摘要 在隧道工程中，洞身初期支護是確保隧道穩(wěn)定和防止圍巖變形的重要措施，文章探討了隧道工程洞身初期支護的施工方案，包括支護結構的選擇、支護參數(shù)、施工工藝等方面。通過對案例工程支護技術的綜合分析，旨在為類似洞身初期支護施工過程中存在的質量控制、安全及施工技術等方面的難點提供一定參考，以確保隧道洞身初期支護施工的質量與安全。

關鍵詞 隧道工程；洞身施工；初期支護

中圖分類號 U455 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0132-03

0 引言

隧道工程是交通基礎設施建設的核心部分，由于隧道工程多處于復雜的山地、河流或海底等環(huán)境中，施工過程中面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是洞身初期支護問題。洞身初期支護作為隧道施工中的關鍵環(huán)節(jié)，其質量和效果直接關系到隧道整體的安全性和穩(wěn)定性，文章結合具體工程案例，通過對支護結構、支護參數(shù)、施工工藝等方面的綜合分析，以期為其他隧道工程洞身初期支護施工項目提供理論支持。

1 工程概況

史家山隧道位于西昌市瑪增依烏鄉(xiāng)，隧道進口位置為西昌瑪增依烏鄉(xiāng)，出口位置為西昌大興鄉(xiāng)史家山，區(qū)內交通以鄉(xiāng)村公路、小道為主，鄉(xiāng)村道路交叉形成分支道路，整體由西北向東南分布。左線起止里程樁號：ZK3+373～K4+157，長784 m；右線起止樁號：K3+385～K4+060，長675 m；屬中隧道，隧道軸向走向183°～218°，設計路面標高為1 908.65～1 930.53 m；隧道建筑限界：凈寬10.25 m，凈高5.0 m；左線洞頂最大埋深約145 m，右線洞頂最大埋深約136 m。

除明洞襯砌段外，其余段隧道遵循新奧法原理采用復合式襯砌結構，襯砌采用曲墻結構，Ⅴ級圍巖段采用曲墻帶仰拱結構，洞口段、淺埋偏壓段、斷層破碎帶、自穩(wěn)性差的軟弱圍巖地層段及具有一定水壓的富水段采用加強復合式襯砌結構。

2 初期支護

初期支護作業(yè)是建筑工程中不可或缺的一環(huán)，包括鋼架與鋼筋網(wǎng)的加工、安裝與掛設，系統(tǒng)錨桿與鎖腳錨桿的施作，以及噴射混凝土等關鍵步驟。鋼架與鋼筋網(wǎng)的加工需選用高質量的鋼材，系統(tǒng)錨桿與鎖腳錨桿的施作能夠有效提升支護結構的整體穩(wěn)定性，噴射混凝土作業(yè)能夠在支護結構表面形成一層密實的混凝土層，進一步增強支護結構的強度與耐久性。

2.1 錨桿施工

在系統(tǒng)錨桿方面，采用長度為300 cm、直徑為φ22 mm的藥卷錨桿，藥卷錨桿具有較高的承載能力和抗拉強度，適用于需要較大支護力的情況，藥卷錨桿的優(yōu)點在于其可以通過注漿工藝將錨桿與圍巖緊密結合，形成一個整體受力體系，從而提高支護效果。

定位錨桿采用的是直徑為Φ22 mm、長度為100 cm的藥卷錨桿作為定位錨桿，定位錨桿的主要作用是固定和定位其他錨桿，由于其長度較短，定位錨桿的承載能力相對較低，但其對于整個錨桿系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性具有不可替代的作用。

鎖腳錨桿作為一種特殊的錨桿類型，采用的是長300 cm、直徑為Φ42 mm的注漿小導管。鎖腳錨桿主要用于固定和支撐隧道拱腳部位，防止其發(fā)生變形或坍塌，注漿小導管作為鎖腳錨桿的一種，具有較好的抗腐蝕性和耐久性，能夠適應惡劣的地下環(huán)境。

在系統(tǒng)洞身開挖工作完成后，進行初噴混凝土作業(yè)，隨后用紅油漆標定錨桿的具體位置，采用錨桿鉆機進行鉆孔作業(yè)，在鉆孔過程中，不符合設計要求的孔，需立即進行補鉆操作。當鉆孔達到預設深度后，進行錨桿的安裝工作，錨桿的安裝必須與巖體的主結構面形成足夠大的夾角，對于藥卷錨桿，除了按照標準流程進行安裝外，還需確保墊板和螺母的配套安裝。

2.1.1 錨桿施工工藝流程如圖1所示。

2.1.2 中空注漿錨桿安裝

錨桿體安裝至設計深度后，進行孔洞的清洗，使用水和空氣對孔洞進行徹底的沖洗，直到孔口有清水或空氣滲出，以確保孔內無殘留物。使用M20早強水泥砂漿作為注漿材料，其水灰比應控制在0.4～0.5的范圍內，注漿時漿料應通過錨桿體中的中孔進行灌注，對于上仰孔，需要設置止?jié){塞和排氣孔，螺母應在砂漿初凝后擰緊，注漿壓力應維持在0.3～0.8 MPa的范圍內，當排氣口有漿料流出時，即可停止灌漿。

2.2 鋼筋網(wǎng)片制作與安裝

初期支護采用單層Φ8 mm鋼筋網(wǎng)的形式，鋼筋網(wǎng)需要在系統(tǒng)錨桿安裝完成后進行安設，通常是在洞外預先加工成網(wǎng)狀結構。根據(jù)巖面的實際起伏情況鋪設鋼筋網(wǎng)，并在初噴混凝土后進行安裝，鋼筋網(wǎng)與巖面之間的間隙應控制在約3 cm。

在安裝過程中，鋼筋網(wǎng)的連接處以及與錨桿的連接點，使用細鋼絲進行綁扎或進行點焊，在鋼筋網(wǎng)安設之前，應首先初噴一層厚度約為3 cm的混凝土，以形成鋼筋的保護層，制作鋼筋網(wǎng)前，還需要進行一系列預處理工作，包括鋼筋的校直、除銹以及清潔油污等。

2.3 鋼拱架安裝

在完成初噴混凝土后，利用鋼拱架安裝臺車進行鋼架的安裝作業(yè)，在此之前，需對掌子面的開挖凈空進行檢查，并徹底清除鋼架底腳處的虛渣，為應對高度差異，可在需要的位置穩(wěn)妥地墊上混凝土塊或鋼板[1]。

鋼架與圍巖之間的空隙用混凝土墊塊進行充實，鋼架的安裝必須垂直于隧道中線，豎向不得傾斜，平面內不得錯位或扭曲，為此鋼架的傾斜度被限制在2°以內，且其任何部位偏離鉛垂面的距離均不得超過5 cm。

鋼架之間的連接鋼筋施工是提升整體結構穩(wěn)固性的關鍵步驟，其將各鋼架連接成一個整體，增強結構的承載能力。在鋼架基腳部位，需預留一定厚度的原地基，并在架立鋼架時精準挖槽就位，在鋼架基腳處設置槽鋼，旨在增強基底承載力，提高鋼架的穩(wěn)定性。

在采用臺階法施工時，鋼架拱腳的鎖腳錨桿施工能夠有效防止鋼架在受力時發(fā)生向內位移變形，下臺階開挖后，鋼架必須及時落地，嚴禁鋼架腳懸空，開挖長度的控制需根據(jù)圍巖情況靈活調整。

對于高應力軟弱圍巖段、斷層破碎帶、洞口淺埋段等特殊地質條件，鋼筋的封閉成環(huán)工作應迅速完成。當鋼架因侵入限界而需要更換時，應采用逐榀更換的方法，即先立新鋼架后拆除廢鋼架，嚴禁先拆后立或同時更換相鄰多榀鋼架，以防止支護結構失穩(wěn)。

鋼架拱腳的位置必須位于牢固的基礎上，同時清除底腳下的虛渣及其他雜物，為減小初期支護閉合前的整體下沉量，在拱墻腳下墊設混凝土塊是一種有效的措施。鎖腳錨桿（管）作為確保初期支護安全的重要措施，其安裝和質量控制應嚴格按照設計要求進行，其不僅能有效防止工字鋼在受到側向力時發(fā)生向內位移變形，還能抑制拱架整體下沉，從而保證初支結構在施工過程中受力穩(wěn)定[2]。還可在鋼拱架落地位置增設錨管，并在工字鋼兩側設置鎖腳穿孔鋼板，以增強支護結構的適應性和安全性。

2.4 超前支護施工

2.4.1 參數(shù)

開挖前應施作超前支護，上下臺階預留核心土法開挖采用單層注漿小導管，小導管采用φ42 mm無縫鋼管，壁厚4 mm。拱部120°范圍內布置，外插角緩傾角5°～12°，陡傾角控制在10°～30°。

注漿材料采用早強單液水泥漿，水灰比w/c=0.6～0.8，注漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5。注漿量以壓力控制為主，注漿量控制為輔，注漿壓力0.5～1 MPa，每孔注漿壓力達到1.0 MPa，繼續(xù)保持10 min以上即可停止注漿[3]。

2.4.2 超前小導管施工工藝流程

超前小導管施工工藝流程如圖2所示。

2.4.3 施工方法

小導管選材為φ42 mm熱軋無縫鋼管，壁厚4 mm，前端30 cm范圍內不鉆孔，其余部分每隔10 cm環(huán)向鉆四個梅花形布置的孔，孔徑8 mm，相鄰孔口交錯45°以增強注漿效果，管尖10 cm需加工成尖端并焊接。

鉆孔作業(yè)采用錨桿臺車或風槍，用自制鉆桿和連接套接長，直徑比管徑大3～5 mm，利用高壓風清孔，再用帶沖擊的風鉆將小導管頂入，外露端安裝注漿閥門，清孔后用塑膠泥封堵裂隙。

水泥漿攪拌在高速攪拌機中進行，按施工配合比投料，存放于帶低速攪拌器的儲漿罐中，防沉淀。注漿終壓控制在1.0～2.0 MPa，初凝時間4～6 min，速凝劑參量2%。

單孔注漿量估算基于圍巖孔隙率：

Q=πR²Lnβ （1）

式中，Q——單孔漿液注入量（m³）；R——擴散半徑（m）；L——注漿段長度（m）；n——巖石空隙率（0.1～0.3）；β——有效充填系數(shù)（0.6～0.9）。

通過試驗確定具體注漿量，注漿遵循“先下后上”“先單液漿再雙液漿”等原則，用分漿器精確控制，防止串漿和跑漿。定位偏差<5 cm，孔底偏差≤孔深1%～2%，注漿前用高壓風水清洗管內雜質。

高壓注漿泵是關鍵設備，提供足夠壓力使?jié){液滲透到巖石孔隙中，注漿壓力控制在1.0～2.0 MPa。拌漿時防止雜物混入，漿液需過濾，未過濾的不得進入泵體，注漿過程中要關注泵口及孔口壓力變化，及時處理問題。記錄鉆孔、注漿數(shù)據(jù)，分析注漿效果，優(yōu)化施工方案，注漿結束后清洗泵體和管路，防止?jié){液殘留影響下次注漿。

2.5 噴混凝土施工

在完成開挖后立即對巖面進行混凝土噴射，先噴射3 cm厚的混凝土以封閉巖面，形成初步支護，隨后進行錨桿的搭設、鋼筋網(wǎng)的掛設以及鋼架的架立工作，以增強支護結構的整體穩(wěn)定性。在初噴巖面0KcaAc5dbzicVs6e9HoTZw==清理完成后，再進行復噴至設計厚度，噴射混凝土作業(yè)采用濕噴機械手進行，混凝土在洞外拌和站進行集中拌和。

在噴射混凝土過程中，需要注意鋼架與圍巖之間的填充情況，鋼架間混凝土應飽滿平順，與圍巖緊密貼合，確保支護結構的整體性和穩(wěn)定性，同時噴射混凝土的回彈物嚴禁重復利用。

噴射作業(yè)應分段進行，自下而上連續(xù)進行，噴射角度應與巖面垂直，噴嘴距離巖面的距離控制在0.6～1.2 m。這樣可以確?；炷聊軌蚓鶆驀娚涞綆r面上，形成良好的支護效果，當噴射混凝土緊貼開挖作業(yè)面時，下一循環(huán)的爆破作業(yè)應在混凝土終凝3 h后進行。

2.5.1 噴射混凝土施工工藝

噴射混凝土施工工藝流程如圖3所示。

2.5.2 噴射作業(yè)

噴射混凝土作業(yè)應采取分段、分片、分層的方式進行，分段長度不宜超過6 m，自下而上進行噴射。在噴射過程中，應先將低洼處大致噴平，然后自下而上順序分層、往復噴射，以形成良好的支護效果，在分段噴射混凝土時，上次噴射的混凝土應預留一個斜面，斜面寬度控制在200～300 mm，此斜面需要用壓力水進行沖洗潤濕，以確保新噴射的混凝土能夠與舊混凝土良好結合。

當進行分片噴射時，同樣應遵循自下而上的原則，應先噴射鋼架與壁面之間的混凝土，以固定鋼架位置，再噴射兩鋼架之間的混凝土。這樣可以確保鋼架與混凝土之間的緊密結合，提高支護效果。在噴射邊墻混凝土時，應從墻腳開始向上噴射，以防止回彈物料裹入最后噴層，影響噴射質量，同時分層噴射時，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行。若終凝1 h后再進行噴射，應先用風水清洗噴層表面，以確保新噴射的混凝土能夠良好地黏附在舊混凝土上。

在噴射過程中，噴嘴與受噴面之間應保持適當?shù)木嚯x，一般控制在0.6～1.2 m。噴射角度盡可能接近90°，以獲得最大的壓實效果和最小的回彈量。噴嘴應連續(xù)、緩慢地作橫向環(huán)形移動，以確保混凝土能夠均勻覆蓋在巖面上，如果受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時，可將噴嘴稍加偏斜，但角度不宜小于70°，以防止混凝土物料在受噴面上滾動，產生凹凸不平的波形噴面。

3 結論

通過對隧道圍巖的物理力學性質進行詳細測試和分析，可以確定合理的支護參數(shù)，如錨桿長度、直徑、間距，噴射混凝土的厚度和強度等，確保支護結構的穩(wěn)定性和有效性。施工工藝的優(yōu)化也是確保支護效果的關鍵，采用先進的施工技術和設備，如機械化施工、自動化監(jiān)控等，可以提高施工效率，減少人為誤差，進一步提升支護結構的質量。隧道工程洞身初期支護施工方案的探究是一項系統(tǒng)性、復雜性的工作，需要綜合考慮多種因素，不斷優(yōu)化和完善。

參考文獻

[1]劉惠義.韶惠高速公路隧道洞身開挖施工與初期支護安全措施[J].黑龍江交通科技，2023（3）：124-126.

[2]官則淞.隧道初期支護工程的施工技術探討[J].廣東建材，2024（2）：138-140.

[3]上官偉，由洋旭，王剛，等.隧道初期支護設計與穩(wěn)定性分析——以貴嶺隧道為例[J].科技和產業(yè)，2023（12）：198-204.