路橋隧道工程開(kāi)挖支護(hù)的施工要點(diǎn)研究

王 元

北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司

1 隧道工程的特點(diǎn)

隧道工程施工作業(yè)存在較為顯著的特點(diǎn)，施工工藝復(fù)雜，施工難度比較大。其施工特點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一，隧道工程施工會(huì)受到眾多不可預(yù)測(cè)因素的影響，特別是施工區(qū)域地質(zhì)條件對(duì)隧道施工的影響體現(xiàn)得尤為明顯，在工程開(kāi)始施工之前如果沒(méi)有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具體地質(zhì)條件和水文環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)勘察和全面掌握，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)施工區(qū)域瓦斯及泥石流等不良地質(zhì)的有效預(yù)測(cè)和方案，施工過(guò)程就會(huì)面臨此類安全風(fēng)險(xiǎn)。二，隧道工程施工作業(yè)難免會(huì)在一定程度上破壞區(qū)域內(nèi)的原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)變化情況，就有可能引發(fā)塌方甚至是更為嚴(yán)重的安全事故。三，隧道施工作業(yè)環(huán)境往往都處于地下，存在很強(qiáng)的隱蔽性，各施工環(huán)節(jié)之間存在非常緊密的關(guān)聯(lián)，環(huán)環(huán)緊扣，后續(xù)施工會(huì)覆蓋前期施工環(huán)節(jié)，這就使一些較為隱蔽的風(fēng)險(xiǎn)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，影響后續(xù)一系列工作的順利開(kāi)展。

2 路橋隧道工程開(kāi)挖施工技術(shù)類型

2.1 全斷面開(kāi)挖法

全斷面開(kāi)挖法是路橋隧道工程施工中最為常見(jiàn)的一種掘進(jìn)方式，具體施工操作必須嚴(yán)格按照隧道工程整體設(shè)計(jì)方案，采取一次性開(kāi)挖方式，利用鉆孔臺(tái)車進(jìn)行掘進(jìn)。隧道工程開(kāi)挖作業(yè)采用全斷面開(kāi)挖法，可以借助鉆孔臺(tái)車實(shí)施連續(xù)性開(kāi)挖，直至達(dá)到隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為止。實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程通常情況下將整個(gè)隧道分成若干個(gè)施工段，待上一階段開(kāi)挖完成之后方可進(jìn)入下一階段的施工作業(yè)，嚴(yán)格按照分段開(kāi)挖順序進(jìn)行施工。

2.2 分部開(kāi)挖法

分部開(kāi)挖法是指在隧道開(kāi)挖之前進(jìn)行引導(dǎo)坑開(kāi)挖的一種掘進(jìn)方式。首先利用引導(dǎo)坑對(duì)隧道某個(gè)部分進(jìn)行提前開(kāi)挖，挖出一段施工作業(yè)面，然后在此基礎(chǔ)之上實(shí)施必要的支護(hù)作業(yè)，完成支護(hù)之后再開(kāi)挖剩余部分。相比較而言，這種開(kāi)挖方式的安全性更高，比較適用于一些特殊土層開(kāi)挖作業(yè)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，分部開(kāi)挖其實(shí)就是將隧道工程整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程分成兩個(gè)部分，一部分是提前施工，另一部分是后續(xù)施工，由于第一部分開(kāi)挖之后采取了一定的支護(hù)措施，所以更好地保證了整個(gè)開(kāi)挖施工的安全性[1]。

2.3 長(zhǎng)臺(tái)階法

長(zhǎng)臺(tái)階開(kāi)挖法多應(yīng)用于地形較為特殊的隧道工程開(kāi)挖作業(yè)，最常見(jiàn)的是圍巖等級(jí)在1～3 級(jí)情況下采取這種開(kāi)挖法。長(zhǎng)臺(tái)階開(kāi)挖法最大的特點(diǎn)是開(kāi)挖面積比較小且流水線長(zhǎng)度大，對(duì)整個(gè)開(kāi)挖施工過(guò)程具有很好的穩(wěn)定作用。就我國(guó)目前情況來(lái)看，長(zhǎng)臺(tái)階開(kāi)挖法的施工長(zhǎng)度多在100m 以內(nèi)，實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程還需要采取相應(yīng)的支護(hù)處理。需要注意的是，在使用長(zhǎng)臺(tái)階開(kāi)挖法的時(shí)候，需要提前做好排煙排水準(zhǔn)備工作。

2.4 短臺(tái)階法

短臺(tái)階法主要適用于圍巖等級(jí)在4級(jí)以上的隧道開(kāi)挖方式，由于這種地層巖石穩(wěn)定性比較差，而且?guī)r石傳遞載荷較低，如果開(kāi)挖長(zhǎng)度比較大的話很容易引發(fā)塌方事故。所以為了更好地保證隧道開(kāi)挖過(guò)程的安全性，4級(jí)以上的圍巖結(jié)構(gòu)最好采用短臺(tái)階開(kāi)挖法，這種開(kāi)挖方式的掘進(jìn)長(zhǎng)度比較小，一般都是邊開(kāi)挖邊支護(hù)，不僅保證了開(kāi)挖質(zhì)量可以滿足工程設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還保證了開(kāi)挖過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性，提高了開(kāi)挖效率，降低了巖石坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 超短臺(tái)階法

超短臺(tái)階開(kāi)挖法是相較于短臺(tái)階開(kāi)挖的一種方式，主要適用于圍巖等級(jí)在5級(jí)到6級(jí)的隧道結(jié)構(gòu)，此類巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極差，開(kāi)挖過(guò)程非常容易發(fā)生塌方事故，嚴(yán)重威脅著施工設(shè)備的正常作業(yè)和施工人員的生命安全，而超短臺(tái)階法的應(yīng)用就很好地避免了以上問(wèn)題的出現(xiàn)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，在開(kāi)挖較短一段就需要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，形成較為密集的支護(hù)環(huán)境[2]，保證了開(kāi)挖施工過(guò)程的安全性。實(shí)踐證明在隧道工程開(kāi)挖過(guò)程中采用超短臺(tái)階法取得了非常不錯(cuò)的成效，當(dāng)然具體施工質(zhì)量受支護(hù)工程的很大影響。

3 路橋隧道工程開(kāi)挖支護(hù)施工要點(diǎn)

3.1 錨桿支護(hù)

路橋隧道工程施工中采用錨桿支護(hù)，在開(kāi)始施工前就要由專業(yè)人員對(duì)導(dǎo)管孔進(jìn)行仔細(xì)檢查，保證其符合工程設(shè)計(jì)要求，然后開(kāi)展錨桿安裝作業(yè)。由于錨桿桿體是由中空厚壁的全螺紋所構(gòu)成，在具體施工過(guò)程中可以根據(jù)需求對(duì)其進(jìn)行切割處理，為后期配件安裝作業(yè)提供便利，安裝好之后利用齒峰凹槽對(duì)其進(jìn)行固定。在具體施工過(guò)程中，需要保證錨桿孔深度、位置和布置的準(zhǔn)確性，使用的水泥砂漿強(qiáng)度要求超過(guò)C20 的硅酸鹽水泥和細(xì)砂。施工人員還需要按照設(shè)計(jì)要求標(biāo)出注漿錨桿的具體位置，保證巖面和錨孔的垂直效果都嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)要求，鉆孔作業(yè)過(guò)程中要及時(shí)將孔內(nèi)的水導(dǎo)出，同時(shí)還保證錨桿墊板和孔口混凝土之間的緊密性，最后仔細(xì)觀察錨桿頭的變形過(guò)程，保證墊板螺帽的緊固程度。

3.2 混凝土噴射支護(hù)

隧道開(kāi)挖作業(yè)完成之后就應(yīng)該立即檢查開(kāi)挖斷面尺寸，然后利用撬或者頂多種技術(shù)手段對(duì)圍巖初噴進(jìn)行封閉處理，確保圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足施工要求。在噴射混凝土的時(shí)候，通常采用濕噴機(jī)，這一操作過(guò)程要求施工地段沒(méi)有地下水。拌料過(guò)程必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程規(guī)范加入混凝土和速凝劑，噴射距離最好控制在0.8m～1.2m 之間[3]，而且好保持和巖面的垂直度，噴射作業(yè)按照從下到上的分段施工原則開(kāi)展。在噴射中拱部位的時(shí)候，可以采用臺(tái)階法先噴射拱部拱腳，然后再噴射拱部拱頂，噴射長(zhǎng)度要保持低于4m，在噴射過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)巖面不平整現(xiàn)象應(yīng)該先噴射巖面凹陷部位，再噴射較為平整的巖面。

3.3 鋼筋網(wǎng)支護(hù)

在制作鋼筋網(wǎng)之前就要仔細(xì)檢查鋼筋材料的質(zhì)量，確保材料質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，制作好鋼筋網(wǎng)之后同樣需要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保鋼筋沒(méi)有出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，之后在鋼筋棚里將其綁扎好。在鋼筋網(wǎng)支護(hù)施工過(guò)程中，工作人員首先要提前將大片的鋼筋網(wǎng)加工制作好，錨桿安裝完畢后開(kāi)始鋪裝鋼筋網(wǎng)，在洞外按照隨高就低原則緊貼初噴面放置好鋼筋網(wǎng)，如果有鋼支撐可以將鋼筋網(wǎng)放置在兩邊榀鋼外弧并進(jìn)行點(diǎn)焊處理，若沒(méi)有鋼支撐則應(yīng)該通過(guò)沖擊孔實(shí)施打淺孔對(duì)膨脹螺栓進(jìn)行埋設(shè)[4]，之后再將鋼筋網(wǎng)固定在膨脹螺栓上，并在錨桿尾部進(jìn)行點(diǎn)焊固定。

3.4 超前小導(dǎo)管開(kāi)挖支護(hù)

制作好超前小導(dǎo)管之后就可以將其布置在隧道拱部120°范圍內(nèi)，按照環(huán)向進(jìn)行布置，并將其間距控制在0.40m～0.5m之間，外傾角控制在10°～12°之間。在布孔操作完成之后便可以開(kāi)始鉆孔作業(yè)，之后便是安裝小導(dǎo)管，最后進(jìn)行注漿作業(yè)。安裝小導(dǎo)管的時(shí)候，施工人員一定要嚴(yán)格按照施工流程要求，同時(shí)還要利用水泥漿將圍巖空隙填滿，以起到穩(wěn)定隧道開(kāi)挖面的作用。

3.5 鋼拱架支護(hù)

采用鋼拱架對(duì)路橋隧道施工進(jìn)行支護(hù)，具體支護(hù)流程為初噴--制作鋼拱架--安裝鋼拱架--連接鋼筋--加固--錨桿--噴射混凝土等。鋼拱架制作環(huán)節(jié)多在洞外的加工房或者場(chǎng)地進(jìn)行，需要對(duì)每節(jié)鋼拱架的兩端連接板焊接和螺栓連接處理，之后再對(duì)拱部進(jìn)行安裝，為了給拱部的拱架和下部連接工作提供便利，上部拱腳開(kāi)挖高度最好比上部開(kāi)挖底線低15cm～20cm里面，安裝拱部的時(shí)候要在拱腳位置設(shè)置一定的墊板和砂墊層，同時(shí)隨鎖腳錨桿進(jìn)行鎖固[5]。下部開(kāi)挖作業(yè)完成之后還需要及時(shí)安裝邊墻拱架，所有拱架安裝完成之后還要利用縱向連接筋進(jìn)行一體化統(tǒng)一連接，針對(duì)已經(jīng)安裝完畢的拱架拱腳位置設(shè)置鎖腳錨桿，并且將其高程和橫向誤差控制在5cm以內(nèi)，左右縱向誤差也控制在5cm范圍之內(nèi)，垂直度誤差控制在2°以內(nèi)。

4 提升路橋隧道工程開(kāi)挖支護(hù)施工有效性的措施

4.1 更新隧道開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)理念

我國(guó)目前路橋隧道工程施工對(duì)開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，雖然為施工過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性帶來(lái)了很大的保障，但依然存在諸多問(wèn)題，有待研究人員進(jìn)一步完善和解決。而且隨著時(shí)代的發(fā)展和科技水平的不斷提升，現(xiàn)如今的工程施工作業(yè)要求融入更加先進(jìn)的開(kāi)挖技術(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念[6]，促使隧道開(kāi)挖支護(hù)逐漸向著更加科學(xué)和系統(tǒng)化方向發(fā)展，為隧道工程安全施工提供可靠的前提保障，進(jìn)一步鞏固路橋隧道工程在社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的地位。這就要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分結(jié)合工程具體特征編制最為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，保證其實(shí)用性和可靠性，并對(duì)整個(gè)開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程展開(kāi)動(dòng)態(tài)化管控。

4.2 注重開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)信息化管理

隨著時(shí)代的發(fā)展和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，為各行各業(yè)都帶來(lái)了巨大的改變，路橋隧道工程開(kāi)挖支護(hù)工作同樣也需要運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)施管理。施工單位可以成立一個(gè)信息共享信息系統(tǒng)，為各部門(mén)之間的溝通和交流提供方便，同時(shí)也可以將隧道開(kāi)挖支護(hù)具體流程和施工中存在的問(wèn)題錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，利用相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行分析研究，構(gòu)建路橋隧道三維模型，促使施工規(guī)劃方案的進(jìn)一步完善。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)近些年路橋隧道工程施工技術(shù)水平也取得了很大的提升和進(jìn)步，但由于隧道施工作業(yè)很容易受到各種外界環(huán)境的影響，合理采用開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)可以適當(dāng)緩解環(huán)境對(duì)施工作業(yè)的影響，保證施工過(guò)程的順利安全推進(jìn)，進(jìn)一步促使我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。