自进式超前锚杆支护在隧道抢险中的应用

自进式超前锚杆支护在隧道抢险中的应用

幸弘宏

（广东省路桥建设发展有限公司广韶分公司改扩建项目管理处  广东省广州市 510620）

摘要：隧道开挖过程中在穿越不良地质地段时经常出现掌子面坍塌、地表开裂、冒顶等险情，直接危及到施工安全。目前普遍对于较大险情采取的措施为洞内增设管棚支护为主的支护形式，但此类支护施工难度大、工期长，并无法保证管棚成孔质量及管长度。本文以高速公路建设项目隧道洞内坍塌抢险处理为例，T76L自进式锚杆代替传统管棚取得了较好的成果，快速、安全通过了坍塌及不良地段，为类似复杂地形条件及洞内抢险处理隧道施工提供了较好的经验，自进式超前锚杆技术具有良好的广泛应用前景。

关键词：自进式锚杆；隧道抢险；施工技术

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1.前言

高速公路建设项目隧道穿过丘陵地貌区，为分离式隧道，左线隧道长1680m，进口端洞门采用明洞式，出口端洞门采用端墙式，坡度-1.991%，隧道最大埋深约127.50m；右线隧道长1657m，进口端洞门采用端墙式，出口端洞门采用端墙式，坡度-2.0％，隧道最大埋深约125.0m。

根据调绘成果，隧址区地层岩性为第四系坡残积粉质粘土、燕山晚期花岗岩、局部穿插 脉体辉长岩及其风化层。坡残积土层、全~强风化岩岩质极软，遇水易软化崩解，中风化层岩 质较硬，微风化层岩质坚硬。

左线塌方冒顶路段位于ZK0+861-ZK1+033段（原设计为XS-Vc,总长172m，左右洞净距约31m），根据地勘（钻孔位置，K1+013.8，左侧10m），物探及地质调绘成果显示，该段主要地质条件为0-5m为碎石（以上为约1m左右淤泥），5-48m为强风化花岗 岩，48m以下为中风化花岗岩，隧道洞身基本位于强风化和中风化花岗岩交界面处。

F10：为隐伏断裂，推测于K1+000（ZK1+059）与拟建线位近45°相交，表现为钻孔揭露 深厚的强风化岩，且强风化岩中具有断层角砾岩构造，岩芯湿水易软化，崩解。

左线塌方冒顶ZK1+057- ZK1+059段埋深约33m（隧道拱顶开挖轮廓线距离原始地表）， 隧道正上方地表为农村公路，该段为约8m左右的填方路基段，农村公路外侧为碎石场，里侧为地表冲沟。

2  塌方原因分析

2.1塌方情况

隧道掌子面围岩由强~中风化花岗岩组成，节理裂隙发育，裂隙内含有泥土和全风化花岗岩，并有裂隙水渗出，水量较大，支护类型为XS-Va。

掌子面开挖至 ZK1+057时，掌子面围岩突变，掌子面拱顶以上范围发生塌方，塌方面积大约10m2，掌子面围岩主要为强风化花岗岩，局部夹全风化岩块，掌子面干燥，有少量裂隙水。

掌子面地表（即农村路砼面板下方）发生沉陷，形成一个空腔，空腔长约8m，宽约8m，高约5m，面积约37m2。

目前隧道出口左洞二衬已施工至ZK1+065，仰拱已经施工至ZK1+011，下台阶已施工至ZK1+093。

图1  洞内掌子面塌方图

2.1塌方原因分析

造成塌方及冒顶的因素众多，原因较为复杂，结合现场实际施工情况，分析发生冒顶及塌方的原因如下：

（1）该段隧道埋深较浅、且位于地表冲沟处，受F10断层影响，地质条件较差，围岩自稳能力较差，由于隧道洞身范围围岩相对较好，施工过程中需要爆破，导致对隧道拱顶以上围岩扰动较大，围岩自稳能力降低，易发生冒顶塌方；

（2）农村道路位于该段地表正上方，受道路影响，该路在施工期间作为施工便道，重车过往较多，重车行驶过程中产生的动荷载对围岩扰动较大，导致隧道拱顶正上方围岩自稳能力降低；

（3）受隧道上方的碎石场影响，一方面隧道弃渣堆载使得该段洞身荷载增大，另一方面，碎石场机械加工引起的械振动也将导致隧道该段的自稳能力降低；

（4）现场的施工操作不当行为，如开挖进尺过大、上台阶开挖高度过高等导致掌子面的临时稳定性降低。

3  监控量测及超前地质预报成果

根据监控量测报告显示，塌方后各监控数据显示均无明显异常，初步判断趋于稳定。 地质超前预报成果：

（1）洞内环向

ZK1+059环向0~10m范围内，无明显的强反射信号，主要为节理裂隙发育信号，推测该段 围岩无明显脱空。

(2)掌子面前方

ZK1+059~ZK1+041推测该段围岩中存在软弱夹层的可能性比较大，岩体破碎，围岩稳定 性差，局部含地下水。

4  塌方处理方案

根据现场塌方实际情况，结合地质超前预报及监控量测成果，按照“稳固后方，加固前 方，上下协同”、同时在确保安全的前提下，综合考虑经济性、施工的难易程度、施工工期等 影响因素，按照塌方段作为特殊处治，拟对该塌方冒顶段分以下几个方面 进行处治；

（1）对塌方段掌子面封闭回填，回填至上台阶，并对塌方体进行喷射砼+小导管注浆进行 封闭及加固，喷射C25砼10cm厚，采用Φ50的小导管，间距1.5*1.5m，单根长5m；

（2）对ZK1+059- ZK1+074（共15m）掌子面后方进行初期支护背后围岩径向加固，采用Φ50注浆小导管，间距100*50cm（环向*纵向），小导管单根长4.5m；

（3）塌方段ZK1+059- ZK1+039采用S-Va的支护参数（考虑到塌方冒顶的纵向影响范围，以及穿越塌方段后按照10m加强过渡的原则，塌方段前方处治范围暂定20m），即初期支护为I22b型钢拱架，间距0.5m；

（4）塌方段ZK1+059- ZK1+039超前辅助措施采用“T76自进式+Φ50小导管”长短相结 合的方法，对塌方段松散体进行超前预加固，T76自进式超前长管棚单根长15m，环向间距35cm， 拱部120°范围布设，Φ50超前注浆小导管纵向1.5m一循环，环向间距35cm，单根长4m。

（5）施工工法建议采用三台阶预留核心土法施工，塌方段处治过程中每一进尺开挖后应 及时对掌子面进行喷射砼，喷射砼厚度约10cm；

（6）为防止塌方进一步扩大和发展，地表采用C20砼对塌腔进行回填处理；

（7）做好地表冲沟的截排水措施，防止地表水通过塌腔下渗到隧道洞内；

图2 T76L锚杆组成图

5  施工技术

1、T76L自进式锚杆长15m，壁厚10mm，环向间距35cm，沿隧道开挖外轮廓线周边以3~5°的外插角打入，两排超前管棚纵向应有不小于2.5m的搭接长度，按12m一环，搭接长度不小于5m。

2、小导管采用Φ50热轧无缝钢管，壁厚5mm，管节长度4m，注浆管口段0.5m范围内钢管不开孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径10mm。施工时钢管沿隧道开挖外轮廓线周边以10~15°的外插角打入岩层中，小导管环向间距为35cm，布置范围为拱部120°。

3、两排超前小导管纵向应有不小于1.0m的搭接长度。

4、超前小导管预注浆地下水丰富地段采用水泥-水玻璃双浆液，地下水贫乏地段采用水泥单液注浆，注浆参数如下：

（1）注浆压力为0.5～1.0MPa；

（2）水泥浆水灰比W/C=1.0；

（3）水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；

（4）水玻璃浓度30波美度，模数为2.4。

5、施工时，当每孔注浆终压达到1.0MPa且注浆量达到设计量的95%以上时，可结束注浆；

6、超前小导管、T76L自进式锚杆端部焊接在钢架上。

7、自进式锚杆工艺流程

（1）锚杆安装：直接钻进安装锚杆；

（2）安装止浆塞、垫板和螺母，临时固定锚杆体；

（3）注浆：采用1：1水泥砂浆，水灰比1：04~1：0.5，砂细度模数大于1.0mm；

（4）浆液灌注饱满，水泥液体强度达到5.0MPa后，拧紧螺母。

8、自进式注浆锚杆质量检测

（1）锚杆材料质量检测：应符合下表相关技术要求；

（2）安装尺寸检测：锚杆位置、方向、钻孔深度、孔径和孔形应符合《公路隧道施工技术规范》要求；

（3）锚杆拉拔力：每300根锚杆至少随机抽样一组（3根），同组锚杆的拉拔力平均值应大于或等于设计锚固力，同组单根锚杆的拉拔力不得低于设计值的90%；

（4）浆液饱满度检测：参照《隧道工程试验检测技术》有关规定执行；

（5）检测方法与频率、其他检测内容按《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）执行。

6  工艺评价

常规使用的长管棚需先钻孔再安装钢管，无法克服孔内坍塌，钢管长度根据地质坚硬最长可达30m，钻孔及安装钢管时间较长，一般使用与洞口与加固；T76L自进式锚杆直接采用锚杆钻孔，无需钻杆拔出后再放管，因此克服了裂隙发育地质及软弱地质条件，可快速完成支护，长度达到设计预制护长度要求，洞口及洞内随机使用，适应性强。

表2 长管棚与T76L自进式锚杆对比表

7  结语

隧道施工中因外部因素特别是地质条件导致变形、坍塌、帽顶等事故，直接影响施工进度，并时刻危机到人身安全及财产损失。T76L自进式锚杆具有施工快速、支护长，适应各类地质条件等优越性，因此对于不良地质及洞内抢险中适应性强，能在最短的时间内支护围岩，保证施工安全。

参考文献：

[1]李蔚蹊.徐升.王维嘉，某新建隧道掌子面拱顶塌方处置技术[J]，四川建材，2019.05.

[2]何玉龙，双层自进式锚杆在碎石堆积体隧道中的应用[J]，公路，2019.01.

[3]杨其海，隧道工程富水段自进式锚杆施工技术[J]，四川水利，2018.08.

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