隧道围岩加固施工技术要点

隧道围岩加固施工技术要点干了快二十年隧道施工，钻过大大小小几十座山，见过节理发育得像碎砖头的硬岩，踩过踩一脚就陷半腿的软塑黄土，也堵过携着泥砂往外涌的岩溶水，哪怕是现在进洞，听见拱顶掉小碎石的声音还是会本能地抬头多看两眼。很多外行觉得隧道施工就是“挖个洞撑起来”，没什么技术含量，可真在掌子面摸爬过的人都知道，隧道施工的核心从来不是挖得有多快，而是能不能把洞周那些被开挖扰动了的岩土体——也就是我们常说的围岩——给稳住。岩体本身在山里待了千百万年，本来是平衡稳定的，被我们挖空一块之后，应力重新分布，周围的岩体会慢慢往临空面挤，要是不管不顾硬挖，那些碎的、软的岩体失去约束就会掉块、坍塌，小的影响施工进度，大的甚至会威胁工友安全。围岩加固说白了，就是顺着围岩的“脾气”，用各种工艺帮它重新建立受力平衡，让它从“要往下掉的荷载”变成“能自己扛力的结构一部分”，这事儿来不得半点儿虚的，所有技术要点说穿了都是跟岩体打交道摸出来的实在经验，接下来我就从一线实操的角度，把这些要点掰碎了说。1施工前的前置核查与方案适配要点很多班组拿到图纸就急着进洞干活，往往干到一半出问题了才回头补，费钱费时还留安全隐患，老施工员常说“磨刀不误砍柴工”，前期的核查准备做到位，后面才能少踩坑。1.1围岩等级的现场动态复核地勘报告给的围岩等级是勘探点隔几十米甚至上百米摸出来的参考值，根本不可能反映每一米洞身的真实情况，这是我们干多了隧道攒下的最实在的经验。每往前开挖一个循环，技术人员必须到掌子面做现场素描，看岩石的风化程度、节理裂隙的走向、有没有夹泥层、有没有出水点，甚至打炮眼、打锚杆孔的时候，要注意观察钻进速度、返出来的岩渣是什么状态：要是钻机推进速度突然变快，返渣从块状变成碎渣甚至泥状，就说明前面岩体破碎、变软，必须立刻停下来核对围岩等级，不能硬抱着原设计的加固参数往下干。早些年在西南某山岭隧道施工时，地勘报告给的是Ⅲ级围岩，按设计只需要打局部锚杆、喷薄层混凝土就行，结果进洞三百多米的时候，打眼明显感觉钻杆“突突”往前窜，返出来的全是风化得手一捏就碎的板岩碎块，当天我们就调整了支护参数，加了超前小导管和钢拱架，后来再往前挖五米就是一个小断层带，要是硬按原设计来，大概率要出掉块险情。1.2周边隐蔽风险的提前排查正式开始加固施工前，必须把洞身周边可能存在的隐蔽风险摸清楚，不然干活就像蒙着眼踩石子。对于浅埋段、洞口段，要提前核查地表有没有开裂、有没有老的陷坑、有没有隐蔽的人工洞室比如老矿窑、岩溶漏斗；对于埋深大的洞段，要通过超前钻孔摸清楚前面有没有富水带、空腔、软弱夹层。我印象特别深的一次，是多年前在中部某省的隧道施工，超前钻孔打出去十米，返渣里居然有腐朽的木渣和炭块，后来才知道是早年当地人挖的小煤窑，巷道就从隧道拱顶上方两米多的位置斜穿过去，里面全是松散的煤矸石和积水，要是我们没提前探到，贸然开挖、注浆，不仅浆会全部漏进老窑巷道里白花钱，甚至可能诱发老窑垮塌，连人带设备都被埋住。这种排查没有什么捷径，就是每循环打超前探孔，不嫌麻烦，多探一米就多一米的踏实。1.3材料与设备的前置校验别觉得材料设备检查是走形式，真到了工作面出问题，耽误事是小，安全出问题是大。进场的水泥要查有没有受潮结块，注浆用的水玻璃浓度要提前试配凝固时间，锚杆杆体要抽样做抗拉试验，小导管、管棚的溢浆孔要提前钻好，不能打进去了才发现孔被铁屑堵死。注浆机要提前试机看压力稳不稳定，风钻、喷浆机的管路要查有没有漏风漏浆，甚至连焊拱架的焊条要提前烘干，不然焊口一受力就裂。之前见过新进场的班组图省事，小导管的注浆孔只钻了半截，结果一打进去孔全被岩屑堵了，注了半个月浆发现吃浆量特别小，后来拔出来一看管子根本没进浆，全白干了，光返工就耽误了快一周时间。如果说前期核查准备是给围岩加固打牢了“底子”，那每一道核心工序的现场严细管控，才是真正把加固效果落到实处的关键——毕竟隧道里的安全从来不是靠图纸算出来的，是工人一钎一杆、一铲一浆实实在在干出来的，每一个细节差一点，积累起来就是大隐患。2核心工序的现场施工控制要点围岩加固是一套连贯的组合拳，从挖之前的超前防护，到挖完之后的初期支护密贴，再到不良地质段的特殊补强，一环扣一环，哪一环掉了链子都不行。2.1超前预加固的“前置支点”管控超前加固说白了就是给即将开挖的岩体先“打伞”，没等岩体往下掉的时候，提前给它撑上支点，绝不能等岩体松了、裂了再补。2.1.1超前小导管与管棚施工管控最容易出问题的就是外插角的控制，外插角太小，管子会插到开挖轮廓线里面，一放炮就炸断了，根本起不到支护作用；外插角太大，管子直接插到开挖轮廓外面一两米远，拱部的围岩根本托不住，一开挖就容易掉块。根据我们多年的实操经验，小导管的外插角控制在10到15度最合适，管棚因为长度长，外插角控制在1到3度，既不会挖到管子，又能刚好在拱部轮廓外形成一个防护壳。注浆的时候不能只盯着压力表看，要同步算吃浆量：有的裂隙特别发育的地段，浆顺着裂隙跑几十米远，压力半天起不来，这时候就得停停注注，掺适量水玻璃缩短凝固时间，把大裂隙先堵住再慢慢补注，不然浆全跑没了，钱花了拱部还是松散的；还有的地段岩体特别密，刚开始注浆压力就窜得很高，这时候要看看是不是导管堵了，不能硬加压把管子憋爆。打长管棚的时候，接头位置必须错开，不能所有管子的接头都在同一个断面上，不然那个位置的整体刚度一下就降下来了，一受力就容易弯折。2.1.2掌子面预加固管控很多人觉得掌子面是马上要挖掉的部分，给它加固是浪费钱，这是特别危险的误区——要是掌子面自己都稳不住，往前鼓、垮塌，拱部的支护就算打得再牢也会跟着被带垮。遇到饱水黄土、全风化岩层这种软得拿不住形状的围岩，每循环挖完要先喷一层5到10公分厚的混凝土把掌子面封上，防止岩体暴露在空气中风化失水崩解，再沿着掌子面打一定长度的玻璃纤维锚杆，把掌子面的松散岩体拉住。之前在西北某黄土隧道，班组图快没封掌子面，结果停工吃午饭的功夫，掌子面就开始往下掉土块，半个多小时就塌了一个两米多深的小窟窿，人就在旁边没伤着，但吓得大伙半个月没缓过来，后来严格按要求封掌子面、打超前锚，后面的施工才顺顺利利。2.2开挖后初期支护与围岩密贴管控超前支护是“挡前门”，开挖后的初期支护就是直接贴在围岩上的“贴身棉袄”，核心要求是跟围岩贴严实，把围岩自身的承载力调动起来，而不是单独靠支护硬扛。2.2.1系统锚杆施工管控我见过太多工地上的“样子货”锚杆：杆体长度不够，插进去不注浆，或者只在孔口灌一点浆堵上，甚至干脆把锚杆往虚渣上一放就喷混凝土盖住，看着整整齐齐一排，真要是围岩变形，一拔就出来，根本不起作用。真正合格的系统锚杆，首先孔深要够，不能比设计短个几十公分，孔向要跟岩面垂直，这样才能把表层的破碎岩块锚到深层稳定的岩体上；注浆的时候要把注浆管插到孔底，等浆从孔口慢慢返上来、流浓浆了再把孔口堵上，保证整个锚孔里都填实了；最容易忽略的是锚杆垫板，必须等第一次喷完混凝土、岩面找平之后就把垫板紧紧贴在岩面上，螺帽上紧，不能等喷完厚厚一层混凝土才把垫板盖在上面，那样垫板跟岩面之间隔了一层松散的混凝土，锚杆根本不受力，说白了就是个摆设。说句掏心窝子的话，锚杆就是打进围岩里的“钉子”，钉子钉不牢，表层的碎石头迟早要往下掉。2.2.2喷射混凝土施工管控喷混凝土不是简单往岩面上喷一层料就行，核心是要封闭围岩、填充裂隙，跟围岩贴成整体。开挖完第一时间就要先喷一层3到5公分的初喷，把新鲜暴露的岩面盖住，尤其是那种遇水就软、风一吹就裂的泥岩、页岩，暴露两三个小时就会顺着节理碎成小块，要是等架完拱架再喷，表层的岩体已经松了，喷完也粘不牢。复喷的时候要从下往上一圈一圈喷，不能对着一个地方猛喷，不然回弹料堆在下面容易形成空腔，特别是钢拱架背后的位置，必须对着拱架和岩面的缝隙喷实，不能留空洞。早年我们有个区间隧道，初期支护打完之后用雷达扫，拱顶一半的位置背后有空腔，最大的地方能塞进去一个编织袋，那段时间监测数据一直显示拱顶下沉，后来补注浆填实了，变形才慢慢稳下来。还有喷混凝土的时候不能为了好喷往料里随便加水，水加太多强度上不去，手一扣就掉渣，就算喷得再厚也没用。2.2.3钢拱架安装管控钢拱架不是摆到位置就算完，首先拱脚必须落在坚实的岩面上，底下的虚渣要掏干净，要是岩面太软，就在拱脚垫上钢板或者混凝土块，增大受力面积，不能让拱架踩在虚渣上，不然一受力就往下沉，整个支护都会跟着变形。每个拱架脚底必须打锁脚锚管，锚管要向下倾斜15到30度，插到底部稳定岩体里，而且要跟拱架满焊牢固，我见过不少班组图省事，锁脚锚管水平打出去，焊的时候只点焊两下，那根本兜不住拱架向下的力，一打混凝土就容易歪。拱架之间的连接钢筋也要按设计间距焊牢，让整排拱架连成一个整体共同受力，不能稀稀拉拉焊几根应付检查。常规地质段按上面的工艺把细节抓到位，基本就能稳住围岩，但真要遇到断层破碎带、富水段、浅埋偏压段这种“硬骨头”，生搬硬套常规工艺很容易出问题，必须结合现场情况做专项调整。2.3特殊不良地质段的专项加固要点2.3.1断层破碎带与富水段加固过断层的时候最忌讳长台阶、大开大挖，必须短进尺、弱爆破，每循环进尺控制在一榀拱架的间距，挖完立刻封闭。富水段注浆不能用普通水泥单液浆，要配水泥-水玻璃双液浆，控制凝固时间在30秒到1分钟，不然浆还没凝固就被地下水冲跑了，既堵不住水也固不住岩。遇到集中涌水点的时候，别想着直接喷混凝土硬堵，那样水憋在支护背后，压力越来越大迟早把混凝土顶开，要先埋好导流管把水引出来，等周边围岩注浆加固完、岩体稳定了，再慢慢把导流管堵上。之前有个过断层的班组，看见涌水就直接喷混凝土盖，结果睡了一觉起来喷层被水冲开一个半米宽的口子，泥砂带着水往外冲了二十多米，清了三天才干干净净。2.3.2浅埋偏压段加固浅埋段因为上面覆盖层薄，围岩没办法形成自然的承载拱，很容易顺着裂隙塌到地表，除了洞内的超前支护，还要提前在地表做注浆加固，把地表松散的土层固结住，地表裂缝要及时用黏土填实，防止雨水渗进去软化岩体。遇到偏压段，也就是山体一侧厚一侧薄、受力不对称的位置，不能急着进洞挖，要先在偏压严重的外侧做挡墙、打竖向钢花管注浆加固，甚至打锚索拉住山体，让受力先平衡下来再开挖，不然挖进去之后支护会被偏压力推得往一侧歪。早些年遇到一个靠山嘴的隧道，外侧就是临空的陡坡，刚开始没做外侧加固，挖了十多米拱架往外歪了快十公分，后来在外侧打了两排钢花管注浆，又打了锚索拉住，花了快半个月才把变形纠回来。2.3.3岩溶段加固遇到溶洞千万别慌，也别随便拿渣往上填了事：要是溶洞不大，就在拱架背后垫上护拱，用混凝土填实；要是拱顶上方的溶洞比较大，就打长锚杆锚到溶洞周边的稳定岩体上，再做钢筋混凝土护拱托住，防止溶洞里的掉块砸坏支护；要是溶洞在隧底，必须把软的填充物挖干净，换填碎石或者做混凝土梁跨过去，不能直接把支护落在软的填充物上，不然等隧道通了，隧底慢慢沉降，衬砌裂了再处理就太麻烦了。不少现场管理人员觉得，锚杆打上了、浆注了、混凝土喷完了，围岩加固的活就算干完了，其实这时候还差最关键的一步——你根本不知道前面干的活有没有效果，围岩是不是还在慢慢变形，所以必须靠动态监测给围岩“号脉”，做最后的兜底。3施工过程的动态监测与效果验证要点3.1监测点布设与数据采集拱顶下沉、周边收敛的监测点必须实打实固定在深入围岩的钢筋桩上，不能简单焊在钢拱架上凑数，不然钢拱架一晃数据就不准，根本反映不了围岩的真实变形。数据采集要固定人员、固定仪器、固定时间，就像人每天固定时间测体温才准，对于变形快的地段，一天要测两三次，浅埋段还要在地表布沉降点，看地表有没有开裂、下沉。说实在的，这些监测数据就是围岩给我们发的“信号”，它受力太大扛不住了，就会通过下沉、收敛变形告诉我们，要是连信号都不接，等它真的“扛不住”塌了，说什么都晚了。3.2异常数据的快速响应别觉得每天测几个数字没用，一旦发现变形速率突然变大，比如一天下沉超过1厘米、连续两三天变形稳不住，立刻停止掌子面施工，把人员撤到安全位置，排查是不是拱脚虚了、背后有空洞、注浆不饱满，及时补打锚杆、补注浆、甚至加临时支撑，等变形速率降下来、稳定了再往前挖。干这行最忌讳赌运气，总觉得“这点变形没事，再挖几米看看”，十次塌方九次都是抱着这种侥幸心理出来的。3.3加固效果闭环验证每段加固施工完，要及时做效果验证：锚杆要做抗拔力试验，看能不能达到设计的拉力；注浆完要用电法、雷达扫一遍，看有没有注浆不饱满的地方，有没有空腔，要是发现有空洞、不密贴的位置，及时补注浆填实，不能把隐患留到二衬施工的时候，更不能留到通车以后。这些验证不是给监理看的，是给自己心里留个踏实。说了这么多技术要点，其实真正沉下心在隧道里待久了就会发现，围岩加固没有什么惊