那現隧道超前支護結構穩定性的分析

　　那現隧道位于凌云縣泗城鎮，巖體由Ⅳ級圍巖與Ⅴ級圍巖交叉構成，土體松散易破碎，隧道施工難度大。現階段，超前支護作為隧道重要的支護之一，應用于全國各個隧道，陳崢等人[1]利用模型試驗對比分析超前支護參數對隧道穩定性的影響，對設計應用有重大意義，本文就那現隧道的超前支護做分析描述。
　　1   工程概況與洞身圍巖等級特性分析
　　1.1 工程概況
　　那現隧道位于凌云縣泗城鎮，左線：KD121+808～KD122+040，全長232m，最大埋深約58.4m;右線：KC121+816～KC124+015，全長199m，最大埋深61.9m。隧道出口端自然斜坡坡度30°～45°，斜坡表面為第四系地層覆蓋，未見基巖出露，山體上植被較發育;洞口位于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩定的狀態。隧道區為第四系殘積黏土，下伏基巖為三疊系泥質粉砂巖。
　　1.2 洞身圍巖等級分析
　　V級圍巖長271m，占隧道全長62.9%;IV級圍巖長160m，占隧道37.1%。
　　IV級圍巖巖石較軟弱，并且裂縫較堅硬。V級圍巖具有易破碎，極軟弱且易發生圍巖變形的特點，是為軟弱圍巖，多數為破碎帶、全風化帶[2]。
　　2   現存問題
　　隧道入口段主要由強風化泥質粉砂巖夾砂巖組成，巖體極易破碎，呈碎裂狀態結構，為Ⅴ級圍巖。在開挖過程中，圍巖的穩定性差，巖層較緩。隧道穿越的丘陵山體斜坡坡度較大，地勢相對較高，坡上無相對封閉匯水地形，大氣降水主要呈片流、面流形式迅速向山下排泄，補給源難以維持不斷，因此水量不大，經勘探地下水位標高，低于隧道開挖底部標高，受地下水影響較小，主要為基巖裂隙水，開挖中主要呈潮濕、點滴狀為主，在強降雨后局部可能出現短暫的淋雨狀。隧址地下水沿風化裂縫和巖層層面的作用會降低圍巖穩定性，中風化砂巖總體上屬較硬巖，局部夾薄層泥巖致其強度降低，影響穩定性。由強風化巖層等組成的圍巖具有強度較高、破碎圍巖和穩定性差的特點。
　　3   解決措施
　　超前支護是隧道施工的重要工序之一，合理應用超前支護可以解決隧道開挖時圍巖軟弱破碎問題。采用超前支護技術，使用分階段開挖和應用復合支撐系統（由巖石錨桿和鋼筋混凝土構成）是防止隧道圍巖坍塌的實用方法，并避免了在施工進行期間形成下沉孔，適用于在隧道的軟弱圍巖中進行施工。超前管棚技術應用廣泛，多應用于洞口開挖前的準備，超前小導管主要用于開挖掌子面前的準備工作，具有加固巖體、防止圍巖變形的作用，而超前錨桿的使用會使得圍巖受力狀態改變，巖體更加穩定。下面主要應用這3種方式解決隧道開挖的圍巖穩定問題。
　　3.1 超前長管棚
　　那現隧道圍巖為V級圍巖與IV級圍巖交錯，圍巖穩定性極差。通過討論研究，可以使用超前管棚注漿支護，可以更好地控制圍巖的穩定性[3]。 　　將超前管棚設置在洞口，通過注漿改善圍巖自身的承載能力，提高巖體對結構彈性抗力，改善受力條件。采用Φ108*6mm@40cm長28m管棚施工，套拱采用70cm厚C30鋼架砼寬度2m。
　　隧道出口處管棚長度為16m，使用熱軋無縫鋼管制成，φ108mm，壁厚6mm，節長3m、6m。管棚環向間距0.4m，共43根，外插角1°～3°。鋼管的周壁鉆注，孔徑15mm，孔間距30cm，呈梅花形布置。注漿材料采用1：1水泥漿（添加水泥漿液體積5%的水玻璃），水玻璃濃度：35°Bé，水玻璃模數：2.4，注漿壓力為初壓0.5～1.0MPa[4]，終壓2.0MPa，根據現場具體施工條件調整漿料配合比與注漿壓力，以提高管棚的剛度和強度。注漿完成后，及時清理管內漿料，并用M30水泥砂漿緊密充填[5]。
　　工藝要求：
　　（1）因那現隧道出口管棚長度適中，為防止管孔鉆進時因鉆桿較長較重侵入開挖輪廓，拱部管棚外插角采用2°定向，在施工作業套拱時，預埋導向管的外部導向角安裝按2°。
　　（2）鋼管接頭使用φ102×6mm套絲鋼管連接，長度為30cm，絲扣長30cm，鋼管用特用的管床上加工好絲扣，在棚管四周鉆φ15mm出漿孔，方便進入孔縫，管棚末端4.5m是止漿段，此段不鉆孔。
　　（3）使用潛孔鉆進行管棚鉆孔，先鉆奇數孔管棚，在奇數孔管棚鉆好，安裝注漿完成后，再進行偶數孔管棚施工，用來方便檢查奇數孔位注漿的效果。在鉆孔過程中，通過使用測斜儀量測鉆進的偏斜度，便以精確控制鉆孔機的軸向，從而使鉆機以2°的外插角前進。在每一個鉆孔完成后，立即清空鉆孔同時安裝鋼花管，管棚在頂到位置后，鋼花管與導向管之間的空隙用速凝水泥及浸油麻筋堵塞嚴密，防止壓漿時水泥漿冒出。
　　（4）管棚注漿材料采用1：1水泥漿（添加水泥漿液體積5%的水玻璃），水玻璃濃度：35°Bé，水玻璃模數：2.4，注漿壓力為初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa，根據現場具體施工條件天正漿料配合比與注漿壓力，用來提高管鵬鵬的剛度和強度，在注漿結束后，及時清理管內漿料，并用M30水泥砂漿緊密充填。在注漿前，檢查注漿設備，同時確保有備用注漿機。注漿壓力表校準要在注漿前完成。
　　（5）在施工作業過程中，及時做出鉆孔地質的記錄和注漿記錄。
　　3.2 超前小導管
　　在軟弱破碎圍巖的施工過程中，施作小導管要保持一定入射角度。使用專門的注漿設備來配置注漿材料， 然后使用小導管將漿料注入到軟弱破碎地層中。
　　設置在V級圍巖深埋段，無管棚支護、破碎帶、IV級圍巖淺埋段及IV級。
　　緊急停車帶地段，采用Φ42*4mm無縫鋼管。環向間距40cm，縱向間距240cm，破碎帶處雙層導管，環向40cm，縱向200cm。
　　那現隧道出口端超前支護為短隧道主洞分離式襯砌（Ⅴ級圍巖淺埋偏壓及洞口段）支護類型。超前支護采用熱軋無縫鋼管，鋼管外徑Φ42mm，壁厚為4mm，每環總根數為43根，圓周間距40cm，單根長度400cm，縱向間距240cm，搭接部分120cm，在管壁周圍鉆6mm注漿孔，縱距15cm，梅花型布置。注漿漿液425水泥漿，水灰比1：1，注漿壓力0.5～1.0MPa[6]，終壓2.0MPa。
　　超前小導管穿過后方鋼架腹部，搭在前方巖體上。鋼架腹部提前開孔，開孔孔徑50mm。鉆孔前在掌子面上按導管定向角度要求描好鉆進點，鉆桿從后一榀鋼架預留孔穿過鉆孔，鉆孔完成后安裝超前導管。每鉆完一個鉆孔時，安裝此鉆孔，并在安裝完成后進行注漿。注漿前用錨固劑對孔口進行封堵，導管尾端安裝注漿閥，防止漿液滲漏，注漿不飽滿。注漿設備、壓力表等狀況在注漿前檢查，將壓力表進行校準以便于注漿壓力的控制。
　　3.3 超前錨桿
　　在那現隧道的開挖掘進時，通過Ⅳ級圍巖的深埋區，圍巖受力不穩定，將使用超前錨桿，超前錨桿將設置在IV圍巖的深埋地段，采用Φ22藥卷錨桿，設置范圍為環向45cm，拱部120°。在錨桿施工時，錨桿的方向由巖體的結構面產狀決定，以盡可能的使錨桿穿過更多的結構面為原則，外插入角為10°～15°[7]，縱向2m，前后錨桿的搭接長度不小于1m。
　　結語
　　該文主要分析描述了那現隧道的超前支護，隧道穿越軟弱圍巖時，開挖擾動會引起較大的圍巖變形。超前長管棚的應用可以更好的控制圍巖的穩定性，通過注漿提高圍巖的承載力，提高了洞口圍巖的穩定性。而超前小導管可以確保在軟弱圍巖開挖時掌子面的穩定。超前錨桿改變了圍巖的受力狀態，能提高圍巖的整體承載力， 可避免發生滑移、坍塌事故[8]。那現隧道采用的超前管棚、超前小導管等的超前支護措施，有效的保證隧道施工的安全。