公路隧道工程支護(hù)及襯砌技術(shù)探析

梁小威

（甘肅省交通工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

公路隧道工程具有難度大、影響因素多、不確定性多等特點(diǎn)，任何一個(gè)細(xì)節(jié)把控不當(dāng)，都會(huì)影響公路隧道工程施工質(zhì)量和施工的安全性。支護(hù)和襯砌作為公路隧道工程施工的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)引起高度重視。近年來(lái)，大量高新技術(shù)和設(shè)備被廣泛應(yīng)用到公路隧道工程施工中，出現(xiàn)了很多不同種類的支護(hù)和襯砌施工技術(shù)，每種施工技術(shù)都有其獨(dú)特的應(yīng)有范圍和優(yōu)勢(shì)，在具體施工中，需要結(jié)合地質(zhì)條件、公路隧道工程的結(jié)構(gòu)形式等，選擇合適的施工技術(shù)，并加強(qiáng)應(yīng)用管理，才能提升施工質(zhì)量。

2 公路隧道工程施工中支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 支護(hù)技術(shù)的選用

在公路隧道工程施工中支護(hù)技術(shù)的選用和圍巖的穩(wěn)定程度有直接關(guān)系，通常情況下可參照表1來(lái)選擇支護(hù)技術(shù)：

表1 公路隧道工程支護(hù)技術(shù)選擇表

通常情況下，在進(jìn)行Ⅰ級(jí)圍巖和Ⅱ級(jí)圍巖施工中，為提升施工效率，可采用先開挖、后支護(hù)的方法，但要控制開挖面到支護(hù)的距離在5～10 m。在進(jìn)行Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖施工中，需要采用邊開完，邊支護(hù)的方法，支護(hù)要緊跟掌子面。在進(jìn)行Ⅴ級(jí)圍巖和Ⅵ圍巖施工中，必須采用先支護(hù)，后開挖的方法。為保證施工的安全性，若隧道施工條件合適，要盡量采用臨時(shí)支護(hù)和永久性支護(hù)相互結(jié)合的方法。

2.2 中空注漿錨桿施工技術(shù)

在進(jìn)行公路隧道工程施工中，中空注漿錨桿支護(hù)技術(shù)是應(yīng)用做多的支護(hù)技術(shù)，在多數(shù)地段都可以得到良好的應(yīng)用，在具體應(yīng)用中，需要結(jié)合公路隧道工程的特點(diǎn)以及技術(shù)要求開展有針對(duì)性的作用，具體的施工要點(diǎn)如下：

第一，按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，通過(guò)測(cè)量放線的方法，確定好每根錨桿安裝的具體位置，作為鉆孔和錨桿安裝的依據(jù)。

第二，在正式施工前，需要對(duì)導(dǎo)管孔的深度、孔徑、垂直度等進(jìn)行全面檢查，保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行錨桿安裝。并按照設(shè)計(jì)要求配制灌漿漿液，配制好的漿液通過(guò)電動(dòng)注漿機(jī)注入到錨桿中，控制好注漿的壓力，以及注漿的飽滿度。保證單管注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，才能進(jìn)行下部操作。

第三，在注漿操作中，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后，不能立即停止注漿，還要繼續(xù)穩(wěn)壓20 min左右，以保證注漿的有效性，當(dāng)進(jìn)漿量少于注漿終量時(shí)，方可結(jié)束注漿，以保證每根錨桿孔的漿液量都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

第四，對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行檢查，注漿質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，對(duì)錨桿端頭進(jìn)行處理，最好選擇設(shè)計(jì)的螺帽進(jìn)行作業(yè)，以免發(fā)生漿液流失問(wèn)題。中空注漿錨桿的桿體多由中空壁厚全螺紋組成，在施工中可按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行切割，以方便后期使用，齒峰凹槽能夠?qū)﹀^桿起到良好的固力作用。為提升支護(hù)效果，在應(yīng)用此項(xiàng)支護(hù)技術(shù)時(shí)，必須保證錨桿孔的位置、深度、布設(shè)形式都能滿足設(shè)計(jì)要求，漿液配制的強(qiáng)度要大于C20。錨桿墊板必須和孔口的混凝土緊密相連，并加強(qiáng)對(duì)錨桿端頭的檢查和處理，密切觀察錨桿端頭的變形過(guò)程，以保證所用墊板的螺帽能夠緊固標(biāo)準(zhǔn)。

第五，嚴(yán)格控制好縱向錨桿的排距，是提升中空注漿錨桿支護(hù)效果的關(guān)鍵。不同縱向錨桿排距下，隧道拱頂錨桿軸力和錨桿縱向排距關(guān)系如表2所示：

表2 隧道拱頂錨桿軸力和錨桿縱向排距關(guān)系表

從表2中能夠清楚看出，縱向錨桿排距低于50 cm時(shí)，錨桿的軸力最小，大約為167.5 kN?？v向錨桿排距在150 cm間距時(shí)，錨桿軸力達(dá)到最大，約為279.6 kN?？v向錨桿排距從50 cm提升到150 cm相鄰段幅值為17.4 kN、23.7 kN、27.8 kN、43.2 kN，其中增長(zhǎng)幅度最快的區(qū)段在100～125 cm之間，其增幅大約為其他區(qū)段的2倍。從中不難看出，錨桿軸力和縱向錨桿排距還有很大關(guān)系，從167.5 kN到279.6 kN，增幅值達(dá)到112.1 kN，因此，中空注漿錨桿支護(hù)技術(shù)在軟弱圍巖條件下，合理的縱向錨桿間距應(yīng)不超過(guò)125 cm。

2.3 噴射混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

在公路隧道工程支護(hù)中應(yīng)用噴射混凝土施工技術(shù)，為控制裂縫，提升支護(hù)質(zhì)量和美觀性，盡量選擇普通硅酸鹽水泥，并在混凝土配制中加入適量的速凝劑，以控制混凝土流淌問(wèn)題，保證混凝土初凝時(shí)間在5 min以內(nèi)，終凝在10 min以內(nèi)。砂要選擇機(jī)制砂，以方便噴射作業(yè)。石料要選擇粒徑小于15 mm，且質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石，噴射機(jī)具可按照公路隧道工程實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。

公路隧道開挖完成后，及時(shí)開展開挖端面尺寸檢查，可采用頂、撬等方法，對(duì)隧道圍巖進(jìn)行初噴封閉作業(yè)，以盡快形成一個(gè)穩(wěn)定的圍護(hù)支護(hù)體系。為提升噴射質(zhì)量，要選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員來(lái)操控噴頭。在進(jìn)行混凝土拌料操作中，需要通過(guò)多次配比試驗(yàn)，確定最佳的配合比，噴頭到隧道受噴面之間的距離控制在80～120 cm，噴頭盡量垂直受噴面。按照從下到上的順序分段噴射。進(jìn)行隧道拱部噴射混凝土支護(hù)中，要采用臺(tái)階法噴射方式，拱腳混凝土噴射完成后，再進(jìn)行邊墻噴射，最后進(jìn)行拱頂噴射，噴射混凝土的長(zhǎng)度要控制在4 m以下，若發(fā)現(xiàn)隧道圍巖存在不平整的現(xiàn)象，要先對(duì)凹出噴射，補(bǔ)平后再進(jìn)行整體噴射。

2.4 鋼筋網(wǎng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

在鋼筋網(wǎng)制作前，需要對(duì)鋼筋的質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)、尺寸、型號(hào)等進(jìn)行詳細(xì)檢驗(yàn)，不達(dá)標(biāo)的鋼筋嚴(yán)禁使用，尤其是銹蝕的鋼筋，絕不能使用到鋼筋網(wǎng)支護(hù)中。鋼筋網(wǎng)可在隧道外的鋼筋棚中集中加工，加工制成鋼筋網(wǎng)后運(yùn)輸?shù)剿淼乐羞M(jìn)行綁扎和焊接。鋼筋網(wǎng)制作中，方格網(wǎng)鋼筋需要交叉，交叉點(diǎn)通過(guò)焊接的方法連接牢固。當(dāng)錨桿支設(shè)完成后，及時(shí)開展鋼筋網(wǎng)掛設(shè)操作，鋼筋網(wǎng)要和隧道巖面實(shí)現(xiàn)緊密貼合，若在隧道圍巖上已經(jīng)存在鋼支撐，鋼支撐和鋼筋網(wǎng)相互連接的位置要通過(guò)點(diǎn)焊的方法連接成一個(gè)整體，若沒有鋼支撐，可將錨桿放在開挖的輪廓面中，按照隧道圍巖的起伏情況開展焊接操作。

3 公路隧道工程施工中襯砌技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

襯砌也可以看作是對(duì)隧道圍巖的二次支護(hù)，主要作用是補(bǔ)強(qiáng)一次支護(hù)，提升隧道圍巖支護(hù)的美觀性、穩(wěn)定性、可靠性等，在公路隧道工程施工中常用的襯砌技術(shù)為模板混凝土襯砌技術(shù)，此種襯砌技術(shù)不僅僅可以起到飾面和增加安全性的作用，還能很好地承受施工后的外部水壓、軟弱圍巖的蠕變壓力、膨脹性地壓、淺埋隧道附加荷載等，實(shí)際應(yīng)用效果非常顯著，具體的應(yīng)用要點(diǎn)如下：

3.1 做好襯砌前的準(zhǔn)備工作

在模板混凝土襯砌施工前，需要由專業(yè)的測(cè)量單位進(jìn)行施工中線和水平線的測(cè)量放線，并檢查隧道開挖斷面的結(jié)構(gòu)尺寸是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，若存在超挖和欠挖要及時(shí)處理、修補(bǔ)和修鑿。按照測(cè)量放線的結(jié)果，架設(shè)襯砌模板支架，搭設(shè)工作平臺(tái)。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，大量先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備被應(yīng)用到公路隧道施工中，目前在隧道襯砌施工中，多采用整體移動(dòng)式模板臺(tái)車進(jìn)行施工。整體移動(dòng)式模板臺(tái)車采用了大塊曲模板、液壓脫模、背附式振搗設(shè)備等，可在提前布設(shè)好的軌道上穩(wěn)定行走，并設(shè)有自動(dòng)行走設(shè)備，可有效加快模板搭設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)拱墻連續(xù)澆筑，施工效果好，速度快。

3.2 制備和運(yùn)輸混凝土

在進(jìn)行混凝土配制時(shí)，需要進(jìn)行多次配比試驗(yàn)，以確定最佳的配合比，尤其是用水量需要嚴(yán)格控制，以保證水灰比的準(zhǔn)確性?；炷量稍诎韬险炯邪韬停诠匪淼拦こ淌┕ぶ卸嗖捎米月涫焦耐矓嚢铏C(jī)來(lái)拌和好的混凝土，可通過(guò)斗車、手推車、自卸汽車等運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑。

3.3 混凝土澆筑

在混凝土澆筑前，需要對(duì)澆筑段進(jìn)行全面清理檢查，邊澆筑，邊振搗，控制好振搗時(shí)間，以保證混凝土的密實(shí)度，襯砌內(nèi)輪廓線需要能夠滿足公路隧道工程凈空限界的要求。

在進(jìn)行隧道拱圈混凝土澆筑時(shí)，要從兩側(cè)拱腳開始，分層、對(duì)稱、均勻地澆筑，混凝土澆筑層面要保持輻射狀，澆筑到拱頂后，及時(shí)改為沿隧道縱向澆筑，邊澆筑，邊鋪設(shè)封口模板。此種封頂方式為“活封口”。澆筑到最后一個(gè)節(jié)段時(shí)，只能在隧道拱頂中央預(yù)留出一個(gè)規(guī)格為50 cm×50 cm的缺口，進(jìn)行“死封口”封頂。模板臺(tái)車拱頂上部設(shè)有仰角為45～60°的向上灌注口，拱頂混凝土可從該灌注口進(jìn)行灌注。

混凝土澆筑后要及時(shí)用插入式振搗器進(jìn)行充分振搗，振搗要均勻、密實(shí)，控制好振搗時(shí)間，既不能過(guò)振搗，也不能欠振搗。振搗完成，且混凝土初凝完成后，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于14 t，等合同內(nèi)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，再進(jìn)行拆模操作。

為提升模板混凝土襯砌質(zhì)量，還需有效處理好以下幾個(gè)問(wèn)題：第一，在進(jìn)行隧道墻拱接口位置處理中，要采取先拱，后墻的施工方法，加強(qiáng)對(duì)墻頂和拱腳之間接口的封填處理。若采用塑性混凝土襯砌，需要在拱腳位置留出7～10 cm的缺口，靜置24 h后，先灌注的邊墻完成充分收縮變形后，在用較干的混凝土緊密填充密實(shí)。第二，隧道邊墻基底以上1 m的范圍，要使用和邊墻同級(jí)或者是高一級(jí)的混凝土進(jìn)行灌注，其余部位回填時(shí)，需要結(jié)合隧道圍巖的穩(wěn)定情況，以及空隙大小，選擇合適的回填方法。第三，在進(jìn)行隧道襯砌混凝土澆筑中，雖然要對(duì)超挖部分進(jìn)行回填處理，但受到操作方法、施工人員的影響，一些部位不能保證回填密實(shí)。為解決這一問(wèn)題，提升隧道整體襯砌效果，需進(jìn)行壓降處理，以促使襯砌混凝土能夠和隧道圍巖實(shí)現(xiàn)緊密貼合，以防止圍巖發(fā)生進(jìn)一步變形，影響施工質(zhì)量和安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合理論實(shí)踐，分析了公路隧道工程的支護(hù)及襯砌施工技術(shù)，分析結(jié)果表明，支護(hù)和襯砌長(zhǎng)期以來(lái)都是公路隧道工程施工的重難點(diǎn)，由于影響隧道支護(hù)和襯砌施工質(zhì)量的因素比較多，因此，在具體施工中，需要結(jié)合隧道工程的特點(diǎn)，以及隧道圍巖情況，選擇兩種或者是兩種以上的支護(hù)技術(shù)，并對(duì)每種支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制。在襯砌施工中模板混凝土襯砌技術(shù)在施工速度、質(zhì)量、效果等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，可滿足絕大多數(shù)隧道襯砌的要求，值得推廣和應(yīng)用。