那现隧道位于凌云县泗城镇,岩体由ⅳ级围岩与ⅴ级围岩交叉构成,土体松散易破碎,隧道施工难度大。现阶段,超前支护作为隧道重要的支护之一,应用于全国各个隧道,陈峥等人[1]利用模型试验对比分析超前支护参数对隧道稳定性的影响,对设计应用有重大意义,本文就那现隧道的超前支护做分析描述。
1 工程概况与洞身围岩等级特性分析
1.1 工程概况
那现隧道位于凌云县泗城镇,左线:kd121 808~kd122 040,全长232m,最大埋深约58.4m;右线:kc121 816~kc124 015,全长199m,最大埋深61.9m。隧道出口端自然斜坡坡度30°~45°,斜坡表面为第四系地层覆盖,未见基岩出露,山体上植被较发育;洞口位于山前斜坡地带,山坡处于基本稳定的状态。隧道区为第四系残积黏土,下伏基岩为三叠系泥质粉砂岩。
1.2 洞身围岩等级分析
v级围岩长271m,占隧道全长62.9%;iv级围岩长160m,占隧道37.1%。
iv级围岩岩石较软弱,并且裂缝较坚硬。v级围岩具有易破碎,极软弱且易发生围岩变形的特点,是为软弱围岩,多数为破碎带、全风化带[2]。
2 现存问题
隧道入口段主要由强风化泥质粉砂岩夹砂岩组成,岩体极易破碎,呈碎裂状态结构,为ⅴ级围岩。在开挖过程中,围岩的稳定性差,岩层较缓。隧道穿越的丘陵山体斜坡坡度较大,地势相对较高,坡上无相对封闭汇水地形,大气降水主要呈片流、面流形式迅速向山下排泄,补给源难以维持不断,因此水量不大,经勘探地下水位标高,低于隧道开挖底部标高,受地下水影响较小,主要为基岩裂隙水,开挖中主要呈潮湿、点滴状为主,在强降雨后局部可能出现短暂的淋雨状。隧址地下水沿风化裂缝和岩层层面的作用会降低围岩稳定性,中风化砂岩总体上属较硬岩,局部夹薄层泥岩致其强度降低,影响稳定性。由强风化岩层等组成的围岩具有强度较高、破碎围岩和稳定性差的特点。
3 解决措施
超前支护是隧道施工的重要工序之一,合理应用超前支护可以解决隧道开挖时围岩软弱破碎问题。采用超前支护技术,使用分阶段开挖和应用复合支撑系统(由岩石锚杆和钢筋混凝土构成)是防止隧道围岩坍塌的实用方法,并避免了在施工进行期间形成下沉孔,适用于在隧道的软弱围岩中进行施工。超前管棚技术应用广泛,多应用于洞口开挖前的准备,超前小导管主要用于开挖掌子面前的准备工作,具有加固岩体、防止围岩变形的作用,而超前锚杆的使用会使得围岩受力状态改变,岩体更加稳定。下面主要应用这3种方式解决隧道开挖的围岩稳定问题。
3.1 超前长管棚
那现隧道围岩为v级围岩与iv级围岩交错,围岩稳定性极差。通过讨论研究,可以使用超前管棚注浆支护,可以更好地控制围岩的稳定性[3]。 将超前管棚设置在洞口,通过注浆改善围岩自身的承载能力,提高岩体对结构弹性抗力,改善受力条件。采用φ108*6mm@40cm长28m管棚施工,套拱采用70cm厚c30钢架砼宽度2m。
隧道出口处管棚长度为16m,使用热轧无缝钢管制成,φ108mm,壁厚6mm,节长3m、6m。管棚环向间距0.4m,共43根,外插角1°~3°。钢管的周壁钻注,孔径15mm,孔间距30cm,呈梅花形布置。注浆材料采用1:1水泥浆(添加水泥浆液体积5%的水玻璃),水玻璃浓度:35°bé,水玻璃模数:2.4,注浆压力为初压0.5~1.0mpa[4],终压2.0mpa,根据现场具体施工条件调整浆料配合比与注浆压力,以提高管棚的刚度和强度。注浆完成后,及时清理管内浆料,并用m30水泥砂浆紧密充填[5]。
工艺要求:
(1)因那现隧道出口管棚长度适中,为防止管孔钻进时因钻杆较长较重侵入开挖轮廓,拱部管棚外插角采用2°定向,在施工作业套拱时,预埋导向管的外部导向角安装按2°。
(2)钢管接头使用φ102×6mm套丝钢管连接,长度为30cm,丝扣长30cm,钢管用特用的管床上加工好丝扣,在棚管四周钻φ15mm出浆孔,方便进入孔缝,管棚末端4.5m是止浆段,此段不钻孔。
(3)使用潜孔钻进行管棚钻孔,先钻奇数孔管棚,在奇数孔管棚钻好,安装注浆完成后,再进行偶数孔管棚施工,用来方便检查奇数孔位注浆的效果。在钻孔过程中,通过使用测斜仪量测钻进的偏斜度,便以精确控制钻孔机的轴向,从而使钻机以2°的外插角前进。在每一个钻孔完成后,立即清空钻孔同时安装钢花管,管棚在顶到位置后,钢花管与导向管之间的空隙用速凝水泥及浸油麻筋堵塞严密,防止压浆时水泥浆冒出。
(4)管棚注浆材料采用1:1水泥浆(添加水泥浆液体积5%的水玻璃),水玻璃浓度:35°bé,水玻璃模数:2.4,注浆压力为初压0.5~1.0mpa,终压2.0mpa,根据现场具体施工条件天正浆料配合比与注浆压力,用来提高管鹏鹏的刚度和强度,在注浆结束后,及时清理管内浆料,并用m30水泥砂浆紧密充填。在注浆前,检查注浆设备,同时确保有备用注浆机。注浆压力表校准要在注浆前完成。
(5)在施工作业过程中,及时做出钻孔地质的记录和注浆记录。
3.2 超前小导管
在软弱破碎围岩的施工过程中,施作小导管要保持一定入射角度。使用专门的注浆设备来配置注浆材料, 然后使用小导管将浆料注入到软弱破碎地层中。
设置在v级围岩深埋段,无管棚支护、破碎带、iv级围岩浅埋段及iv級。
紧急停车带地段,采用φ42*4mm无缝钢管。环向间距40cm,纵向间距240cm,破碎带处双层导管,环向40cm,纵向200cm。
那现隧道出口端超前支护为短隧道主洞分离式衬砌(ⅴ级围岩浅埋偏压及洞口段)支护类型。超前支护采用热轧无缝钢管,钢管外径φ42mm,壁厚为4mm,每环总根数为43根,圆周间距40cm,单根长度400cm,纵向间距240cm,搭接部分120cm,在管壁周围钻6mm注浆孔,纵距15cm,梅花型布置。注浆浆液425水泥浆,水灰比1:1,注浆压力0.5~1.0mpa[6],终压2.0mpa。
超前小导管穿过后方钢架腹部,搭在前方岩体上。钢架腹部提前开孔,开孔孔径50mm。钻孔前在掌子面上按导管定向角度要求描好钻进点,钻杆从后一榀钢架预留孔穿过钻孔,钻孔完成后安装超前导管。每钻完一个钻孔时,安装此钻孔,并在安装完成后进行注浆。注浆前用锚固剂对孔口进行封堵,导管尾端安装注浆阀,防止浆液渗漏,注浆不饱满。注浆设备、压力表等状况在注浆前检查,将压力表进行校准以便于注浆压力的控制。
3.3 超前锚杆
在那现隧道的开挖掘进时,通过ⅳ级围岩的深埋区,围岩受力不稳定,将使用超前锚杆,超前锚杆将设置在iv围岩的深埋地段,采用φ22药卷锚杆,设置范围为环向45cm,拱部120°。在锚杆施工时,锚杆的方向由岩体的结构面产状决定,以尽可能的使锚杆穿过更多的结构面为原则,外插入角为10°~15°[7],纵向2m,前后锚杆的搭接长度不小于1m。
结语
该文主要分析描述了那现隧道的超前支护,隧道穿越软弱围岩时,开挖扰动会引起较大的围岩变形。超前长管棚的应用可以更好的控制围岩的稳定性,通过注浆提高围岩的承载力,提高了洞口围岩的稳定性。而超前小导管可以确保在软弱围岩开挖时掌子面的稳定。超前锚杆改变了围岩的受力状态,能提高围岩的整体承载力, 可避免发生滑移、坍塌事故[8]。那现隧道采用的超前管棚、超前小导管等的超前支护措施,有效的保证隧道施工的安全。