大型隧道工程中隧道锚的施工及支护优化问题

【摘要】大型隧道工程在施工中具有难度大、技术要求高等特点。大型隧道工程复杂且需严谨，在隧道锚的施工及支护优化上也存在许多不足。本文通过对大型隧道工程中隧道锚的施工及支护优化问题进行研究，旨在提高隧道锚的施工技术。

【关键字】大型隧道工程，隧道锚，施工，支护优化

一、前言

大型隧道工程的施工工程量巨大且又复杂，在进行开发前许多问题需要进一步解决探讨。隧道工程施工前，需进行风险监测和评估；大型隧道工程中隧道锚的施工及支护优化问题也不容忽视。

二、大型隧道工程地质环境条件

1.地质条件复杂，施工技术难度大，现场施工条件差，对工程周边环境和市政设施影响范围的控制要求高，风险因素和风险事件多，发生的概率较大。

2.盾构推进施工风险大，损失后果严重。隧道工程项目周边都是重要筑物和市政公用设施，加上越江隧道建设本身投资比较大，一旦发生事故，往往造成比较严重的损失后果

3.评价指标权重的确定

根据大型泥水盾构进出洞施工各风险事件的权重大小，可以用层次分析法（AHP） 把一个施工工况中同级各个因子两两相互比较（包括因子自身的比较），按重要性大小进行权重标度。上海复兴东路越江隧道工程大型泥水盾构进出洞施工各因子权模糊综合评价模型概述模糊综合评价通过构造等级模糊子集，把反映评价对象的模糊指标进行量化（即确定隶属度），然后，利用模糊变换原理对各指标进行综合运算，得出评价结果。

三、施工监测

1.监测内容

施工期间共设置7项监测内容：围护墙体水平位移（测斜）；围护墙顶垂直沉降及水平位移监测；坑外地下水位监测；支撑轴力监测；立柱点监测；周边建（构）筑物垂直位移及倾斜监测；周边土体地表沉降监测。重要是对围护墙移及地表沉降进行监测。

2.信息化施工

（一）在工作井第5层土开挖时，工作井南侧围护墙有局部渗漏水的现象，且出水量较大，同时监测数据显示坑外地下水位日下降量达30 cm，于是立即要求挖机停止继续向下开挖土方，并在墙身内外采用堵漏补救措施（在渗漏部分的墙身内凿槽，埋设开孔型PE泡沫条和注浆管；用早强水泥封缝，然后压注水溶性聚氨酯堵漏。墙外采用工程钻机钻孔，钻孔深度达到地下连续墙的渗漏处，然后下钻杆实施双液注浆堵漏，注浆范围为渗漏处左右各放宽3 m。双液注浆的配合比为水泥：水玻璃=1：0.5；注浆压力小于0.2 MPa），等监测数据都在报警值范围内。

（二）工作井施工至第6层土，开挖Ⅱ区时，监测Et报显示东侧围护墙体变形明显，El最大位移量达一2.91 mm，最大位移点位于墙顶以下25 m处。针对这种情况，立即组织力量，同步抽槽开挖Ⅳ区的土方，随挖随撑，抓紧安装东西向直撑并施加预应力，同时要求监测单位1天测2次，以便随时掌握基坑变形情况。随着第6道支撑全部安装完毕，墙移趋向于稳定日变化量小于1 mm。经分析是由于Ⅱ区斜撑数量较多，钢牛腿制作焊接间延长，导致基坑曝露时间较长，从而引起该时间段内围护墙移变化量较大，但整个过程其最大累计量及变化速率都在允许范围内。随着中国城市化进程的加快，越来越多的城市投入到地下轨道交通的规划建设当中。地下隧道越来越多，不可避免伴随着重叠交叉隧道的产生，群洞隧道施工的关键技术研究关系着轨道交通的安全问题，因此群洞隧道研究已经成为现代地下工程研究的热点。

四、隧道锚施工关键技术

施工过程中必须采取措施减少对岩体的扰动，保护岩层的完整性，出碴运输系统必须适应洞内大坡道及频繁变坡，减少工序的干扰。

1.掘进施工

首先在锚洞洞口进行工作坑开挖，根据现场地质和岩石强度采用预裂爆破和挖掘机大掘进、人工修整边坡、明槽施工，为保证边坡稳定，边坡坡度根据实地情况确定。

2.掘进方案

在锚洞进洞施工中，优先采用机械掘进，选择YT-28型风动支腿式凿岩设备，两座隧道锚的施工顺序问题，采取左右洞错位掘进施工，左洞为先掘进洞，右洞为后掘进洞，待先掘进洞到底后，再掘进后掘进洞，左侧隧道锚采用上下台阶法分3层掘进方式，上下台阶之间的间距为8--10 m。为了减少对围岩的扰动和减少超挖，采用了控制爆破技术，拱部采用了光面爆破技术，边墙适当进行预裂爆破。

3.爆破控制

爆破掘进时，把爆破振动对相邻室的影响作为控制的重要内容。为最大限度地减少爆破对围岩的扰动破坏，隧道锚的钻爆施工采用了小间距、低爆速设计，炮眼按浅密原则布设，严格控制周边眼的装药量，周边眼间距为40cm并适当布设空眼。

4.喷锚及衬砌施工

隧道锚的喷锚及衬砌主要分为前锚室段、锚塞体和后锚室两个阶段：1）前锚室段：前锚室段的围岩级别为Ⅲ级，初期支护采用?25先锚后灌式中空锚杆，L=3.0m，环纵向间距1 m，梅花形布置，洞壁设E6钢筋焊接网，设置间距为1米的钢格栅拱架。

五、支护技术的优化

1.支护技术存在的问题

在总结分析前人研究成果的基础上，结合大量的现场工程实践，研究认为常规锚杆支护技术主要存在以下几个方面的问题：

（一）常规支护用直径20mm、长2.0m锚杆的长度和刚度不足，从而发挥不出锚杆的支护作用。顶板围岩的松动圈半径一般在2～2.3m，2.0m长的锚杆其不能锚固到围岩的塑性硬化区内，导致锚杆失效不起作用；经常会出现锚杆被拉断的现象，说明锚杆的刚度不够，不能满足巷道开掘初期变形速度快、变形量大的特点。

（二）围岩表面约束能力差。由于高应力或构造应力的影响，使得支护体首先在较为薄弱的地方出现过量变形、岩石松动和破坏，进而形成破碎区，破碎区的发展导致围岩自承圈破坏。如不能及时将破碎区形成一个较为完整的整体，就不能发挥顶板岩石的自稳能力，从而不能有效地遏制围岩的局部破坏和破碎区向纵深发展，进而导致巷道围岩遭到更严重的破坏。

2. 常规支护技术优化

通过以上常规支护技术存在的问题，经本人对工作地点的实际情况了解，我率先提出了新的支护方式，使用直径为22mm、长2.4m取代原有普通锚杆的支护，得到了老工程技术的批准及大力支持。

采用新型直径为22mm、长2.4m的全程锚杆取代直径20mm、长2.0m锚杆，进行巷道顶板支护，使巷道开掘后顶板松动圈形成了一个整体，增大围岩的强度，提高围岩自承能力，控制了顶板的下沉量。采用强度大、长度较长的锚杆能锚固在稳定的岩层内，并适时在巷道关键部位进行锚索加固支护（由于锚索长度较大，能够深入到深部较稳定的岩层中，锚索对被加固岩体施加的预紧力高达200kN，限制围岩有害变形的发展，改善了围岩的受力状态，增加围岩自承圈厚度，实现厚壁支护），很好的解决了巷道顶板下沉、破碎的问题，随着支护强度的增大，有效的控制了顶板岩层的变形，施工的安全也得到了保证，同时一直困扰的进尺问题也迎刃而解。

六、结束语

隧道施工的完成，对于人们的生活具有着重要意义。当今，在修建大型隧道过程中，隧道锚施工还存在着许多技术上的不足，大型隧道工程中隧道锚的施工及支护优化问题必须提上日程，认真严谨的对待与研究。

参考文献：

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