高速铁路隧道工程开挖支护的施工要点解析

高速铁路隧道工程开挖支护的施工要点解析

朱丽军

中铁十一局集团第二工程有限公司湖北十堰442013

摘要：近年来，随着铁路工程建设规模不断扩大，对工程施工有了更高的要求。隧道工程，尤其是长大铁路隧道工程通常是整个线路的关键环节，其施工工期相对较长，施工工艺复杂。本文依托某软弱围岩隧道工程，详细描述了软弱围岩的地质特征、地质构造和水文地质特征等，总结出隧道软弱围岩为薄层状炭质板岩，岩体破碎，呈条状、块状结构，部分地段成泥状，节理裂隙发育，渗水较大，易沿结构面塌坍、掉块，岩石抗压强度低等特征。鉴于此，本文主要分析高速铁路隧道工程开挖支护的施工要点。

关键词：高速铁路隧道；开挖支护；施工要点

1、隧道开挖支护环节常用的支护器具

1.1、钢架

在隧道施工时，破碎的围岩稳定性差，为确保施工安全需对围岩进行加固，常用的支护方法就是安装钢架，使围岩与钢架紧密连接，同时对两者之间的空隙采取楔形预制块固定，以提高围岩的稳定性，确保施工顺利开展。

1.2、锚杆

在隧道开挖支护时，锚杆是支护中不可或缺的一种工具。锚杆的种类较多，如砂浆锚杆、中空锚杆等。使用锚杆支护主要起到局部加固、悬吊的作用，进而在岩层上稳定破碎岩块，起到组合梁、组合拱等作用，使层状岩层有效连接。

1.3、超前小导管

加工42mm×3．5mm规格的无缝钢管，其长度达到3m～5m，导管前端加工成尖锥状；导管布置距离为15cm，梅花形注浆孔，孔径7mm。超前小导管主要用于砂层段的隧道支护以及弱破碎带支护、砂卵石段预支护等。

2、高速铁路隧道工程开挖施工要点

2.1、明挖施工

施工前由测量员根据设计图纸进行放线，人工配合机械清除地表。完成后洞口及明洞采取分层开挖施工。土方直接用挖掘机开挖，石方先采用液压钻机造孔，梯段爆破，设计边线进行预裂爆破。隧道明挖石方段采用梯段爆破，实施小型松动控制爆破，边坡采用预裂爆破，预裂孔一次成形，爆破孔采用分层梯段爆破，分层高度为6m，预裂孔采用潜孔钻机钻孔，爆破孔采用液压钻钻孔。

2.2、洞身段施工

（1）台阶法施工

上下台阶开挖均采用手风钻钻孔，上台阶开挖二级楔型掏槽，毫秒微差光面爆破。上台阶由挖掘机翻土，下台阶由装载机装土，自卸汽车运土。施工中合理调整工序，实行“钻爆、装土、运输”机械化一条龙作业。隧道开挖后及时施作初期支护，下半断面开挖后仰拱紧跟。台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进的施工方法。

（2）三台阶七步开挖法施工

在三个台阶上分七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩小作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法。

如下图所示：

施工流程如下：1、利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；弱爆破开挖①部，同时，每循环进尺一次，掌子面喷5cm厚混凝土封闭；分部施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，钻设系统锚杆，型钢钢架安装，钢筋网片安装后复喷混凝土至设计厚度。2、在滞后于①部一段距离后，弱爆破左右交错开挖②、③部；喷5cm厚混凝土封闭掌子面；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，钻设系统锚杆，型钢钢架安装，钢筋网片安装后复喷混凝土至设计厚度。3、在滞后于③部一段距离后，弱爆破左右交错开挖④、⑤部；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，钻设系统锚杆，型钢钢架安装，钢筋网片安装后复喷混凝土至设计厚度。4、分台阶开挖⑥部。5、开挖⑦部；隧底周边部分初喷4cm厚混凝土，钻设系统锚杆，型钢钢架安装，钢筋网片安装后复喷混凝土至设计厚度。

3、隧道施工开挖技术

3.1、超前支护

隧道开挖前需做超前支护，软弱围岩区域采用密排注浆小导管加固围岩，隧道进洞前采用大管棚、进洞后采用中管棚做超前支护。大管棚施工时需设置2榀I25b型钢拱架，间距60m，拱顶覆盖间距20cm的Φ8mm钢筋网片，大管棚采用Φ108×6mm热轧无缝钢管。中管棚采用Φ70×5mm热轧无缝钢管，每环长10m，环向间距0.4m，外插角3～5°；中管棚表面钻有Φ10mm注浆孔，间距14cm，

小导管采用Φ42×3.5mm热轧无缝钢管，长3.5m，环向间距0.33m，纵向与钢架交错布置，外插角10～15°；小导管表面钻有Φ6mm注浆孔，间距20～30cm，注浆选用水灰比0.5的水泥浆；隧道开挖后及时施工喷锚支护、安装钢架，并将小导管端部与钢拱架焊接形成整体。

3.2、初期支护

初期支护时，围岩拱部采用Φ25mm中空锚杆，单根抗拉承载力不小于180kN，边墙采用Φ22mm砂浆锚杆，砂浆强度等级不低于M20，锚杆端部均设置160×160×16mm钢垫板。支护施工流程为：①钻孔由凿岩机钻至设计深度，清除孔内及锚杆中杂物，安装锚杆、垫板及止浆塞；②注浆采用水灰比为0.45～0.5的水泥浆或M20水泥砂浆，由注浆泵向锚杆内连续注浆。

为增强锚杆的整体性，需将锚杆端部与钢架焊接。钢架由钢构厂预制，按设计图纸放样，根据工艺要求预留加工余量，焊接时由钢架两边对称焊接以防变形过大。为保证钢架与地基可靠连接，开挖时在钢架撑脚部位预留0.15～0.2m基岩，并预先埋设定位钢筋，定位钢筋锚固长度0.5～1m；钢架采用16mm厚钢板连接，上、中、下台阶各单元连接板采用4个螺栓连接，仰拱与下台阶连接钢板采用8个螺栓连接，同时将钢架与锚杆焊接在一起，并沿钢架设Φ22mm纵向连接钢筋以增强其整体性。

3.3、二次衬砌施工

隧道采用复合式二次衬砌，采用全断面衬砌台车施工，泵送方式浇筑二次衬砌混凝土。当隧道断面收敛变化速率小于0.2mm/天、拱顶下沉速率小于0.15mm/天时，围岩变形较稳定后可开始二次衬砌作业。衬砌混凝土每次施工长度9～12m，先浇筑边墙后浇筑拱顶混凝土，由下向上对称浇筑，每次浇筑混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm，混凝土终凝2h后进行洒水养护，养护时间不少于14d。

总之，隧道工程开挖支护属于重要的施工环节，施工技术的有效运用也不断被人们所关注，分析施工技术对于提高支护效果及工程质量有着极为重要的意义。所以，隧道施工必须认识到开挖支护的重要性，对隧道情况进行全方位的了解和掌握后，选择与之相适应的施工技术，针对不同的开挖支护问题，选择合适的支护工具，严格按照支护施工流程、技术工艺等，保障施工质量安全，同时提升隧道整体施工质量。

参考文献：

[1]孙亚朋.超前小导管在隧道开挖过程中支护机理的研究[D].河南工业大学，2016.

[2]朱德武.偏压软岩隧道开挖时空效应及合理支护时机研究[D].重庆大学，2011.