■甘晓霞

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730030）

隧洞初期支护施工要点

■甘晓霞

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730030）

引洮供水一期工程，总干渠6#隧洞龚家寨标段地质条件复杂，施工技术难度大，为加快施工进度，确保安全生产，此工程隧洞初期支护采取了多种施工取得了不错的效果，现根据现场实际情况，提出隧洞初期支护施工要点。

隧洞；初期支护；施工；要点

一、工程概况及工程地质条件

（一）工程概况

引洮供水一期工程位于甘肃省中部，水源为位于甘肃省卓尼县境内的洮河九甸峡水利枢纽。总干渠工程规模为大（2）型，主要建筑物为Ⅱ等工程。

引洮供水一期工程6＃隧洞龚家寨标段桩号范围36+000～39＋900，标段全长3900m，横断面型式为类马蹄形，断面尺寸4.72×4.93m（B×H）, 设计引水流量32m3/s，加大流量36m3/s，设计纵坡1/1500。

（二）引洮6#隧洞龚家寨段工程地质条件

本标段围岩类别为：36+200.0～36+997.0段围岩岩性为白垩系（K1hk4）褐红色泥质粉砂岩、粉细砂质泥岩夹灰绿、灰褐色细砂岩，岩体完整性较差，围岩类别为Ⅴ类围岩；在背、向斜核部（38+613.0～38+668.0段、39+470.0～39+537.0段）围岩类别为Ⅴ类围岩；其余洞段围岩类别均为Ⅳ类围岩。

本标段隧洞洞身段地下水较发育，整个洞身段基本处于滴渗状态，特别是在断层部位有不均匀线状流水，对洞身稳定性及一次支护带来不同程度的难度。

二、初期支护的功能及选择

（一）初期支护的功能

初期支护就是，隧洞采用不同形式的掘进开挖后，受扰动、风化、重力、应力重分布等因素影响，在围岩自稳能力不足时，通过不同形式的支护措施，使围岩处于短中期的稳定状态，称为初期支护。

为了使围岩、初期支护有机成为一个受力整体，发挥其承载功能，同时为了安全生产，初期支护应具有相应的短中期（二次衬砌前）承载功能。初期支护包括喷混凝土、锚杆、钢筋网片、钢拱架等，其基本功能如下：

施工期间控制围岩的变形、掉块、风化、挤出及膨胀；隧洞开挖后与围岩共同构成承载外力的主体结构；覆盖围岩，防止其风化。

因此，隧洞开挖完成后，初期支护发挥了相当重要的作用，施工单位应当引起高度重视。

（二）初期支护的形式选择

根据围岩类型及工程地质条件不同，初期支护主要有以下几种形式：

1.喷混凝土单独应用，基本适用于I类围岩。

2.喷混凝土+随机锚杆，基本适用于Ⅱ类围岩。

3.喷混凝土+钢筋网片+系统锚杆，基本适用于Ⅲ类围岩。

4.喷混凝土+钢筋网片+系统锚杆+钢拱架，基本适用Ⅳ、Ⅴ类围岩。

5.超前支护+喷混凝土+钢筋网片+系统锚杆+钢拱架，基本适用Ⅴ、Ⅵ类围岩。

本工程主要为Ⅳ、Ⅴ类围岩，因此主要选择后三种初期支护方案。

三、初期支护施工方法

（一）初期支护施工工艺

施工工序：超前支护（如需要）→洞身岩面预喷C20砼→打系统锚杆或随机锚杆→挂设钢筋网→架设钢拱架→复喷C20砼至设计厚度。

根据设计图纸及工程建设需要，本隧洞工程开挖采用光面爆破全断面开挖法开挖，运输采用装载机装渣自卸汽车运输。初期喷锚支护，喷射的砼采用湿喷工艺。爆破开挖及初期支护采取24小时不停顿倒班循环作业，以保证工程质量及工期。

（二）超前管棚支护要点

管棚采用Φ48钢管在洞身顶拱按照径向120度、间距30cm布设，每排小管棚穿过靠近掌子面的首榀钢拱架腹板，起到连接作用。每循环开挖后采用加强钢拱架支护，拱架架立间距60～100cm，拱架两侧布设L=2.5m22锁脚锚杆各四根。

1.管棚加工制作。管棚钢管在钢筋加工车间车床上加工好丝扣，钢管丝扣以粗丝为宜。钢管棚四周钻设孔径15mm注浆孔，注浆孔间距15～20cm，呈梅花型布置。管头切割成斜楔形，便于钢管入孔。

2.钻孔。钻机平台用爆破钻机平台台车，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位进行。

隧洞出渣必须保证隧洞底板虚渣清理干净，从而保证钻孔台车安放在稳定的基岩上，防止钻孔时平台发生不均匀沉降、位移、倾斜等情况发生，导致不安全事故及钻孔偏移、卡钻等质量发生。

现场技术人员根据试验所确定技术参数，用红油漆标识管棚施钻位置。风钻支腿必须稳定安放在台车之上，钻杆前进方向应与参数试验确定的方向平行，可以通过水平模型法确定锚杆前进方向。

为了便于安装管棚钢管，钻头直径应采用略大于管棚直径的钻头。

钻进时产生塌孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。

3.清孔验孔。将高压软管管头送至孔底，清孔方向从孔底向孔口方向清理钻渣，防止钻渣堵孔。

用钢尺现场检测孔深，钻孔数量是否达到技术要求，并作好现场检查记录。3.2.4管棚钢管安装

根据隧洞地质围岩条件，当钢管出厂长度达不到技术指标要求时须接长钢管，接长钢管采用套筒丝扣连接。接头断面应满足受力要求，相邻钢管的接头在同一横断面上应相互错开，同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头位置至少应错开1m，从而保证管棚的受力达到要求。

4.管棚注浆。注浆根据现场隧洞地质条件，如裂隙发育较差，岩石不完整时，可以采用水泥砂浆注浆。如施工工期紧张，可以采用纯水泥浆注浆。注浆压力及注浆时间根据围岩类别试验确定，施工时按试验数据执行，特别情况应当重新制定注浆方案。

若注浆量超限且注浆压力无明显变化时，应调整浆液浓度后继续灌浆，确保钢管周围岩体及裂隙充填饱满，达到固结效果。

隧洞管棚注浆先进行两侧底压力孔位的注浆，然后进行中间孔位高压力孔位的注浆，以确定灌浆效果。

管棚注浆施工过程中，多次发生由于孔口堵塞不严密漏浆情况，造成注浆压力不够，注浆不饱满或难以注满。后续的开挖过程中发生围岩剥落，管棚外露，外露管棚无砂浆包裹，致使管棚超前支护效果大打折扣。因此，我们在管棚施做前，喷射一层止浆墙，改善管棚注浆漏浆，注浆终压达到设计要求，后续开挖支护过程中管棚超前支护效果显著。

（三）锚杆制作及安装要点

1.预喷混凝土和锚杆位置放样。钻进前，机械配合人工对危石、松动岩石进行撬挖，首先对开挖面预喷一层素混凝土，主要是为了防止岩石风化，掉块等事故发生，确保作业人员安全。系统锚杆位置放样根据设计图纸要求，用红油漆进行标识，随机锚杆根据开挖后的掌子面对危险性较大的半松动岩块，纵横裂隙断层等特殊危险部位进行标识。系统锚杆孔位偏差应控制在15～50mm。

2.钻孔。第一，锚杆钻孔根据现场所配置的机械设备选定，本工程采用气腿式风钻钻孔；第二，系统锚杆或随机锚杆的钻孔孔位方向应垂直于岩面，不易平行于岩面或裂隙。钻孔深度达到设计要求。对岩石破碎带或裂隙发育段，应根据现场情况加大随机锚杆的长度及密度；锚杆钻孔的钻头直径应大于锚杆直径，若采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径15mm以上，若采用“先安装锚杆后注浆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径25mm以上；钻孔完毕后，检查孔深，孔深合格后用高压风清孔，确保孔内无虚渣。根据图纸及规范要求，锚杆孔深偏差值不大于50mm。

3.锚杆安装。第一，砂浆锚杆安装，清孔合格后，即可灌注水泥砂浆。水泥砂浆配合比由试验室现场确定，一般控制在水泥：砂=1∶1～1∶2之间，同时根据岩石情况作动态调整。灌浆注浆管应插至距孔底50～100mm，随砂浆的灌入缓慢匀速拔出，锚杆插入后若孔口无砂浆溢出，应进行补注，注浆压力不大于0.4Mpa，灌注完水泥砂浆后，即可插入锚杆，锚杆外露20cm以上，以便于锚杆做拉拔试验；第二，锚固剂锚杆安装，浸水型卷式锚固剂，具有操作简便、可靠，凝结时间短等特点，使用时对锚固剂进行浸泡，一般浸泡时间为60～90s。将浸泡后的锚固剂逐条逐次用锚杆或竹杆装入锚杆孔内并保证填实。锚固剂填至孔口后，即可插入锚杆，水泥砂浆锚杆或锚固剂锚杆，在锚固凝结前，均不得敲击、碰撞、振动和拉拔锚杆。

（四）钢拱架支护施工要点

1.钢拱架一般采用I16或I18工字钢作为原材料，制作采用弯拱机分段制作，分段连接采用锚垫板螺栓连接。钢拱架制作完成后，现场拼装，以确保钢拱架不侵占混凝土设计断面要求。

2.钢拱架安装采用装载机配合人工进行。对于Ⅳ、Ⅴ类围岩，拱架间距控制在50～80cm，即在掌子面两侧每50～80cm人工风镐清理虚渣或岩面，保证拱脚支护达到设计高程，拱架安装从下至上分节安装，安装一节锁定一节。特别是在拱架拱脚处两侧各采用四根水泥基药卷锚杆锁脚。各榀拱架之间采用Ф18～Ф22螺纹钢筋焊接连接。 拱架安装完成后，复核断面尺寸，钢支撑应装设在衬砌设计断面以外，严禁超占设计断面。

3.钢拱架安装应定位准确。并与超前管棚、锚杆、钢筋网片、锁脚锚杆焊紧，两榀钢拱间设纵向连接稳定拉杆，环向间距根据地质条件现场控制，连杆与拱架焊接牢固，形成一个整体稳固结构。

4.钢拱架按设计断面尺寸加工，开挖过程中不可避免的存在超挖的随机情况，因此，钢拱架按设计断面架设好后，钢拱架与岩面必然存在超挖间隙，必须用尺寸不等的工字钢或槽钢进行顶支撑，顶支撑必须焊接在钢拱架上，形成整体的支护承载系统。施工中，严禁采用木方等松软材料方式加固顶拱部位的超挖空隙断面。对于侧墙所形成的超挖空隙断面，可以采用浆砌片石、回填同标号砼等方式进行回填衬砌。

5. 喷射混凝土。喷混凝土作为初期支护的基本构件，具有支护速度快、初期强度高、支撑体系稳定，其施工自由、灵活，能够与开挖面形成紧密贴合的结构层，隧洞开挖过后能够立即施工作业，能够为作业人员提供安全保障。

6.分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。

7.喷射混凝土作业时喷嘴应与岩面垂直；喷嘴距岩面距离以0.6～1.2m为宜；喷射时，喷枪呈螺旋形运动。

8.喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间不少于7d；隧道内环境温度低于＋5℃时，不得喷水养护。

9.对于大面积洞段潮湿围岩，喷射现场采用添加速凝剂的方式，以增加喷射混凝土的粘结性、提高混凝土凝结时间，达到快速封闭的目的。另外，禁止使用回弹料。

10.钢筋网施工。在第一层喷射混凝土及锚杆安装、钢拱架施工完毕后，即可进行钢筋网的施工作业。本标段工程，顶拱180度范围喷层中布设Ф6.5×200×200mm钢筋网。

11.初期支护是安全保障。根据现场的经验，初期支护必须与围岩成为一体，才能发挥其功能。这是最重要的施工原则。就是说，无论是喷混凝土，或是采用锚杆、钢拱架支护，都必须与围岩牢固地联系在一起，形成结构体，发挥初期支护作用。这也是对初期支护施工的基本要求。在其间不要留有空隙或空洞。这种空隙或空洞的存在，是隧洞结构物潜在的缺陷，它对隧洞长期运营是有害的。必须在施工中预防处理好该缺陷，不要把因缺陷引起的安全隐患留给隧洞运营单位。这一点，从我们目前的技术水平来看，只要精心施工，技术到位是完全可以做到的。

四、结束语

引洮6#隧洞龚家寨标段，在初期支护施工中根据现场情况，多种初期支护混合使用，联合支护。为隧洞安全生产，运管管理创造了条件，初期支护取得了不错的效果，本文的总结，为其他类似工程施工仅提供参考和经验。

（编辑：魏 翔）

甘晓霞，生于1978年，女，甘肃永登人，工程师，主要从事水利工程现场施工管理工作。