淺析超前支護技術在公路隧道施工中的應用

陳仁寬

宣城市交通建設工程質(zhì)量監(jiān)督站 安徽 宣城 242000

引言

新時代背景之下，我國的公路建設覆蓋的面積越來越廣，但由于我國的地質(zhì)條件較為復雜，所以在公路建設過程中經(jīng)常會因地勢問題而對建設產(chǎn)生阻礙。但公路隧道的建立有效解決了這一問題，隧道工程不僅可以有效解決地質(zhì)問題帶來的困難，還能節(jié)省公路施工成本，進一步推進我國社會經(jīng)濟發(fā)展。

1 超前支護施工技術的概述

本文在闡述超前支護技術在公路隧道施工中的應用時，主要以績溪縣S456上金山隧道工程為案例進行深入分析。該工程項目中，公路隧道整體建設使用的是端墻式洞門結(jié)構(gòu)，隧道主體是單洞雙向行車道，二級公路等級，設計時速60km/h，隧道凈寬10m，凈高5m，隧道全長2505m。襯砌結(jié)構(gòu)按新奧法原理，采用復合式襯砌結(jié)構(gòu)形式。本隧道洞身Ⅴ級圍巖打設Φ42超前小導管注漿，IV級圍巖打設超前錨桿進行超前支護。本隧道洞身Ⅴ級圍巖打設Φ42超前小導管注漿，IV級圍巖打設超前錨桿進行超前支護。在隧道工程施工開始之前，專業(yè)的勘測人員會對隧道建設所在地的地質(zhì)情況進行細致調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果再對工程施工技術進行選擇和分析，該工程項目中，首先要將施工圍巖結(jié)構(gòu)進行不同等級的劃分，然后使用錨桿錨網(wǎng)混凝土噴射和鋼拱架支撐這兩種方式來對工程進行支護作業(yè)。在進行水泥漿注漿施工時，本工程采用的是小導管，水泥漿中水灰的比例為1∶1，為有效實現(xiàn)注漿作業(yè)在工程中的加固作用，所以要在水泥漿中加入一定量的速凝劑。注漿時，先在小導管的上方鉆取多個直徑為8mm的注漿孔，注意注漿孔排布不能過于密集，兩個注漿孔之間的距離要保持在15cm以上，為了能夠?qū)崿F(xiàn)順利注漿，在小導管內(nèi)部的鋼管前端應該設置一個10cm左右的尖錐結(jié)構(gòu)[1]。

2 超前小導管施工工藝流程

2.1 鉆孔施工

在超前小導管進行鉆孔作業(yè)之前，要先對拱部位置的鉆孔作業(yè)面進行隔離封閉，最好的封閉方式就是向作業(yè)面噴射混凝土材料，噴射時要注意混凝土材料的厚度最好不要大于5cm，并且要對混凝土材料凝結(jié)后的質(zhì)量進行檢測，不能夠出現(xiàn)過多的裂縫，否則會影響整個隧道的施工質(zhì)量。在打孔作業(yè)前，先要按照設計和規(guī)范要求對超前支護的孔位進行布孔。在進行打孔作業(yè)時，要先利用鉆機對整個輪廓面上的外部區(qū)域進行挖掘，并在施工過程中要保證沿斜插角角度進行。在成孔后，采用高壓水或高壓風進行清孔，清孔完成后應盡快進行送桿，防止再次出現(xiàn)堵塞。在小導在小導管向作業(yè)面進行頂進時，要注意使用沖擊振動的方法來實現(xiàn)鉆孔目的，最好使用風動鑿巖機來進行作業(yè)。小導管頂進工作中，需要對設備的回轉(zhuǎn)抓作業(yè)角度進行調(diào)整，以實現(xiàn)在設備沖擊力之下鋼管能夠快速且順利地進入鉆孔中，且要保證一定的進入深度，在這一過程中要注意的是，要加強小導管尾端與鋼架之間的連接，避免出現(xiàn)因沖擊力度過大而導致小導管與鋼架分離的情況出現(xiàn)。鉆孔施工過程之中，需要將小導管按照順序編排號碼，排號碼的原因是在進行施工時，施工人員會按照奇數(shù)和偶數(shù)的不同來進行穿插注漿作業(yè)，先將奇數(shù)號的小鋼管建設并注漿，然后再對偶數(shù)號的鋼管進行搭建并注漿，這種作業(yè)方式能夠?qū)崿F(xiàn)施工人員對注漿作業(yè)的二次檢查，保證公路隧道施工質(zhì)量，若在作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)某一鋼管未完成一輪注漿工作，需要立即進行補漿。對小鋼管的注漿工作進行兩輪檢查之后，確保鉆孔、注漿作業(yè)達到了公路隧道的施工要求之后，才可以進行下一步的施工作業(yè)[2]。

2.2 注漿施工

公路隧道注漿施工過程中需要注意的施工要點也很多，在進行小導管的安裝時，應該保證小導管能夠向外延長一定的長度，這一目的是為了有效實現(xiàn)注漿管的連接。安裝過程要保證小導管周圍不能存在空隙或裂縫，若有裂縫可以使用塑膠泥漿材料對導管周圍實現(xiàn)密封處理，在這一過程中可以同時對作業(yè)面噴射的混凝土材料進行二次檢查，若混凝土材料出現(xiàn)裂縫應及時進行二次密封處理。注漿工作對后續(xù)的公路隧道順利建設有著至關重要的作用，因此工作人員要在注漿工作開始之前，將注漿漿液的配比進行細致的設計和檢查，并對注漿設備的工作狀態(tài)、導管之間的連接、接口的密封程度等因素進行檢測，盡力將注漿工作保質(zhì)保量的一次完成，避免出現(xiàn)漏漿的情況。在保證所有檢測工作都按照標準完成之后，可以將水泥漿液濃度為1∶1的漿液直接傾倒進注漿機的儲存筒之中，然后就可以將注漿機開啟向小導管周圍的區(qū)域進行壓漿作業(yè)，在注漿工作進行過程中，注漿壓力需要由低向高逐漸加壓，剛開始注漿作業(yè)時壓力最好保持在0.5MPa左右，然后緩慢地將壓力逐漸升至1.0MPa，整個注漿工作持續(xù)時間大約為10min，注漿完成之后，就可以關閉注漿設備并對注漿質(zhì)量進行檢查。

2.3 施工控制要點

在公路隧道的建設過程之中，鉆孔、注漿工作屬于前期工作，前期工作的質(zhì)量對后續(xù)的隧道建設起決定性作用。因此，工作人員在進行這兩個施工步驟前，一定要做好充足的前期準備工作，首先要先對作業(yè)設備進行調(diào)試和檢查，其中注漿設備必須要進行試運轉(zhuǎn)工作，一旦發(fā)現(xiàn)設備出現(xiàn)異常運轉(zhuǎn)的情況，就要立即維修排除隱患，才能夠保證注漿工作的順利完成。其次，在進行注漿作業(yè)時，施工人員一定要保證對注漿壓力產(chǎn)生有效控制，避免由于注漿壓力過大或過小而產(chǎn)生注漿變形或串漿的問題，以保證后續(xù)建設工程的順利開展。在鉆孔注漿過程中普遍的施工問題解決方法如下，第一，針對隧道建設區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)進行深入調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果實現(xiàn)有效注漿方案的建設，利用最為適宜的注漿方法來實現(xiàn)注漿質(zhì)量的提升。第二，在進行注漿作業(yè)時，可以使用較低的注漿壓力或者采用間隙注漿的注漿方法，這兩個方法能夠?qū)⒆{過程中所發(fā)生的大部分問題實現(xiàn)有效避免。第三，在注漿過程中一旦出現(xiàn)了串漿問題，可以在注漿作業(yè)中同時使用2臺注漿設備，利用2臺設備實現(xiàn)對工程的同步注漿作業(yè)，還可以將出現(xiàn)串漿問題的鉆孔進行堵塞處理，然后可以使用細鐵絲或者鋼筋徹底清除串漿孔內(nèi)部貯存的雜物，然后再開始繼續(xù)進行注漿作業(yè)。在進行注漿工作時，現(xiàn)場施工人員要隨時關注注漿進度和情況，一旦發(fā)現(xiàn)水泥漿凝結(jié)的時間與計劃的時間出現(xiàn)時間差，施工人員應立即停止注漿作業(yè)、實現(xiàn)協(xié)調(diào)配合，將公路隧道的施工工藝做出及時的修改以及調(diào)整，將注漿工作順利完成。針對注漿過程中存在的漏漿問題，施工人員可以在整個管道的尾部設置一個阻塞工具，以實現(xiàn)對漏漿孔的填堵工作，進而保證整個注漿工作順利完成，公路隧道建設能夠更加穩(wěn)定[3]。

3 超前錨桿施工工藝流程

3.1 施工原材料制備

公路隧道建設中，在進行超前錨桿施工之前，施工人員需要先準備好該施工流程所需要應用到的原材料，這一環(huán)節(jié)主要使用的主要原材料為錨桿材料，錨桿施工對于錨桿的質(zhì)量要求較高，所以需要進行細致的材料選取工作。選取好高質(zhì)量錨桿之后，施工人員還應該對錨桿進行除銹、除油污作業(yè)，以保證錨桿材料能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量隧道建設。超前錨桿施工的第二原材料為水泥砂漿，水泥砂漿的制備要格外注意其原料配比，并在其中加入適量的早強劑，以實現(xiàn)P42.5普通硅酸鹽水泥材料的制備。超前錨桿施工的第三原材料為砂石材料，選取時要注意砂石顆粒不能過大，但是要保證砂粒具有足夠強的硬度，砂粒直徑保持在2.5mm以內(nèi)為最佳，在使用前要經(jīng)過細致的篩選和清潔工作。3種施工原材料配備完成之后，施工人員也要注意，砂漿材料在使用時要保證充分攪拌，且砂漿材料不宜一次攪拌量過多，因為砂漿材料的質(zhì)量和黏度會隨著放置時間的延長而下降。所以施工人員應少量多次的對砂漿材料進行攪拌，避免砂漿材料初凝現(xiàn)象的產(chǎn)生，影響后續(xù)的公路隧道建設質(zhì)量。

3.2 錨桿孔施工

在對錨桿孔進行施工的過程中，錨桿孔的鉆取作用是為了能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿的插入作業(yè)，錨桿孔位置準確建立，能夠?qū)崿F(xiàn)整個高速公路隧道建設的高質(zhì)量完成，所以在這一步驟中施工人員要先對錨桿孔的設定位置進行確認，針對工程建造地區(qū)的不同，施工人員也需要結(jié)合隧道建設所在區(qū)域周圍的巖石具體情況，對錨桿孔的位置進行合理的設定和標注，這一步驟中，要求施工人員必須要保證自身的專業(yè)性，錨桿孔的標注偏差必須要在5cm之內(nèi)，否則就會出現(xiàn)質(zhì)量問題。且在設置錨桿孔的孔內(nèi)直徑時，一定要保證其標準度。施工人員還要注意錨桿孔需要具備足夠的深度，以保證錨桿能夠完全進入錨桿孔，保險起見錨桿孔的深度要比實際的錨桿長度多出10cm左右，這一步驟的專業(yè)性要求同樣很高，要保證錨桿孔深度的誤差小于50mm。這一步驟對于施工人員的專業(yè)性要求較強，為實現(xiàn)隧道工程良好建設，工程代理商可以加強對于專業(yè)施工人員的專業(yè)培訓和招聘工作，來保證施工人員的專業(yè)度能夠覆蓋整個工程建設。錨桿孔鉆孔完畢后，施工人員還應該及時進行收尾工作，將儲存在錨桿孔內(nèi)部的雜物、積水和施工廢料進行清除，以避免這些雜物的存在影響后續(xù)錨桿的施工，從而帶來不必要的麻煩，影響公路隧道建設的施工效率和質(zhì)量。

3.3 錨桿安裝

在進行錨桿安裝作業(yè)時，主要的安裝步驟有3個。首先，需要進行注漿施工，施工人員根據(jù)工程建設的實際情況，采取灌漿法或注漿法向錨桿孔中進行注漿作業(yè)。在進行注漿作業(yè)時除意外情況之外，盡量不要中途暫停注漿，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)注漿工作的高質(zhì)量、穩(wěn)定進行，防止注漿工作不能發(fā)揮作業(yè)意義的情況產(chǎn)生。注漿時還應該保證注漿過程中的啞鈴控制，保證錨桿孔所受到的注漿壓力不超過0.4MPa。注漿工作過程之中應該時刻保持錨桿孔處于密封狀態(tài)，以避免漏漿情況產(chǎn)生。注漿時，注漿管應保持與錨桿孔底部保持5～10cm的距離，并隨著注漿作業(yè)的逐漸完成而慢慢地將注漿管抽出來，以保證整個注漿過程的均勻和穩(wěn)定。其次，要進行錨桿的插入工作，錨桿插入之前，施工人員需要把水注入牛角泵中，但是注入牛角泵中的水含量不宜過多，只需要占牛角泵總?cè)莘e的2/3即可，同時向牛角泵中注入一定量的砂漿材料，砂漿材料在注入牛角泵之前，需要先用水對砂漿材料做潤濕工作，然后再將潤濕后的砂漿材料注入牛角泵之中。之后需要將注漿管插入錨桿孔之中，需要注意的是注漿管應該盡可能地進入錨桿孔底部，并對牛角泵的蓋子做有效的密封處理。這次的注漿作業(yè)中，更應該保證較小的注漿壓力，注漿壓力保持在0.2MPa為最佳。在對砂漿材料進行壓鑄工作時，工作人員要密切關注壓鑄過程中的壓力表數(shù)值變化，一旦發(fā)現(xiàn)壓力表上顯示的壓力數(shù)值過高，就要立即停止注漿作業(yè)，并立即找出壓力值過大這種情況產(chǎn)生的原因，并將問題解決后，再繼續(xù)進行接下來的注漿工作。最后，需要進行的操作步驟就是錨桿的安裝工作，在錨桿安裝過程中需要注意，錨桿插入錨桿孔的深度，不能超過錨桿長度的95%，且施工人員在進行錨桿的安裝工作時，最好能夠?qū)崿F(xiàn)一次成型，避免安裝完成后再對錨桿安裝進行調(diào)整，二次調(diào)整可能帶來的后果是，導致錨桿以及灌注進錨桿孔之中的砂漿材料無法實現(xiàn)良好的結(jié)合，使得兩者之間的黏性減弱，導致錨桿安裝不穩(wěn)定。為了實現(xiàn)整個支護工作的穩(wěn)定性，需要在錨桿的底端與鋼架之間進行加固處理[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在進行公路隧道建造時，要對建造過程所涉及的地形地貌、圍巖狀況、水文地質(zhì)、氣候等各類因素進行充分的考量，并根據(jù)設計、現(xiàn)場勘查、監(jiān)控量測結(jié)果實現(xiàn)對于隧道建設支護工作的完善。支護工作在公路隧道設計中的穩(wěn)定、有效實現(xiàn)，能夠提升整個隧道工程的穩(wěn)定性和建造質(zhì)量，為保護人民生命及財產(chǎn)安全有著重要意義。