

2 隧道塌方产生的原因分析

隧道施工的危险性和复杂性很大，任何失误都可能造成重大的损失。隧道塌方产生的因素也是多方面的，其中包括地质因素，人为因素和设计因素。

2.1 地质因素

(1)不良地质造成的塌方：风化变质岩体，裂隙发育岩体，崩塌岩堆地区，断层带，溶洞，滑坡，泥石流，膨胀性地层等。
(2)地下水造成的塌方：在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳和塌落，软弱滑动面在地下水的作用下，岩石强度降低，使结构面的抗剪强度减小，导致塌方。
(3)地压造成的塌方：偏压，塑性地压，滑坡及高地应力区等。

2.2人为因素

施工人员忽视围岩细微变形，对不良地质段没有采取合理的开挖方法或支护不及时，开挖时，爆破对围岩的扰动过大，开挖后令围岩暴露时间过长，风化程度加剧。

2.3 设计因素

设计时，没有对隧道所在区的地质情况进行详细的勘察，对地质情况了解不清，地质资料不详细对可能的断层、富水、岩爆、瓦斯等不良情况估计不足。对地质条件把握不准确和不充分是造成隧道塌方的重要原因之一。

3 超前支护在本隧道中的应用

3.1 地质、地形概况

本隧道的左、右幅进、出端洞口围岩均为Ⅴ级，岩性为强风化花岗岩。受风化作用的影响，节理裂隙发育，结构松散，微张型裂隙较多，并有泥质充填，地表覆盖层松软破碎，洞口围岩的不稳定性在施工过程中极易产生边、仰坡坍塌和滑坡，尤其在雨季施工时造成水土流失的可能性较大。
隧道区位于侵蚀低山地貌区，山岭呈南北走向，山坡上陡下缓，最陡处坡角有60°，山顶海拔在777米左右，最大切割深度大约为150米，山上植被以茅草、松树居多，次以橙树、毛竹等，山坡处于稳定状态。隧道在地震区划上处于余干—南城—会昌—寻乌地震活动带和全南—定南—寻乌地震活动带内，根据“中国地震震动峰值加速度区划（江西部分）及《中国地震震动反应谱特征周期区划图》，路线走廊带震动峰值加速度为0.1g，反应谱特征周期为0.35s，对照地震基本烈度为Ⅶ度。

3.2 施工方法

根据现场实际情况，按照设计图纸的要求及结合其他隧道施工经验，认为较为合理的施工方法是采用超前支护措施：先采用长管棚超前预注浆，结合超前注浆小导管及超前锚杆对洞口段进行固结处理，再进行开挖。进洞后应及时采用超前锚杆加固，从而保证洞身施工的顺利进行。本隧道跨度大，净空高，施工难度很大，为保证施工安全，确保质量和工期，采取了超前长管棚、超前小导管及超前锚杆等施工措施与初期支护配合，从而保证了施工的顺利进行（图1）。
图1洞口施工示意图
(1) 管棚施工。
1) 混凝土导拱施工方法：用混凝土套拱作为超前长管棚导向墙，洞口开挖至成洞面后，先停止开挖，进行成洞面临时支护，并整平地面，在其上搭设管棚施工平台。进洞口段明洞施工完毕后，采用长管棚作为超前支护。在洞外衬砌外缘施作235级钢拱架混凝土套拱(厚70cm，宽200cm)，套拱内按间距60cm埋设4榀20a工字钢拱架，管棚的孔口管用d≥25钢筋固定在钢拱架，对称浇筑套拱混凝土。
2) 管棚施工方法:用地质钻机钻孔后用高压水或高压风清孔；管棚钢管采用φ108×6mm热轧无缝钢管加工制作, 环向间距40cm，每根管棚的接头用15cm的丝扣直接对接，φ102×6mm套丝钢管长30cm，分别套在两根钢管的端头。采用钻机逐根顶进接长安装,管棚内采用水泥砂浆注浆。
(2) 超前小导管施工
在隧道开挖前，采用风钻钻孔、高压风清孔之后，将小导管放入孔内，小导管布置沿隧道开挖轮廓线向外倾斜，外插角按设计要求为10°～15°，小导管搭接的水平投影长度一般不宜小于1.0m，环向间距根据设计取40cm；管内注入水泥浆液。将预先弯制好的工字钢支垫于小导管之下，并在拱脚处用锁脚锚杆锁定。人工配合风镐开挖上导坑，开挖完成后及时将临空面喷射混凝土封闭，然后打系统锚杆、挂网、安装工字钢格栅、再次喷射混凝土封闭。待上导坑掘进一段距离后，下导坑拉中槽、错槽开马口，并将临空面及时喷射混凝土后安装系统锚杆、挂网、安放边墙工字钢并与拱部工字钢连接后

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再次喷射混凝土封闭。这样超前小导管与工字钢共同组成预支护系统，支撑和加固自稳能力极低的围岩，喷射的混凝土将不连续的岩层层面胶结起来，并产生楔形效应而增加岩块间的摩擦系数，防止岩块沿软弱面滑移。
(3) 超前锚杆施工
本隧道中采用Ф22超前药卷锚杆，长3．5m，布设间距为200×40cm（纵×环），两排超前锚杆纵向应保持1m的搭接长度，外倾角10o～20o。锚杆由Ф22螺纹钢筋外加药卷锚固剂组成。超前锚杆采用钻孔打入法，其安设方法步骤如下：
1)用YT28气腿式风动凿岩机打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔；