高速公路隧道工程中的洞口超前支護(hù)施工技術(shù)

羅 文

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310)

1 工程概況

開(kāi)春高速TJ05施工段共有隧道4座，總長(zhǎng)2.828 km，短隧道有新龍1#隧道、新龍2#隧道以及茶園坳隧道3座，長(zhǎng)隧道有雙悅嶺隧道1座，全部為分離式隧道，圍巖級(jí)別為III～V。III級(jí)圍巖約占17.6%、IV級(jí)圍巖約占36.1%、V級(jí)圍巖約占46.3%。

2 超前支護(hù)施工技術(shù)概述

超前支護(hù)施工技術(shù)通常應(yīng)用于地形特點(diǎn)較為復(fù)雜的隧道工程中，這是在前期展開(kāi)工程面開(kāi)挖作業(yè)時(shí)利用錨桿及鋼管進(jìn)行超前支護(hù)的一種新型施工方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)圍巖的加固、穩(wěn)定，從而確保邊坡的穩(wěn)定性以及隧道施工的安全性?？偟氖┕ぴ硎墙柚鷮?dǎo)向架、管棚等構(gòu)件，在公路隧道進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)采取有效措施使鋼管頂入，同時(shí)以錨桿固定的方式完成圍巖的預(yù)支護(hù)作業(yè)，確保開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定不變形，為后續(xù)環(huán)節(jié)的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

針對(duì)地質(zhì)特點(diǎn)相對(duì)復(fù)雜的施工場(chǎng)所，為達(dá)到超前支護(hù)的目的，應(yīng)做好充分的輔助及支撐工作，在開(kāi)展超前支護(hù)作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量放樣，確保前期準(zhǔn)備工作全面充分；然后根據(jù)施工方案以及設(shè)計(jì)圖紙要求展開(kāi)隧道明洞的開(kāi)挖作業(yè)，并結(jié)合公路隧道的實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)、氣候條件、周圍環(huán)境等因素，合理確定支護(hù)的設(shè)置情況，如管棚、鋼筋、錨桿等。最后，采取先進(jìn)的技術(shù)監(jiān)測(cè)公路隧道明洞的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，當(dāng)強(qiáng)度不符合要求時(shí)應(yīng)進(jìn)行支護(hù)以及二次襯砌，從而確保公路隧道的整體強(qiáng)度以及施工面的平整度。

3 公路隧道施工中要做好地質(zhì)勘查工作

由于公路隧道基本處于地質(zhì)情況較為復(fù)雜的區(qū)域，因而給隧道施工提出了更高的要求。在施工前應(yīng)全面地進(jìn)行地質(zhì)勘察及分析地質(zhì)特點(diǎn)，有助于制定合理的施工方案。若施工場(chǎng)所的地質(zhì)屬于較為松散的黃土，則會(huì)出現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性較差的情況。尤其是當(dāng)淺埋段斷面較大情況下應(yīng)利用超前支護(hù)技術(shù)加固邊坡。開(kāi)挖面>100 m2或者斷面較大等情況下都需要利用超前支護(hù)技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行加固[1]。

由于構(gòu)成圍巖的黃土受到雨水的浸濕作用，上部結(jié)構(gòu)往往會(huì)發(fā)生沉陷，自由水不能順利下滲和被吸收，長(zhǎng)時(shí)間作用下圍巖的穩(wěn)定性就會(huì)遭到破壞。因此，在進(jìn)入隧道口的區(qū)段施工時(shí)也應(yīng)當(dāng)使用超前支護(hù)技術(shù)加固，防止因洞口發(fā)生坍塌而影響公路隧道的質(zhì)量。開(kāi)挖明洞時(shí)，可以結(jié)合前期地質(zhì)勘察工作所獲取的相關(guān)信息，研究出與地質(zhì)特點(diǎn)相適應(yīng)的施工方案，并通過(guò)超前支護(hù)技術(shù)、結(jié)合管棚進(jìn)行施工，從而有效提升明洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，在隧道掘進(jìn)過(guò)程中也需要借助勘察結(jié)果進(jìn)行分析并確定合理的洞身支護(hù)方式。

4 超前支護(hù)施工技術(shù)

4.1 超前長(zhǎng)管棚施工

本項(xiàng)目中，所采用的超前長(zhǎng)管棚均為φ108×6 mm的熱扎無(wú)縫鋼管，各管棚的環(huán)向間距為40 cm。為了確保鉆孔方向與設(shè)計(jì)保持一致，需要在明洞襯砌外設(shè)置70 cm厚、長(zhǎng)2.0 m的C30鋼架混凝土套拱。但是在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆孔方向難免會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，但是偏差應(yīng)控制在1°～3°。該項(xiàng)目中雙悅嶺隧道左右兩線的進(jìn)口超前長(zhǎng)管棚長(zhǎng)度為30 m，出口為40 m，左右兩線各51根超長(zhǎng)管棚。

1)套拱施工。在結(jié)束明洞段上臺(tái)階開(kāi)挖作業(yè)后，應(yīng)徹底清除洞口仰坡的危石等雜物，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)邊仰坡采取相應(yīng)的錨噴支護(hù)，接著是混凝土套拱施工。套拱施工以及安裝導(dǎo)向管時(shí)首先應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量定位，確保鋼管的位置及方向與設(shè)計(jì)要求保持一致。φ14 mm固定鋼筋分別與φ133 mm孔口管、I20b工字鋼進(jìn)行可靠的焊接，且焊縫長(zhǎng)度至少為5d，對(duì)于無(wú)孔口管的鋼拱架則通過(guò)φ22 mm的縱向鋼筋連接，且各鋼筋保持100 cm的環(huán)向間距。為了鉆孔作業(yè)、注漿作業(yè)的順利進(jìn)行，在明洞開(kāi)挖環(huán)節(jié)應(yīng)預(yù)留平臺(tái)，便于滿足管棚及套拱施工時(shí)對(duì)作業(yè)高度的需求。

2)鉆孔。鉆孔前先將預(yù)埋的導(dǎo)向管從左至右從1～51編號(hào)，利用鉆機(jī)鉆孔時(shí)按照從下往上的原則，在導(dǎo)向管鉆進(jìn)、低速逐步鉆進(jìn)的方式。另外，需要借助全站儀控制并檢測(cè)鉆孔作業(yè)的質(zhì)量，控制終孔的偏斜率<1/2 000，并且每完成一孔的鉆進(jìn)即完成一根鋼管的頂進(jìn)作業(yè)后，應(yīng)及時(shí)注漿，依次完成所有的鉆孔。鉆進(jìn)施工環(huán)節(jié)應(yīng)密切關(guān)注鋼管鉆機(jī)的偏斜度，當(dāng)偏差程度超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)則應(yīng)立即采取措施調(diào)整，確保鉆孔的深度、方向等符合設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。通常情況下采用左右兩側(cè)同時(shí)施工的技術(shù)，當(dāng)完成了左側(cè)1號(hào)孔的鉆進(jìn)作業(yè)后，鉆機(jī)移動(dòng)至右側(cè)的51號(hào)孔位實(shí)施鉆進(jìn)，同時(shí)對(duì)1號(hào)孔進(jìn)行注漿，注漿結(jié)束時(shí)51號(hào)孔鉆進(jìn)結(jié)束；然后鉆機(jī)移動(dòng)至左側(cè)的2號(hào)孔進(jìn)行鉆進(jìn)，右側(cè)51號(hào)注漿，按照該順利逐漸完成所有孔的鉆進(jìn)、注漿作業(yè)。在鉆進(jìn)過(guò)程中若出現(xiàn)了坍孔、卡鉆等問(wèn)題后，應(yīng)當(dāng)在有效補(bǔ)漿后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

3)清孔。鉆頭在地質(zhì)巖芯鉆桿的作用下清掃孔底，可以去除孔底、孔壁的浮渣，另外利用高壓風(fēng)清理孔底的沉渣，保障孔徑、孔深等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免發(fā)生堵孔的現(xiàn)象。

4)管棚制作及安裝。長(zhǎng)管棚可以在施工場(chǎng)地采取分節(jié)加工的方式，鋼管接頭用長(zhǎng)15 cm的絲扣進(jìn)行對(duì)口緊密連接，如圖1所示，且同一斷面內(nèi)的接頭數(shù)不能超過(guò)接頭總數(shù)的1/2，相鄰接頭至少錯(cuò)開(kāi)1 m的距離。

圖1 超前長(zhǎng)管棚構(gòu)造示意圖(單位：cm)

另外，奇數(shù)號(hào)的孔位注漿管、偶數(shù)號(hào)的孔為無(wú)注漿，準(zhǔn)確記錄各孔的信息。安裝時(shí)按照先進(jìn)行有孔鋼花管再進(jìn)行無(wú)孔鋼花管的順序，同時(shí)通過(guò)無(wú)孔鋼花管作檢查注漿質(zhì)量。

5)注漿。注漿材料為水泥漿液且水灰比控制為1∶1，注漿的初壓為1.0 MPa、終壓2.0～2.5 MPa。通過(guò)KBY-50/70注漿機(jī)完成高壓注漿施工，嚴(yán)格控制注漿壓力及注漿量，注漿完成后及時(shí)清除鋼管內(nèi)的殘余漿液。

4.2 超前小導(dǎo)管施工

1)施工方法。通過(guò)風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，采用人工安裝超前小導(dǎo)管的方式使其與鋼架連接并焊接固定，小導(dǎo)管的外插角控制在12°，利用注漿泵注入水泥漿液，注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa；當(dāng)?shù)叵滤^豐富時(shí)則注入水泥-水玻璃漿液，其水灰比為1∶1，水泥與水玻璃體積比1∶0.5，保持相同的注漿壓力。小導(dǎo)管需要在專門的加工廠制作完成，將其前端制作為尖錐形，并每隔15 cm在管壁上交錯(cuò)鉆直徑為8 cm的眼孔，但是在距離管口500 mm的范圍內(nèi)不設(shè)置任何眼孔，如圖2所示。

圖2 超前小導(dǎo)管大樣圖(單位：cm)

鉆孔結(jié)束后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工方案將小導(dǎo)管插入孔中，對(duì)于圍巖較松軟的區(qū)域可以用油錘或鑿巖機(jī)將小導(dǎo)管逐漸打入，且導(dǎo)管尾部與鋼架牢固焊接形成可靠的預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)。注漿前先噴射5～10 cm的封閉掌子面作止?jié){墻，當(dāng)單孔的注漿量滿足設(shè)計(jì)要求值后即停止注漿。注漿過(guò)程中應(yīng)根據(jù)注漿試驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)際的施工狀況確定合理的注漿參數(shù)，注漿時(shí)準(zhǔn)確記錄相關(guān)的注漿信息，不斷分析并改進(jìn)注漿作業(yè)的參數(shù)，同時(shí)時(shí)刻關(guān)注支護(hù)面的狀態(tài)，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。

2)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 超前鋼管實(shí)測(cè)項(xiàng)目

4.3 超前錨桿施工

1)測(cè)量放樣。準(zhǔn)確測(cè)量并標(biāo)注開(kāi)挖面的中線、標(biāo)高，然后簡(jiǎn)單畫(huà)出開(kāi)挖面的基本輪廓并標(biāo)記錨桿孔位，孔位的偏差應(yīng)控制在50 mm范圍內(nèi)。

2)鉆孔。通過(guò)具備φ50 mm大鉆頭的風(fēng)槍進(jìn)行鉆孔，滿足設(shè)計(jì)深度、孔徑后清除孔內(nèi)的殘?jiān)?、水等?/p>

3)超前錨桿安裝。將早強(qiáng)錨固劑藥卷放在水中，泡至軟而不散的狀態(tài)時(shí)取出，再人工持炮棍將藥卷塞滿至孔深1/3～1/2處。注漿時(shí)應(yīng)將注漿管插入至管底到孔底50～100 mm的距離，然后逐漸灌漿，并將孔內(nèi)多余的水分?jǐn)D壓至孔外，將灌漿管緩慢拔出，其中注漿壓力不應(yīng)超過(guò)0.4 MPa。在安裝錨桿時(shí)需要運(yùn)用鐵錘捶打的方式將錨桿逐漸打入，直到錨桿達(dá)到孔底且孔口處有水泥漿液溢出。

4)將錨桿的尾部與環(huán)向鋼筋或者鋼架進(jìn)行牢固的焊接，從而提升預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。超前錨桿搭接長(zhǎng)度應(yīng)>1 m，且插入孔內(nèi)的長(zhǎng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，保持合理的縱向間距。當(dāng)超前錨桿需要與鋼架共同起到支護(hù)作用時(shí)應(yīng)當(dāng)先安裝鋼架、再穿過(guò)鋼架腹部鉆孔，然后安裝錨桿。

4.4 沉降觀測(cè)

除上述作業(yè)之外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量也是公路隧道施工的重要組成部分，且只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)才能掌握隧道圍巖和支護(hù)的實(shí)際動(dòng)態(tài)，以此來(lái)指導(dǎo)施工。隧道開(kāi)挖前，在固定位置設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，定期觀測(cè)各點(diǎn)的收斂值和沉降值。根據(jù)隧道圍巖的實(shí)際情況和參照相關(guān)規(guī)范，在公路隧道施工中需進(jìn)行的量測(cè)項(xiàng)目有：地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)觀察、隧道圍巖變形測(cè)量、隧道地表下沉降變形量測(cè)等，量測(cè)的斷面間距、測(cè)點(diǎn)布置需嚴(yán)格按照圍巖的分類和規(guī)范要求執(zhí)行。最后將量測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，繪制位移距開(kāi)挖面的曲線圖，以便施工。

5 結(jié)束語(yǔ)

公路隧道工程施工中，開(kāi)挖邊坡容易出現(xiàn)滑坡等現(xiàn)象，為加強(qiáng)坡面的穩(wěn)定性且具有較大支撐作用，通常采用超前支護(hù)施工技術(shù)對(duì)邊坡等進(jìn)行加固。采用該技術(shù)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守施工工藝流程，高質(zhì)量完成長(zhǎng)管棚、小導(dǎo)管等環(huán)節(jié)的施工，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠，保障公路隧道的整體穩(wěn)定性。

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