高速公路隧道工程施工關(guān)鍵技術(shù)探討

楊 尉 明

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

0 引言

當(dāng)代交通的快速發(fā)展，促進(jìn)了隧道工程的建設(shè)，在近些年對隧道施工技術(shù)的廣泛應(yīng)用更是促進(jìn)了隧道理論和施工工藝的發(fā)展。然隧道施工的環(huán)境復(fù)雜，稍有不慎便會引起工程事故，造成人員傷亡。為此，越來越多的專家學(xué)者投入大量精力對隧道在施工技術(shù)進(jìn)行研究分析，提出了許多新的施工工藝。以下對隧道施工技術(shù)進(jìn)行簡單的介紹和分析。

1 隧道工程方案探討

傳統(tǒng)的隧道施工工藝中，進(jìn)行隧道支護(hù)后直接在表面鋪設(shè)有機(jī)板材，之后采用在有機(jī)板上澆筑自防水混凝土的措施達(dá)到防水的效果。然而這種施工存在很多問題，導(dǎo)致隧道施工中的防滲效果并不理想。主要的原因在于：1)噴射第一層混凝土?xí)r僅僅達(dá)到了支護(hù)的效果，噴層混凝土無防滲性能，當(dāng)遇到水串通細(xì)縫的情況時，往往在隧道中會形成表面淋水的局面。2)噴層混凝土表面常常因為其平整度的問題降低有機(jī)板的鋪貼效果，使得有機(jī)板并不能充分發(fā)揮防水效果。此外，混凝土粗骨料中的石子常常對有機(jī)板造成一定程度的損害。3)有機(jī)板的使用壽命較短，常常存在老化問題，給后期運(yùn)營帶來一定程度的危害。結(jié)合上述弊端并綜合考慮地質(zhì)條件和施工環(huán)境等因素后，確定本項目的施工方案為兩道工序：1)在爆破施工后，需在裸體巖巷中進(jìn)行錨噴治水支護(hù)。2)噴射內(nèi)襯自防水泵送混凝土。本項目中的防水措施主要采用錨噴治水支護(hù)，在迎水處對滲水點進(jìn)行封堵以達(dá)到維持隧道穩(wěn)定的目的。施工時在襯砌工序前噴射混凝土，使其與圍巖之間粘結(jié)密實，形成整體性好、強(qiáng)度高的自防水構(gòu)件。優(yōu)點如下。

1.1 提高了粘結(jié)力

水泥與BR防水劑相遇時常常發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成粘性極強(qiáng)的無機(jī)硅膠。在之后進(jìn)行混凝土噴射時可以將其緊密粘結(jié)，并封住滲水點，達(dá)到很好的治水防水效果。

1.2 提高了噴層的強(qiáng)度

在隧道支護(hù)施工中起承載作用的主要是噴層與澆筑混凝土，但在傳統(tǒng)工藝中將30 cm的混凝土層人為的分成兩層，而這兩層混凝土不具有良好的粘結(jié)，從而降低了混凝土的整體性能，使其承載能力有所損失。本次施工在保證速凝的前提下，較大幅度地提高了混凝土噴層的抗壓強(qiáng)度，從而改變了摻入速凝型產(chǎn)品使混凝土噴層強(qiáng)度受損的通病。此外由于本技術(shù)噴射的混凝土選用的是團(tuán)狀，因此在巖體上具有較大的粘結(jié)力提高了噴層的密實度，達(dá)到了防水和強(qiáng)度雙重作用。

1.3 提高了噴層的耐久性

BR錨噴治水支護(hù)除了解決了隧道頂板的淋水問題，提高粘結(jié)力，避免了隧道使用過程中起鼓剝離現(xiàn)象的發(fā)生，保證隧道運(yùn)營過程中的安全性。另外還可有效抑制對耐久性不利的離子的化學(xué)反應(yīng)，使起支撐作用的鋼拱架和鋼筋不發(fā)生銹蝕。

2 隧道開挖支護(hù)的施工

2.1 混凝土錨桿支護(hù)施工要點

錨桿支護(hù)是隧道開挖支護(hù)的重點。在隧道開挖后需盡快進(jìn)行錨桿的安設(shè)作業(yè)，加固隧道坑道的穩(wěn)定。一般施工工序為：施工前準(zhǔn)備→測定孔位→鉆孔→安插錨桿→安裝墊板。施工前的準(zhǔn)備階段主要是制作錨桿，一般選用螺紋鋼筋來進(jìn)行錨桿制作，并需要對鋼筋尾部進(jìn)行處理。在尾部處理后需要注意將錨桿的桿件進(jìn)行調(diào)整，確保錨桿呈直線。在錨桿制作完成后需確定錨桿的位置，在實際的施工中往往需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H地質(zhì)情況和巖層的狀況對錨桿位置進(jìn)行合理的設(shè)置。由于地質(zhì)情況的復(fù)雜多樣，為充分發(fā)揮錨桿的連接作用，必須確保錨桿與巖層面垂直連接。如圖1所示為錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)。在布置安裝完錨桿后需要在錨桿端部設(shè)置墊板，墊板是將錨桿與混凝土進(jìn)行緊密連接的重要保證。為此，需對墊板的安裝質(zhì)量進(jìn)行控制，施工中應(yīng)確保墊板與巖層表面接觸的緊密性。在將墊板的螺絲擰緊后還應(yīng)切除多余的錨桿，并在螺絲處進(jìn)行封堵確保表面平整，方便之后對混凝土進(jìn)行噴射。在施工過程中若發(fā)現(xiàn)錨桿的布置不合理可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，防止因為錨桿不足為施工過程帶來安全隱患。

2.2 噴射混凝土施工技術(shù)

本項目中采用BR速凝型增強(qiáng)防水劑進(jìn)行混凝土噴射作業(yè)，混凝土的凝固時間在7 min以內(nèi)；采用C20混凝土進(jìn)行噴射，其中噴層厚度設(shè)為10 cm，對噴層抗?jié)B要求為大于S20。進(jìn)行混凝土噴射施工時，需注意在隧道錨桿支護(hù)完成后要及時進(jìn)行噴射，使開挖面的圍巖及早處于封閉的環(huán)境中，防止風(fēng)化作用降低圍巖本身的穩(wěn)定性。此外，若是施工現(xiàn)場中開挖的圍巖輪廓并不整齊，為了保證開挖面的平整度，施工人員可采用棉板、木板等材料對凹面進(jìn)行遮蓋、填充以實現(xiàn)平整度的要求。但這就導(dǎo)致施工中很難對支護(hù)進(jìn)行嚴(yán)格的把控。也為后期隧道的施工和正常使用帶來了極大的安全隱患，不利于隧道的運(yùn)營。如圖2所示為隧道混凝土噴漿作業(yè)。

2.3 BR泵進(jìn)自防水混凝土澆筑施工

在錨噴治水支護(hù)層施工完成后可進(jìn)行BR泵進(jìn)自防水混凝土的澆筑。進(jìn)行澆筑前需確保錨噴治水支護(hù)層表面的干燥。本項目的抗?jié)B應(yīng)控制在S12左右，由于采用了抗?jié)B值大于S32的混凝土，因此可滿足澆筑過程中對隧道圍巖防水性能的要求。同時提高了耐久性，由于其性能的優(yōu)越性，因此本次施工可不考慮滲水的制約，可進(jìn)行全天施工，提高施工速度，縮短了施工周期。

3 對隧道開挖支護(hù)技術(shù)施工的建議

隧道開挖防護(hù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有利于保證洞口巖層的穩(wěn)定性，為施工人員的生命安全增添一道保險。而以新的施工工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝不僅提高了施工質(zhì)量和使用性能還降低了造價、提高了工效。但不規(guī)范的施工和不恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞揭呀?jīng)嚴(yán)重影響了支護(hù)的實際功效，給施工和駕駛?cè)藛T帶來了生命的威脅。對此，特提出以下意見望各位同行指教。

3.1 確保支護(hù)工具的可靠性

在市場材料參差不齊的今天，為控制隧道支護(hù)施工的質(zhì)量首先應(yīng)對支護(hù)工具進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。要對鋼管規(guī)格、鋼架材料及錨桿的規(guī)格性能進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督管理。施工單位的采購人員必須加強(qiáng)對建筑材料的質(zhì)量檢測，購買合格的材料。此外還要注意支護(hù)材料在施工現(xiàn)場的擺放位置，避免因為材料的不合理放置影響到錨桿、鋼架等支護(hù)工具的質(zhì)量，從而對支護(hù)施工的整體質(zhì)量造成影響。

3.2 對施工過程進(jìn)行監(jiān)督管理

由于混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度受配合比的控制，鋼架的質(zhì)量受到安裝質(zhì)量的影響，錨桿支護(hù)能否實現(xiàn)預(yù)定效果受到施工過程的制約。因此要確保隧道支護(hù)施工的質(zhì)量應(yīng)首先規(guī)范施工流程，加強(qiáng)對施工過程的監(jiān)督管理。確保施工人員執(zhí)行相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行施工。在影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵階段還應(yīng)安排專人對施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督。例如混凝土的拌合階段應(yīng)安排人員對拌合過程進(jìn)行監(jiān)督，嚴(yán)格監(jiān)督材料投放的順序和攪拌的時間，避免不合理的施工造成混凝土質(zhì)量上的缺陷，從而對隧道支護(hù)施工的質(zhì)量做到進(jìn)一步的控制，以滿足隧道施工質(zhì)量和功能的要求。