隧道初期支护施工技术应用要点

隧道初期支护施工技术应用要点干了十来年隧道施工现场，每次踩在刚炸完的掌子面浮渣上，闻着空气里混着炮烟、湿岩粉和柴油味的熟悉味道，最先警觉的永远是头顶刚露出来的岩壁。不少外行人甚至刚入行的年轻技术员都觉得，隧道的安全感来自最后那层光溜溜、硬邦邦的二次衬砌混凝土，可我们这些天天泡在掌子面的人都清楚，真正在开挖后第一时间托住山体、兜住碎石、陪着围岩一起变形稳定的，是看上去“毛糙糙”的初期支护。说白了，初期支护就是隧道开挖后贴身穿上的第一件“防护甲”，是挡住塌方、掉块风险的第一道防线，二衬更像后续穿上的“防水外套”，真有山体压力上来，最先受力、最关键的永远是贴身这层。干隧道这些年见过的隐患、踩过的坑，十有八九都和初期支护偷工减料、工序走样沾边，今天就结合这些年的现场经验，实实在在聊一聊初期支护施工里绕不开的应用要点。1施工前期的前置筹备要点老话讲“不打无准备的仗”，隧道里作业空间窄、环境变数大，要是前期准备不做到位，到了掌子面必然是手忙脚乱，赶进度变成赶事故。1.1围岩地质的超前核查千万不能拿着设计图纸就“一条路走到黑”，前期地质勘探的钻孔间距往往有几十米，两个钻孔中间的夹层、破碎带、富水区根本不可能完全摸透。每循环开挖前必须按要求打超前探孔，最少布置3个孔位，钻进深度比本轮开挖长度多出3到5米，仔细看看返出来的岩渣有没有黄泥、碎石，孔里有没有渗水，提前摸清楚前面的地质“脾气”。前几年在某山岭隧道项目，前期设计给的全是III级围岩，支护参数配的是素喷+局部锚杆，结果第一循环打超前探孔的时候，钻头钻进两米就开始往下掉湿黄泥，我们当即停下来做超前注浆加固，调整支护参数补上了钢拱架，后来挖开一看那一段刚好是个断层填充带，要是盲目按设计放炮进洞，说不定当场就会出现滑塌。1.2进场材料和设备的预校验材料是支护质量的根本，这关绝对不能松。锚杆壁厚够不够、钢拱架的钢板厚度达不达标、钢筋直径有没有亏方，都要拿游标卡尺当场卡，不合格的料直接清场没有商量的余地。尤其是喷射混凝土用的砂石料，含泥量太高的话喷上去过段时间就会酥化，手一捏就掉渣，根本起不到受力作用。设备也要提前试运转，湿喷机、注浆机、风枪都要空转试一遍，易损零件提前备好搁在洞口仓库。干隧道久了都知道，掌子面设备掉链子比围岩差还闹心：刚吹完浮石准备喷浆，湿喷机堵管了，修两三个小时，围岩晾在空气里开始掉碎渣，罐车里的混凝土也过了初凝时间，光作废的料就得扔小半车。1.3作业班组的实操技术交底别拿个规范文件对着工人念半小时，大家听得云里雾里也没用，交底就得讲实在的。每次进洞前跟带班班长、喷浆手、拱架工说清楚：这一段是什么等级的围岩、拱架间距控在多少公分、锚杆打几米长、锁脚要焊几道焊缝、喷层厚度要保证多少公分，把责任和奖惩说透亮，比多少书面交底都管用。把前期这些准备工作盯实了，才算拿到了上场的资格，但初期支护的质量到底硬不硬，终究还是要落在一刀一枪的实操细节上——毕竟这东西没法在厂家预制好运到现场拼装，每一寸都是现场工人对着岩壁一寸寸做出来的，工序错一丝、标准降一点，支护强度就要打个大折扣。2核心支护工序的实操应用要点隧道初期支护说起来无非就是喷射混凝土、锚杆、钢拱架、钢筋网这几个基本构件，但每个构件怎么安、什么顺序做、做到什么标准，处处都是讲究。2.1喷射混凝土作业的工艺管控喷射混凝土不是拿喷嘴对着岩面乱喷一气，它是直接和岩壁贴合的受力层，连粘得牢不牢、实不实，直接决定整个支护能不能和围岩“抱成一团”共同受力。2.1.1初喷必须抢时效通风散烟排完危石之后，别忙着接风管、搬拱架，先拿喷浆机对着裸岩喷3到5公分厚的首层混凝土，把新鲜岩壁先封起来，尤其是软弱围岩段，从开挖完成到初喷结束的时间绝对不能超过2小时。新鲜围岩暴露在空气里的风化速度比很多人想象的快得多，尤其是片岩、泥岩这类岩质，风一吹就开裂酥化，跟后面的复喷层根本粘不牢。我记得有次晚班班组为了抢拱架进度，省了初喷这步，结果刚把两榀拱架搬到位，边墙上掉下来块脸盆大的浮石，擦着工人的安全帽砸在地上，现在想起来还冒冷汗。2.1.2复喷要讲方式方法现在早就明令禁止干喷工艺了，不少小队伍为了省点成本偷偷上干喷机，喷出来的混凝土强度没个准，洞里粉尘大得对面看不见人，老工人干几年就容易落下矽肺病。说句掏心窝子的话，咱干工程赚该赚的钱，不能拿工人的健康换利润，湿喷工艺虽然成本高一点，但回弹量小、强度均匀，工人作业时的粉尘浓度能降个八九成，这个钱真不能省。复喷的时候要从边墙往拱腰、拱顶依次往上喷，喷头跟岩面保持垂直，距离控制在1米到1.5米，别对着一个点猛喷，不然混凝土会顺着岩面往下流坠，表面看着平整，内部反而不实。最关键的是钢拱架背后的缝隙必须喷实，绝不能留空腔，好多工人图省事，只把拱架表面喷得溜平，后面和岩面之间塞石块、塞编织袋，外面看整整齐齐，实际里面空悬着，山体压力一来，拱架在空腔里很容易失稳变形，这点必须在作业时拿手电筒照死盯，缝隙小的直接喷混凝土填实，缝隙大的先用同级混凝土垫块垫牢再喷，不给留任何隐患空子。2.1.3养护环节不能省刚喷完的混凝土前几个小时强度还没上来，隧道里风又大，吹几个小时表面就干得裂成蜘蛛网。所以喷完4个小时就要开始喷水养护，每天最少喷三四次，连续养护7天，别觉得混凝土在洞里阴干着就没事，要是顺着干缩裂缝往里面灌水，迟早会锈了锚杆、腐了拱架，时间长了都是大隐患。2.2锚杆施作的受力效果把控锚杆是把松动的岩块“吊”在深处稳定岩体上的重要构件，这个环节也是最容易出“假象”的——以前查验收的时候，甚至见过班组把锚杆截成半米长，插在喷层里做样子，外面看着有锚杆头，实际根本没伸进岩体里，除了应付检查一点用都没有。首先孔位要打对，系统锚杆要尽量垂直岩面，碰见有层理、节理的位置，锚杆要尽量和结构面垂直才能卡住岩体，顺着岩石缝打进去，等于插在滑面上，根本起不到悬吊作用。其次孔深和清孔要到位，钻孔深度比设计锚杆长度深个10公分就行，打浅了锚杆插进去露个头，打深了也浪费材料，钻完孔先拿高压风把孔里的岩粉、碎渣吹干净，不然砂浆注进去和孔壁中间夹着一层粉，根本粘不住，拉拔试验一拔就出来。最后注浆一定要饱满，这里必须单独提一句锁脚锚管（杆），我常跟班组说，锁脚就是给拱架钉的“鞋跟”，锁脚打不牢，拱架架得再周正也会往下沉。锁脚锚管要和钢拱架的拱脚位置满焊牢固，角度往下斜15到30度扎进岩体里，不能平着插，更不能直接打在脚边的虚渣上，注浆要注到孔口往外返浓浆才算停，不能注半管就草草了事。2.3钢拱架架立的整体性控制软弱围岩段的钢拱架就是整个初期支护的“钢筋骨架”，骨架歪了、散了，其他构件再强也没用。首先拱架加工精度要够，无论是工字钢拱架还是格栅拱架，在场外加工的时候每榀都要预拼，检查连接板的螺栓孔能不能对上、弧度顺不顺，别运到掌子面才发现孔位差两三公分，拿氧气割个大洞硬塞，那样连接点的受力根本保证不了。连接板之间的缝隙要贴紧，螺栓全部上满拧紧，再焊一圈焊缝加固，不能穿两个螺丝摆样子，更不能拿铁丝绑上就干下一道工序。其次架立位置要准，拱架不能太靠里侵了二衬限界，不然后面二衬厚度不够，得拿风镐凿半天，费工又费料；也不能离岩面太远，间隔二三十公分的话喷浆根本填不实。拱架脚必须落在结实的岩面上，不能支在虚渣上，地质软的话脚底下垫槽钢或者混凝土垫块，碰见拱脚积水的地方先挖小水沟把水引走，别让拱脚泡在软泥里，不然受了重肯定往下沉。拱架间距要严格按设计来，V级围岩段常要求60公分左右一榀，绝不能为了省料省事私自把间距拉到一米多，我之前见过被山体压弯的工字钢拱架，就是因为班组偷偷拉大了间距，两米长的工字钢弯成了月牙形，看着都揪心。最后拱架的纵向连接要牢，两榀拱架之间必须按要求焊上纵向连接筋，把一榀榀单独的拱架连成整体，就像编竹筐时的压条，单根竹条不结实，编到一起才能扛住劲儿，要是施作了超前小导管、管棚，必须把钢管尾端和钢拱架焊在一起，把超前支护承受的力顺利传到整榀拱架上，形成一个完整的受力环。2.4钢筋网铺设的细节要点钢筋网别用锈得掉皮的废钢筋，提前在加工场做成20公分见方的网片，铺的时候要贴在初喷完的混凝土面上，不能等喷了厚厚一层才把网片搁在上面，那样网片就成了两层混凝土中间的“隔层”，根本起不到拉结混凝土、防止开裂掉块的作用。网片之间要搭接至少20公分，和锚杆头、钢拱架都用细铁丝绑牢固，不能喷浆的时候被高压风吹得翘起来、卷成团。这些工序标准说起来都不复杂，哪怕是刚入行的技术员看三天现场也能说个头头是道，但真正能把整个隧道初期支护做稳做牢的班组，从来都不是死抱着标准条款不变通的。毕竟山里面的地质是千变万化的，没有哪一段隧道会完完全全长在设计图纸上，比起按部就班按图施工，跟着围岩状态动态调整管控措施，才是初期支护施工里最考验真功夫的环节。3施工过程中的动态管控与调整要点3.1把监控量测的“眼睛”用好很多项目埋上监测点就完事，好几天测一回，测完的数据也不分析，等于白设。初期支护做完之后，每天要测拱顶下沉量、边墙的收敛变形量，刚架完拱架的前三天，最好半天测一次，要是发现变形速率一直稳不住，连续两三天每天变形量超了控制值，就得高度警惕：这说明支护强度不够，围岩还在找新的平衡点，必须及时补打锚杆、加大拱架刚度，甚至加临时仰拱形成闭环，别等拱架压弯、开裂掉块了才慌着处理。之前有段IV级围岩段，架完拱架每天收敛都接近1公分，值班的年轻监测员觉得数据没达到硬报警值没当回事，我去现场的时候看到拱脚位置已经挤出半米高的碎渣了，赶紧要求班组加临时仰拱，补打4米长的注浆锚管，折腾了三天变形才稳住，要是再晚个一两天，真说不准要出大事故。3.2动态适配支护参数设计图纸给的参数是通用标准，真碰到断层破碎带、富水段、岩溶段的时候，该加支护就加，该调整工艺就调整。比如碰到富水段喷浆的时候，混凝土里适当加一点防水剂和速凝剂，减少回弹和滑落；碰到特别破碎的围岩，就把超前小导管加密，提前注浆把碎石头粘成整体再开挖；如果变形总是收不住，就赶快把初期支护闭合成环，别一段挖几十米不做仰拱，支护像个开口的C型圈，肯定稳不住。很多人觉得变更支护参数是多花成本，其实算大账的话，花几万块把支护补强，比出一次变形塌方损失几百万、耽误几个月工期划算得多。3.3把作业人员的安全弦绷紧说再多技术要点，最终落实的人还是掌子面的工人兄弟。初期支护阶段是隧道里风险最高的时候，随时可能掉块、塌方，所以每次开工前的班前会，必须强调敲帮问顶，拿长撬棍把头顶、边墙上的浮石、危石敲干净再上人；喷浆的时候必须给大家发合格的防尘口罩、护目镜；登高作业的时候系好安全绳，别嫌这些事麻烦，所有质量要求、技术要求，都不如平平安安把活干完重要。现场施工受工人熟练度、作业空间、赶工压力的影响，再仔细的队伍也难免出现一些质量瑕疵，这就需要我们把常见的问题提前列出来，做好针对性防控，不要让小瑕疵拖成大隐患。4常见质量通病的防控要点4.1拱背空洞的防控这是初期支护最常见的老毛病，除了喷浆时注意填实拱架缝隙，拱顶位置最好每隔两三米留一个注浆孔，等喷层强度上来之后，拿水泥浆把背后可能存在的小空隙补填密实。我们是严令禁止用编织袋、石块填缝隙凑厚度的，查到就必须返工处理，绝不含糊。4.2喷层开裂脱落的防控除了做好养护、挂好钢筋网，还要严格控制混凝土配合比，速凝剂不能乱加，掺太多当时凝得快，后期混凝土强度会掉一大截，还容易发硬脆裂缝。如果遇见大面积开裂的情况，先查是不是锚杆失效、拱架变形导致的结构开裂，别只在表面补喷做“浆糊墙”，根源问题不解决，补完还是会裂。4.3拱架侵限变形的防控如果发现拱架已经出现轻微变形但还没侵线，马上在变形位置补打长锚杆、架临时横向支撑补强；如果已经变形侵限到需要换拱的程度，绝对不能直接割掉变形拱架——割的时候上方围岩没了支撑会突然压下来，必须提前在变形段打超前管棚注浆，把上方的岩体托稳了，再逐榀拆换，拆一榀架一榀，一口气拆个几榀跟玩命没区别。结语写了这么多要点，说一千道一万，隧道初期支护的施工没有什么特别高深的“黑科技”，也没有什么不传的诀窍，核心无非就是“实在”两个字——地质查得实、材料用得实、工序做得实、调整跟得实。我常跟工地上的年轻人说，咱们干隧道的，人在洞里走，山在头顶压，最忌讳的就是耍小聪明、搞