高速公路隧道施工支護(hù)技術(shù)措施研究

陳德才

（龍巖百通工程技術(shù)有限公司，福建龍巖364000）

0 引言

高速公路建設(shè)是現(xiàn)代社會(huì)交通建設(shè)過程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，高速公路具有十分廣泛的覆蓋范圍，對(duì)比普通公路，在建設(shè)過程中會(huì)有許多障礙存在，其中山體障礙最為嚴(yán)重。通過充分研究高速公路隧道施工技術(shù)，對(duì)施工質(zhì)量控制方法的采用具有重要意義。

1 高速公路隧道施工特點(diǎn)

首先，在隧道施工過程中，存在許多不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)因素。由于地質(zhì)地層條件十分復(fù)雜，應(yīng)用超前預(yù)測(cè)技術(shù)具有較大難度，進(jìn)而導(dǎo)致隧道施工有著許多不可避免的風(fēng)險(xiǎn)因素。例如，在隧道施工過程中，容易有坍塌、涌水以及突泥等安全事故發(fā)生，這都是由于不可預(yù)見性風(fēng)險(xiǎn)因素所導(dǎo)致的。

其次，隧道施工具有較大難度。隧道施工與路面施工不同，其施工環(huán)境相對(duì)比較惡劣，而且施工空間比較有限，因此對(duì)施工人員的技術(shù)操作水平具有較高要求。同時(shí)由于有許多風(fēng)險(xiǎn)因素存在，進(jìn)而導(dǎo)致隧道施工難度有所增加。

最后，對(duì)于隧道施工而言，其具有許多隱蔽性工程。隧道施工的各項(xiàng)環(huán)節(jié)具有緊密連接，如果某項(xiàng)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將會(huì)對(duì)后續(xù)施工產(chǎn)生影響。但由于一些環(huán)節(jié)具有較強(qiáng)的隱蔽性，進(jìn)而導(dǎo)致施工管理和質(zhì)量控制等工作難度有所增加，無(wú)法使相關(guān)隱蔽性工程要求得到有效滿足[1]。

2 高速公路隧道支護(hù)施工技術(shù)措施

2.1 大管棚和超前小導(dǎo)管注漿的工程實(shí)例應(yīng)用

某高速公路隧道工程，雙洞四車道，全長(zhǎng)1180m，單洞凈寬10.5m，凈高7.05m，縱坡度為1.89%。左、右兩側(cè)進(jìn)洞口段30m 為V 類軟巖，巖體裂隙發(fā)育，屬淺埋段；表層為砂性土，下層為強(qiáng)風(fēng)化巖，洞身兩側(cè)山體陡峭、植被茂密，且地下水較豐富，圍巖開挖后易坍塌，施工時(shí)采用大管棚超前支護(hù)，輔以小導(dǎo)管超前注漿的方式進(jìn)洞，并設(shè)置防、排、截水設(shè)施。

2.1.1 大管棚支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)

（1）管棚套工字鋼支撐施工。通過對(duì)隧道開挖斷面位置的高度和寬度進(jìn)行測(cè)量，可以采取彎曲冷加工方式，按照T 字鋼弧段設(shè)計(jì)原則有效對(duì)工字鋼進(jìn)行加工。

（2）大管棚設(shè)計(jì)參數(shù)。在對(duì)大管棚進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，管棚長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為41m（實(shí)際長(zhǎng)度30m+搭接5m+超前支護(hù)5m+管棚外露段1m 帽檐）。管棚按兩環(huán)設(shè)計(jì)，第一環(huán)22m，第二環(huán)19m。環(huán)向間距設(shè)計(jì)為35cm，管棚導(dǎo)管外插角度需要大于1o。熱軋無(wú)縫鋼管外徑為φ 127mm，壁厚為4.5mm，縱向搭接采用厚壁管箍，同時(shí)在管壁四周鉆取壓漿孔，直徑控制在φ20mm，孔間距300mm，按照梅花狀進(jìn)行分布，尾部留1.5m 不開孔作為止?jié){段。鋼管內(nèi)增設(shè)φ50mm 無(wú)孔鋼管，提高大管棚的強(qiáng)度和剛度。注漿小導(dǎo)管φ50mm，長(zhǎng)5m，無(wú)縫鋼管，在管棚之間均勻布置，兩根鋼管之間布設(shè)一根，外插角為10o，兩排小導(dǎo)管的搭接長(zhǎng)度不小于1.5m。

2.1.2 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)以下四個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，首先灌注漿液選擇，通常采用水泥灌注漿，當(dāng)?shù)叵滤Y源豐富時(shí)，可采用水泥玻璃雙漿液。其次，對(duì)于水泥漿和水灰的重量比，設(shè)計(jì)為1∶1，注漿壓力設(shè)置為2.0～2.5MPa。再次，需要對(duì)注漿的擴(kuò)散半徑進(jìn)行設(shè)置，確保其超過0.5m。最后，需要對(duì)注漿量進(jìn)行設(shè)置，通過現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)的開展，對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，然后結(jié)合實(shí)際情況開展注漿操作。

3 大管棚支護(hù)施工要點(diǎn)

3.1 套拱施工

為了使鉆孔方向得到保證，在進(jìn)洞位置拱部開挖外輪廓線，在明洞襯砌外設(shè)置60cm 厚的鋼拱架混凝土套拱，其縱向長(zhǎng)度為2m。鋼架安裝垂直度允許誤差±2o，中線及高程允許誤差為±5cm，埋設(shè)的套管沿拱圈環(huán)向布設(shè)，間距、位置及方向滿足設(shè)計(jì)精度要求。

3.2 鉆機(jī)鉆孔

鉆孔需要兩臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行對(duì)稱作業(yè)，需要對(duì)鉆進(jìn)過程中的下垂進(jìn)行考慮，因此鉆孔方向?qū)Ρ蠕摴茉O(shè)計(jì)方向需要上挑1o左右。開鉆過程中先低速低壓鉆進(jìn)，待孔深一定距離再逐步提高鉆速，并在鉆進(jìn)時(shí)使用測(cè)量?jī)x對(duì)偏斜度進(jìn)行測(cè)定，及時(shí)進(jìn)行糾正，避免對(duì)開挖和支護(hù)產(chǎn)生影響。

3.3 鋼管安裝

鋼管打入順序應(yīng)沿拱頂開始，向兩邊對(duì)稱、同時(shí)鉆孔打入。鋼管接頭用管箍連接，絲扣長(zhǎng)200mm，相鄰鋼管的接頭沿隧道縱斷面上錯(cuò)開不少于2m 左右，且沿隧道縱向同一斷面內(nèi)鋼管接頭率不大于50%。

3.4 注漿控制

合理選擇漿液類型；控制水灰比1∶0.8～1∶1 之間；注漿壓力初壓和終壓在0.5～2.2MPa 之間調(diào)整；小導(dǎo)管注漿壓力控制在0.2～0.5MPa；注漿量根據(jù)管內(nèi)徑（r）、擴(kuò)散半徑（R）、管長(zhǎng)（L），巖體孔隙率（η）、充填系數(shù)（α）及漿液的使用效率（β）算取，即公式Q＝πr2L+πR2L×η×α×β；單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并持壓5min，注漿量達(dá)計(jì)算值的85%以上，可停止注漿，利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力，直至漿液完全凝固；所有注漿孔符合單孔結(jié)束條件且無(wú)漏注時(shí)，即可停止注漿。

4 應(yīng)用效果

經(jīng)過上述工程實(shí)踐，大管棚和超前小導(dǎo)管注漿在處理軟弱破碎圍巖、洞口淺埋段、地下水豐富等方面有著良好的應(yīng)用效果。管棚法不但可以加強(qiáng)周圍土體的固結(jié)效果，而且依靠自身巨大的強(qiáng)度和剛度作為支撐，為隧道進(jìn)洞提供了一種安全可靠的支護(hù)，是保證隧道施工質(zhì)量的一種高效方式。

4.1 初期支護(hù)

在隧道開挖之后，為了對(duì)變形問題進(jìn)行有效控制，在保證結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，需要為工程施工提供方便，其所采取的措施具體包括中空錨桿、型鋼鋼架、鋼筋網(wǎng)以及噴射混凝土。

4.1.1 中空錨桿

中空注漿錨桿的直徑為25m，長(zhǎng)度在3～4m，通常在拱部范圍進(jìn)行設(shè)置，并采用相應(yīng)的錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，同時(shí)還需要使用注漿泵進(jìn)行注漿施工。錨桿位置和方向，需要結(jié)合錨桿的環(huán)向和縱向間距要求對(duì)孔位進(jìn)行明確，并進(jìn)行標(biāo)記，使用錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，而且鉆孔需要確保其方向和巖層圍巖壁面等結(jié)構(gòu)面保持垂直。鉆孔和安裝錨桿。在成孔后需要對(duì)孔深進(jìn)行檢測(cè)，確保其符合設(shè)計(jì)要求，而孔深的允許偏差范圍在±50mm，當(dāng)桿體插入到錨桿孔后，需要確保其處于居中位置，而且錨桿桿體在巖面的露出長(zhǎng)度需要小于噴層厚度。水泥凈漿液。桿體鋼筋的保護(hù)層厚度需要超過8mm，而注漿材料則需要采用水泥凈漿液，水泥的水灰比應(yīng)該控制在0.5∶1～1∶1。水泥材料主要使用普通硅酸鹽水泥，其注漿壓力的初壓應(yīng)維持在0.5～1MPa。終壓則需要保持在1MPa，其注漿順序則應(yīng)按照從拱兩邊向拱頂位置進(jìn)行注漿。

4.1.2 錨桿和鋼筋網(wǎng)

施工工藝：初噴混凝土（4cm）—打入錨桿—掛鋼筋網(wǎng)—復(fù)噴混凝土（1～3 次達(dá)到設(shè)計(jì)厚度）—二次襯砌

4.1.3 錨桿、鋼筋網(wǎng)加鋼拱架

支護(hù)用型鋼的鋼架需要在預(yù)制廠內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一的加工成型，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，使用螺栓進(jìn)行連接。在實(shí)際安裝之前，還需要將地面雜物有效清除，在地面對(duì)鋼架安裝進(jìn)行加固，從而確保其滿足設(shè)計(jì)要求。與此同時(shí)，還需要采取有效的定位措施，不得出現(xiàn)錯(cuò)位和偏斜等現(xiàn)象，對(duì)鋼架安裝誤差進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而使其和混凝土能夠保持一體。

施工工藝：初噴混凝土（4cm）—打入錨桿—掛鋼筋網(wǎng)—立鋼拱架—復(fù)噴混凝土（1～3 次達(dá)到設(shè)計(jì)厚度）—二次襯砌

或初噴混凝土（4cm）—掛鋼筋網(wǎng)—立鋼拱架—復(fù)噴混凝土（1～2 次）—打入錨桿—再?gòu)?fù)噴混凝土（2cm達(dá)到設(shè)計(jì)厚度）—二次襯砌

4.1.4 噴射混凝土

在隧道初期支護(hù)中，對(duì)混凝土進(jìn)行噴射，通常采取濕噴的方式進(jìn)行，從而提升噴射效率。通常來(lái)說，需要對(duì)噴射區(qū)域進(jìn)行分別噴射處理，并要對(duì)松土和雜物等進(jìn)行處理。在實(shí)際施工前，需要充分檢查設(shè)備，對(duì)噴射施工速度進(jìn)行控制，而噴嘴和巖面角度則需要有效進(jìn)行控制，確保壓實(shí)混凝土。在混凝土終凝以后，還需要做好灑水養(yǎng)護(hù)。

4.2 明洞與邊坡開挖

在隧道施工過程當(dāng)中，明洞與邊坡的開挖施工，是十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容。在開挖施工過程當(dāng)中，首先施工人員應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量放線，一方面需要確保坡頂線位置的精確性，另一方面還需要確定截水溝的位置。在測(cè)量放線工作完成后，需要結(jié)合坡度設(shè)計(jì)，按照自上而下的流程進(jìn)行分層開挖。與此同時(shí)，施工人員還應(yīng)對(duì)邊坡的防護(hù)加大注意，使邊坡裸露時(shí)間得到縮短，并結(jié)合實(shí)際施工情況對(duì)防護(hù)設(shè)施進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于防護(hù)面積，需要結(jié)合邊坡開挖面積和防護(hù)形式來(lái)進(jìn)行明確，而其支護(hù)強(qiáng)度則可以通過對(duì)錨桿間距進(jìn)行調(diào)整以及加密鋼筋網(wǎng)、加厚混凝土厚度等相關(guān)措施來(lái)得到有效提升。在開挖施工中，相關(guān)施工人員需要對(duì)土方挖掘機(jī)進(jìn)行使用，同時(shí)還需要經(jīng)過人工修坡、小藥量爆破、風(fēng)鉆大眼、自卸車出渣等相關(guān)環(huán)節(jié)，從而使明洞和邊坡的開挖施工得以有效完成。除此之外，在開挖施工期間還應(yīng)對(duì)沉降觀測(cè)位進(jìn)行設(shè)置，保證明洞和邊坡開挖的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路隧道施工具有較高的綜合性復(fù)雜性和特殊性。對(duì)此，相關(guān)施工企業(yè)需要對(duì)隧道施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行明確，嚴(yán)格控制工程施工質(zhì)量，合理應(yīng)用施工技術(shù)，從而使高速公路隧道工程的整體建設(shè)質(zhì)量得到有效提高。