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摘要：本文通过对Ⅳ、Ⅴ类围岩的岩性、产状、自身承载时效、自身承载环的辅助形成进行分析，并结合在清远抽水蓄能电站下水库导流洞的具体施工实践，从而对此类围岩的洞挖施工过程中的安全支护及开挖方法进行总结。
关键词：Ⅳ、Ⅴ类围岩 施工方法选择 围岩的自身承载时效 安全支护 塌方 施工方法
中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、隧洞施工方法选择原则
隧洞开挖施工方法的选择主要是由岩体的质量、洞室断面的大小等因素决定，不同的围岩类别、断面大小开挖方法是不一样的。对于小断面围岩较好的情况，一般选用全断面开挖；对于中小断面的围岩差的洞室采用短台阶法开挖；大断面且围岩较好的情况下开用长台阶、分层分部开挖；大断面较差围岩则需超前导洞法或者留核心土法施工。各种围岩开挖中，支护方法可以采用喷砼、挂网锚喷、超前锚固、管棚、钢支撑等措施进行加固。
二、Ⅳ、Ⅴ类围岩的自身承载时效与安全支护分析
在隧洞工程开挖中，岩石类别决定岩石自身承载能力的强弱与岩石承载时间的长短。水电系统围岩类别分五类，简单的说，Ⅰ类岩石完整、坚硬，自身承载时间最长，隧洞成形后岩石自身能承载一年以上不塌方。五类岩石最差，一般比较破碎，自身承载时间最短，在一小时以内。
Ⅳ类围岩也是比较软弱的，仅次于Ⅴ类。岩石自身承载能力在几个小时到一天时间以内。一般需要打插筋、挂钢筋网，使洞圈与插筋相同厚度的岩石自身承载环整体受力，才能够满足洞挖工程的安全。部分岩石破碎的，有地下水的洞段则要加钢格栅支撑。挂钢筋网的密度通常为10cm*10cm。
例如，清远抽水蓄能电站下水库泄洪洞工程，全长388.923m。其中Ⅳ类围岩约占40%、Ⅴ类围岩约占60%，岩体破碎，风化深，呈强风化状，受断层f16切割；出口建基面置于强风化层，局部置于洪冲积砂卵砾石层，地质条件差，需要进行全洞面支护，可能会对施工造成较大影响。因此Ⅳ、Ⅴ类围岩的洞挖施工是本工程的重难点之一。
在Ⅳ类围岩洞挖施工中，我们主要采用系统砂浆锚杆加钢筋网支护。洞内采用Φ22mm、L＝4m间排距为2m梅花形布置系统砂浆锚杆加Φ6的钢筋网格支护，喷C20混凝土厚度为15 cm。施工时首先喷3cm混凝土封闭岩面防止掉块，然后再进行其它相关工序。当存在的软弱、破碎围岩时，采取间距为0.8m型钢拱架加强支护。施工时首先在顶拱范围内采取Φ25mmL＝4.5m间距为0.5m超前锚杆支护,锚杆仰角为22°～25°，钢支撑顶拱与超前锚杆相连，两侧与系统锚杆连接，纵向采用Φ25间距0.9m连接筋。进洞时，在完成坡面支护和锁口锚杆后，进洞前先安装一榀钢拱架，钢拱架紧贴岩面，用锚杆固定，在钢拱架拱部外缘制安超前锚杆，在钢支撑和超前锚杆的支护下，实施进洞爆破开挖。锚杆类型为全长黏结性普通水泥砂浆锚杆，材料为20MnSi螺纹钢。
Ⅴ类围岩是最破碎的，由易风化的岩石组成。即使是完整的Ⅴ类岩石，自身承载能力也在1小时以内。倾倒、破碎、有地下水的Ⅴ类围岩，不经灌浆等辅助措施，岩石自身是很难承载的。
清远抽水蓄能电站下水库导流洞在开挖到Ⅴ类围岩时，先采用采用超前支护，用3m长Φ25超前锚杆，4m长Φ22系统砂浆锚杆，挂Φ6的钢筋网格后喷15cmC20混凝土；在顶拱范围内采用Φ25mmL=3m超前锚杆支护，间距为0.5m；单榀钢拱架宽度为16cm，间距为80cm，纵向采用Φ25间距0.9m连接筋；系统锚杆间排距为1.5m。临时支护采用I25钢拱架支撑、喷混凝土封闭处理。钢支撑的附件安置就位后，应与钢支撑焊牢，浇筑混凝土时可将钢支撑及其附件留在其中。钢支撑之间采用钢筋网制成挡网，防止岩石掉块，钢筋网采用焊接与钢支撑牢固连接。
在倾倒、破碎、有地下水的Ⅴ类岩石上支护，尽管各种安全支护措施并用，但在岩石自身承载环没有形成之前，特别是洞顶个别吃不到浆的部位，在施工过程中仍会出现塌方的情况。
若塌方高度在0.5m左右，用木料或石块即使填塞密室，然后喷射混凝土与他方面紧密接触即可制止继续塌方。
塌方高度超过1.0m时，为减轻拱架压力，在拱架上加钢支撑，拱架与钢支撑之间、钢支撑与钢支撑之间、钢支撑与前一榀拱架之间、拱架与拱架之间焊接成相互受力，并把来自洞顶的压力向洞边引伸，贴岩石面挂钢筋网，喷混凝土封闭，则可制止塌方。
当塌方超过2.0m，要先制止周边不再继续塌方，特别注意引发冒顶。根据塌方形状，采用不同形式支护。拱架上加钢撑，钢撑上再加拱架，拱架上再加钢撑顶到岩石面，前后左后焊接成整体，贴岩石面挂钢筋网，喷混凝土封闭，方可制止塌方。这种双层拱支撑的要点是要从第二层拱架上把压力引伸到洞邦去，压力向外伸展，不直压拱架，确保洞邦不继续塌方。双层拱分载压力，可有效防止洞子冒顶。另一种支撑方式，是在拱架上制作摆方木的平台，前后左右与岩石面顶紧，左右方向制作支撑点，把压力引向洞邦，用方木摆井字形，面积大的摆田字出头形状，各出头点顶紧周边岩石，扒钉连接成整体，喷射混凝土，使方木各出头点与岩石面紧密接触，确保周边不继续垮塌，就制止了冒顶。 洞子冒顶后的形状多是宝塔山形。每次首先垮塌的部位是周边。周边越垮越宽，洞顶才会越冒越高。控制冒顶，就好比“围魏救赵”，能控制周边不再继续垮塌，就控制住了冒顶。支撑是同样的道理，重点是周边。
隧洞承载靠围岩自身，倾倒破碎的岩石也是如此。打超前锚杆、环形系统锚杆、钢格栅支撑、挂钢筋网、喷混凝土、灌浆等，都是辅助岩石形成自身承載能力。辅助措施其本身承载能力并不高，每平方米10吨左右，要平衡受力，而承载围岩山体压力，主要靠岩石自身承载环。环形系统锚杆在岩石自身承载环中起主要作用。
三、Ⅳ、Ⅴ类围岩洞挖施工原则
Ⅳ类围岩自身承载时效是几个小时至一天的时间，为了确保洞挖安全，先上部再下部的分层开挖是适宜的方法。分层就降低了掌子面的高度，减小了面积，也就相应地降低了塌方的几率。Ⅳ类岩石洞挖，一般情况是要打环形系统锚杆、挂钢筋网、喷混凝土，个别岩石破碎、有地下水洞段加钢格栅支撑，辅助围岩形成自身承载环。先进行上半部分开挖与安全支护，确保洞顶安全后再进行下半部分开挖和安全支护是Ⅳ类围岩中洞挖的科学方法。
Ⅴ类围岩自身承载时间最短，在1小时以内。倾倒、破碎、有地下水的洞段，岩石自身很难形成承载环。在Ⅴ类围岩上搞洞挖，辅助岩石形成自身承载环是关键。打超前小导管，然后向岩层灌浆，粘连、固定破碎岩渣。这一措施可承载洞深0.8m～1.0m以内的压力，超过1.0m就很危险。因此在倾倒、破碎、有地下水的Ⅴ类围岩上洞挖，开挖方式是短进尺、弱爆破、强支护。短进尺是根据Ⅴ类围岩自身承载能承载的最大深度，每茬炮掘进深度不宜超过1.0m。弱爆破是洞挖爆破过程不能破坏超前锚杆以外的浆粘岩渣。强支护是每掘进0.8m到1.0m，先初喷混凝土，制止岩石风化塌落，支撑钢格栅、打系统锚杆与钢格栅焊接、挂钢筋网、再次喷混凝土。这些辅助围岩自身承载的措施全部做到位以后，围岩自身承载环则能形成。
三、结束语
在隧洞施工中，首先要全面、准确地分析地质情况、围岩岩性、施工要求，才能够选择正确的施工方法。在Ⅳ、Ⅴ类围岩的隧洞开挖中，一定要把施工安全放在首要位置，严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤量测”的方针实施开挖，了解岩层的自身承载时效，及时采取有效的支护措施，确保隧洞开挖的安全。
作者简介：姓名：赵东俊性别：男 出生年月：1984年4月01日学历：大学专科
毕业院校：2006年7月毕业于广州大学市政技术学院 职称：助理工程师
从事工作：广东水电二局股份有限公司从事水利工程施工
关键词：Ⅳ、Ⅴ类围岩 施工方法选择 围岩的自身承载时效 安全支护 塌方 施工方法
中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、隧洞施工方法选择原则
隧洞开挖施工方法的选择主要是由岩体的质量、洞室断面的大小等因素决定，不同的围岩类别、断面大小开挖方法是不一样的。对于小断面围岩较好的情况，一般选用全断面开挖；对于中小断面的围岩差的洞室采用短台阶法开挖；大断面且围岩较好的情况下开用长台阶、分层分部开挖；大断面较差围岩则需超前导洞法或者留核心土法施工。各种围岩开挖中，支护方法可以采用喷砼、挂网锚喷、超前锚固、管棚、钢支撑等措施进行加固。
二、Ⅳ、Ⅴ类围岩的自身承载时效与安全支护分析
在隧洞工程开挖中，岩石类别决定岩石自身承载能力的强弱与岩石承载时间的长短。水电系统围岩类别分五类，简单的说，Ⅰ类岩石完整、坚硬，自身承载时间最长，隧洞成形后岩石自身能承载一年以上不塌方。五类岩石最差，一般比较破碎，自身承载时间最短，在一小时以内。
Ⅳ类围岩也是比较软弱的，仅次于Ⅴ类。岩石自身承载能力在几个小时到一天时间以内。一般需要打插筋、挂钢筋网，使洞圈与插筋相同厚度的岩石自身承载环整体受力，才能够满足洞挖工程的安全。部分岩石破碎的，有地下水的洞段则要加钢格栅支撑。挂钢筋网的密度通常为10cm*10cm。
例如，清远抽水蓄能电站下水库泄洪洞工程，全长388.923m。其中Ⅳ类围岩约占40%、Ⅴ类围岩约占60%，岩体破碎，风化深，呈强风化状，受断层f16切割；出口建基面置于强风化层，局部置于洪冲积砂卵砾石层，地质条件差，需要进行全洞面支护，可能会对施工造成较大影响。因此Ⅳ、Ⅴ类围岩的洞挖施工是本工程的重难点之一。
在Ⅳ类围岩洞挖施工中，我们主要采用系统砂浆锚杆加钢筋网支护。洞内采用Φ22mm、L＝4m间排距为2m梅花形布置系统砂浆锚杆加Φ6的钢筋网格支护，喷C20混凝土厚度为15 cm。施工时首先喷3cm混凝土封闭岩面防止掉块，然后再进行其它相关工序。当存在的软弱、破碎围岩时，采取间距为0.8m型钢拱架加强支护。施工时首先在顶拱范围内采取Φ25mmL＝4.5m间距为0.5m超前锚杆支护,锚杆仰角为22°～25°，钢支撑顶拱与超前锚杆相连，两侧与系统锚杆连接，纵向采用Φ25间距0.9m连接筋。进洞时，在完成坡面支护和锁口锚杆后，进洞前先安装一榀钢拱架，钢拱架紧贴岩面，用锚杆固定，在钢拱架拱部外缘制安超前锚杆，在钢支撑和超前锚杆的支护下，实施进洞爆破开挖。锚杆类型为全长黏结性普通水泥砂浆锚杆，材料为20MnSi螺纹钢。
Ⅴ类围岩是最破碎的，由易风化的岩石组成。即使是完整的Ⅴ类岩石，自身承载能力也在1小时以内。倾倒、破碎、有地下水的Ⅴ类围岩，不经灌浆等辅助措施，岩石自身是很难承载的。
清远抽水蓄能电站下水库导流洞在开挖到Ⅴ类围岩时，先采用采用超前支护，用3m长Φ25超前锚杆，4m长Φ22系统砂浆锚杆，挂Φ6的钢筋网格后喷15cmC20混凝土；在顶拱范围内采用Φ25mmL=3m超前锚杆支护，间距为0.5m；单榀钢拱架宽度为16cm，间距为80cm，纵向采用Φ25间距0.9m连接筋；系统锚杆间排距为1.5m。临时支护采用I25钢拱架支撑、喷混凝土封闭处理。钢支撑的附件安置就位后，应与钢支撑焊牢，浇筑混凝土时可将钢支撑及其附件留在其中。钢支撑之间采用钢筋网制成挡网，防止岩石掉块，钢筋网采用焊接与钢支撑牢固连接。
在倾倒、破碎、有地下水的Ⅴ类岩石上支护，尽管各种安全支护措施并用，但在岩石自身承载环没有形成之前，特别是洞顶个别吃不到浆的部位，在施工过程中仍会出现塌方的情况。
若塌方高度在0.5m左右，用木料或石块即使填塞密室，然后喷射混凝土与他方面紧密接触即可制止继续塌方。
塌方高度超过1.0m时，为减轻拱架压力，在拱架上加钢支撑，拱架与钢支撑之间、钢支撑与钢支撑之间、钢支撑与前一榀拱架之间、拱架与拱架之间焊接成相互受力，并把来自洞顶的压力向洞边引伸，贴岩石面挂钢筋网，喷混凝土封闭，则可制止塌方。
当塌方超过2.0m，要先制止周边不再继续塌方，特别注意引发冒顶。根据塌方形状，采用不同形式支护。拱架上加钢撑，钢撑上再加拱架，拱架上再加钢撑顶到岩石面，前后左后焊接成整体，贴岩石面挂钢筋网，喷混凝土封闭，方可制止塌方。这种双层拱支撑的要点是要从第二层拱架上把压力引伸到洞邦去，压力向外伸展，不直压拱架，确保洞邦不继续塌方。双层拱分载压力，可有效防止洞子冒顶。另一种支撑方式，是在拱架上制作摆方木的平台，前后左右与岩石面顶紧，左右方向制作支撑点，把压力引向洞邦，用方木摆井字形，面积大的摆田字出头形状，各出头点顶紧周边岩石，扒钉连接成整体，喷射混凝土，使方木各出头点与岩石面紧密接触，确保周边不继续垮塌，就制止了冒顶。 洞子冒顶后的形状多是宝塔山形。每次首先垮塌的部位是周边。周边越垮越宽，洞顶才会越冒越高。控制冒顶，就好比“围魏救赵”，能控制周边不再继续垮塌，就控制住了冒顶。支撑是同样的道理，重点是周边。
隧洞承载靠围岩自身，倾倒破碎的岩石也是如此。打超前锚杆、环形系统锚杆、钢格栅支撑、挂钢筋网、喷混凝土、灌浆等，都是辅助岩石形成自身承載能力。辅助措施其本身承载能力并不高，每平方米10吨左右，要平衡受力，而承载围岩山体压力，主要靠岩石自身承载环。环形系统锚杆在岩石自身承载环中起主要作用。
三、Ⅳ、Ⅴ类围岩洞挖施工原则
Ⅳ类围岩自身承载时效是几个小时至一天的时间，为了确保洞挖安全，先上部再下部的分层开挖是适宜的方法。分层就降低了掌子面的高度，减小了面积，也就相应地降低了塌方的几率。Ⅳ类岩石洞挖，一般情况是要打环形系统锚杆、挂钢筋网、喷混凝土，个别岩石破碎、有地下水洞段加钢格栅支撑，辅助围岩形成自身承载环。先进行上半部分开挖与安全支护，确保洞顶安全后再进行下半部分开挖和安全支护是Ⅳ类围岩中洞挖的科学方法。
Ⅴ类围岩自身承载时间最短，在1小时以内。倾倒、破碎、有地下水的洞段，岩石自身很难形成承载环。在Ⅴ类围岩上搞洞挖，辅助岩石形成自身承载环是关键。打超前小导管，然后向岩层灌浆，粘连、固定破碎岩渣。这一措施可承载洞深0.8m～1.0m以内的压力，超过1.0m就很危险。因此在倾倒、破碎、有地下水的Ⅴ类围岩上洞挖，开挖方式是短进尺、弱爆破、强支护。短进尺是根据Ⅴ类围岩自身承载能承载的最大深度，每茬炮掘进深度不宜超过1.0m。弱爆破是洞挖爆破过程不能破坏超前锚杆以外的浆粘岩渣。强支护是每掘进0.8m到1.0m，先初喷混凝土，制止岩石风化塌落，支撑钢格栅、打系统锚杆与钢格栅焊接、挂钢筋网、再次喷混凝土。这些辅助围岩自身承载的措施全部做到位以后，围岩自身承载环则能形成。
三、结束语
在隧洞施工中，首先要全面、准确地分析地质情况、围岩岩性、施工要求，才能够选择正确的施工方法。在Ⅳ、Ⅴ类围岩的隧洞开挖中，一定要把施工安全放在首要位置，严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤量测”的方针实施开挖，了解岩层的自身承载时效，及时采取有效的支护措施，确保隧洞开挖的安全。
作者简介：姓名：赵东俊性别：男 出生年月：1984年4月01日学历：大学专科
毕业院校：2006年7月毕业于广州大学市政技术学院 职称：助理工程师
从事工作：广东水电二局股份有限公司从事水利工程施工