隧道初期支護(hù)工程的施工技術(shù)探討

官則淞

（廈門(mén)中平工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司）

隧道作為交通和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，承載著人們出行和貨物運(yùn)輸需求。隧道通常處于地下，承受來(lái)自周?chē)馏w和水的壓力，以及地震和其他自然災(zāi)害的影響。因此隧道的結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。

1 隧道初期支護(hù)工程概述

1.1 隧道初期支護(hù)的定義和重要性

隧道初期支護(hù)是為了在隧道開(kāi)挖后圍巖穩(wěn)定能力不足時(shí)，通過(guò)施加支護(hù)措施使其進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。它的重要性在于增加隧道的承載能力，降低圍巖突變風(fēng)險(xiǎn)，并提供良好的行車(chē)和通行條件，確保隧道的結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定性[1]。初期支護(hù)工程通過(guò)設(shè)置鋼支撐、混凝土襯砌、巖體錨固等措施，增加隧道的承載能力，防止巖石破裂和塌方，減少地表沉降和拱頂下沉風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，它為車(chē)輛安全通行提供良好條件，便于維護(hù)和修復(fù)工作進(jìn)行。

1.2 初期支護(hù)的分類(lèi)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況，可以采用不同形式的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。一般使用錨桿和噴射砼進(jìn)行支護(hù)，可輔以鋼纖維噴射砼、鋼筋網(wǎng)、鋼架或輔助施工措施如超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地面砂漿錨桿、超前小導(dǎo)管注漿等。圍巖級(jí)別II、III 一般采用噴射混凝土進(jìn)行封閉，IV、V 級(jí)則采用由噴射混凝土、錨桿和鋼架組成的錨噴網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為主要承載結(jié)構(gòu)。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備適應(yīng)上述作用的構(gòu)造力學(xué)特性，并具備施工可行性。

2 隧道初期支護(hù)施工技術(shù)管控

2.1 隧道初期支護(hù)工藝流程

隧道初期支護(hù)工藝流程如圖1所示。

圖1 隧道初期支護(hù)工藝流程

2.2 隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和要點(diǎn)的管控

⑴初期支護(hù)需及時(shí)，保圍巖穩(wěn)定和施工安全，施工作業(yè)臺(tái)架要牢固可靠并設(shè)安全圍欄。

⑵當(dāng)掌子面自穩(wěn)能力差時(shí)，應(yīng)采取增加輔助工程措施或改變開(kāi)挖方法等措施。

⑶軟弱圍巖地段施工應(yīng)堅(jiān)持“先支護(hù)、后開(kāi)挖、快封閉、勤量測(cè)”的施工原則，初期支護(hù)緊跟掌子面。Ⅳ～Ⅵ級(jí)圍巖初期支護(hù)應(yīng)保證盡早封閉成環(huán)。

⑷隧道支護(hù)宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，分析施工中的各種信息，及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施和支護(hù)參數(shù)。

⑸系統(tǒng)錨桿鉆孔方向應(yīng)為設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓法線方向，垂直偏差不宜大于20°。

⑹在淺埋、嚴(yán)重偏壓、自穩(wěn)性差的地段以及大面積淋水或涌水地段施工時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)采用穩(wěn)定地層和處理涌水的輔助工程措施。

⑺鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨受?chē)妿r面起伏鋪設(shè)，與初噴混凝土面的最大間隙不宜大于50mm，不宜將鋼筋預(yù)焊成片后鋪掛。

⑻鋼架與圍巖緊密貼合支護(hù)效果好。當(dāng)實(shí)際開(kāi)挖輪廓較設(shè)計(jì)大時(shí)，鋼架內(nèi)輪廓可根據(jù)實(shí)際調(diào)整，但不得小于設(shè)計(jì)半徑。

⑼控制好混凝土的配合比和噴射工藝，保證噴射混凝土的均勻性和強(qiáng)度，注意噴射參數(shù)的調(diào)整，由下至上進(jìn)行，鋼架背后與圍巖之間的空隙不得填塞雜物，應(yīng)噴密實(shí)。保證噴射混凝土的質(zhì)量和厚度。噴射混凝土應(yīng)將鋼架包裹、覆蓋。

2.3 隧道施工監(jiān)控量測(cè)預(yù)報(bào)對(duì)支護(hù)施工的影響

隧道監(jiān)控量測(cè)工作程序如圖2 所示，監(jiān)控量測(cè)的主要目的是掌握圍巖和支護(hù)工作狀態(tài)、判斷圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性和隧道整體安全性，確定二次襯砌合理的施作時(shí)間，為在施工中調(diào)整圍巖級(jí)別、變更設(shè)計(jì)方案及參數(shù)、優(yōu)化施工方案及為施工工藝提供依據(jù)，直接為設(shè)計(jì)和施工管理服務(wù)。同時(shí)也確保隧道施工及運(yùn)營(yíng)安全與經(jīng)濟(jì)[2]。

圖2 隧道監(jiān)控量測(cè)工作程序

監(jiān)測(cè)拱頂?shù)淖冃魏臀灰魄闆r，及時(shí)發(fā)現(xiàn)拱頂變形過(guò)大的情況，防止發(fā)生崩落。監(jiān)測(cè)鋼支撐的應(yīng)力情況，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。對(duì)混凝土進(jìn)行抽樣檢測(cè)，確定其強(qiáng)度，確保混凝土的質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[3]?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析的目的是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)采取措施解決問(wèn)題，確保隧道初期支護(hù)工程的安全穩(wěn)定和質(zhì)量可控，為施工管理和決策提供科學(xué)依據(jù)，保障隧道工程的順利進(jìn)行[4]。

3 工程項(xiàng)目實(shí)例分析

3.1 大磨山隧道概況

大磨山隧道為長(zhǎng)隧道，跨廈門(mén)與漳州市境，全長(zhǎng)1461.733m，隧道洞身大部分位于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r中，局部位于中風(fēng)化凝灰?guī)r。洞頂土層為坡殘積粘土、碎石層、土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。其中大磨山隧道與F1、F3 兩條斷層破碎帶交叉，整個(gè)隧道IV、V地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)地勘情況相符，但I(xiàn)II及圍巖差距較大，施工過(guò)程中采用的初期支護(hù)方法為：

隧道Ⅴ級(jí)圍巖支護(hù)采用錨桿、噴混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架相結(jié)合。

隧道Ⅳ級(jí)圍巖支護(hù)采用錨桿、噴混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架相結(jié)合。

隧道III 級(jí)圍巖支護(hù)采用錨桿、噴混凝土、鋼筋網(wǎng)相結(jié)合。

大磨山隧道地下水不豐富，施工過(guò)程未出現(xiàn)較大的水量變化，施工過(guò)程未出現(xiàn)突泥涌水等突發(fā)狀況，開(kāi)挖支護(hù)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行。施工過(guò)程中地表、洞內(nèi)等監(jiān)測(cè)無(wú)異常情況，安全、質(zhì)量措施到位[5]。

3.2 大磨山隧道施工期間的安全和質(zhì)量控制措施

⑴每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行，Ⅴ級(jí)圍巖采用中隔壁法開(kāi)挖時(shí)，各部開(kāi)挖進(jìn)尺不應(yīng)大于1榀鋼架間距；采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖時(shí)，各臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)尺不應(yīng)大于1 榀鋼架間距。Ⅳ級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖時(shí)，各臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)尺不應(yīng)大于2 榀鋼架間距。Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面法、上下臺(tái)階法開(kāi)挖時(shí)，開(kāi)挖進(jìn)尺不應(yīng)大于3m。

⑵下斷面跳槽開(kāi)挖，初期支護(hù)雙側(cè)交錯(cuò)落底，避免上半斷面兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空，單側(cè)每次落底長(zhǎng)度視圍巖情況而定，一般不大于3榀拱架間距[6]。

⑶工序變化處之鋼架應(yīng)設(shè)鎖腳鋼管，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定。

⑷鋼架之間縱向連接鋼筋應(yīng)及時(shí)施作并連接牢固。

⑸鋼支撐應(yīng)分節(jié)段安裝，連接鋼板平面應(yīng)與鋼架軸線垂直，鋼板連接緊密。

⑹鋼架立起后，校正位置、定位固定，并用縱向連接筋將相鄰鋼架連接牢靠。鋼架安裝時(shí)應(yīng)垂直于隧道中線，豎向不傾斜、平面不錯(cuò)位、不扭曲。上、下、左、右允許偏差±50mm，鋼架傾斜度應(yīng)小于2°。

⑺噴射支護(hù)前撬去表面松土和欠挖部分，用高壓風(fēng)清除雜物。

⑻施工期間的安全措施包括施工現(xiàn)場(chǎng)的安全保障、作業(yè)人員的安全培訓(xùn)、施工設(shè)備的安全操作和緊急救援等。質(zhì)量控制包括材料的質(zhì)量檢驗(yàn)、施工工藝的控制、施工過(guò)程的記錄和監(jiān)測(cè)等。

⑼同時(shí)，還需要進(jìn)行定期的施工質(zhì)量評(píng)估和檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，確保施工質(zhì)量。

3.3 大磨山隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析

為了及時(shí)掌握固巖的穩(wěn)定性和臨時(shí)支護(hù)的力學(xué)動(dòng)態(tài)，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程有專(zhuān)業(yè)的第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)的位移、應(yīng)力等進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)反饋量測(cè)信息，并堅(jiān)持以量測(cè)信息指導(dǎo)施工，為調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工組織提供依據(jù)。每天第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)根據(jù)方案布設(shè)點(diǎn)位采集監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)后，及時(shí)進(jìn)行處理，結(jié)合施工工況綜合分析圍巖和支護(hù)的工作狀態(tài)，對(duì)工程安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)工程對(duì)策和建議。

4 成果評(píng)價(jià)與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 隧道初期支護(hù)工程的成果與效果評(píng)價(jià)

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析，評(píng)價(jià)隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。檢查承載能力和穩(wěn)定性是否符合設(shè)計(jì)要求，判斷安全性和可靠性。評(píng)估施工工藝和質(zhì)量，檢驗(yàn)工程的優(yōu)劣。通過(guò)趨勢(shì)、波動(dòng)和相關(guān)性分析，了解工程變化和問(wèn)題解決措施的有效性。評(píng)估成本、工期和資源利用效率，判斷經(jīng)濟(jì)可行性和效益。分析車(chē)流量、速度和事故率等數(shù)據(jù)，評(píng)估支護(hù)工程對(duì)交通效果和服務(wù)功能的改善。

4.2 隧道初期支護(hù)工程中取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)總結(jié)

為避免沖突和浪費(fèi)，提高施工效率和質(zhì)量，建議優(yōu)化施工順序，監(jiān)控施工參數(shù)，并選擇適合地質(zhì)條件的可靠材料。同時(shí)，加強(qiáng)安全教育和培訓(xùn)，提高施工人員安全意識(shí)和技能水平。推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和工藝改進(jìn)，引入新材料、設(shè)備和施工技術(shù)，提高工程效率、質(zhì)量和安全。

4.3 隧道初期支護(hù)施工技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)建議

隨著科技和實(shí)踐的發(fā)展，隧道初期支護(hù)技術(shù)不斷進(jìn)步。引入新材料和技術(shù)，如新型鋼材和聚合物，減輕自重、增加剛度；采用新的錨桿和噴射混凝土技術(shù)，提高效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；加強(qiáng)信息化管理，科學(xué)化施工數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和分析；推廣機(jī)械化施工，提高效率和安全性。加強(qiáng)人才培養(yǎng)和技術(shù)交流，促進(jìn)創(chuàng)新和應(yīng)用。通過(guò)優(yōu)化和改進(jìn)，提高效率、降低成本，提升質(zhì)量和安全，推動(dòng)隧道工程發(fā)展，為未來(lái)提供可持續(xù)解決方案。

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 研究工作的貢獻(xiàn)和局限性

本次研究主要從隧道初期支護(hù)工程概述、施工技術(shù)管控、成果評(píng)價(jià)與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等方面進(jìn)行了探討和闡述。通過(guò)對(duì)隧道支護(hù)的定義和重要性、隧道支護(hù)方法的選擇與比較以及隧道支護(hù)工藝流程等內(nèi)容的介紹，大致了解了隧道支護(hù)工程的基本情況和相關(guān)技術(shù)。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析、成果評(píng)價(jià)與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提供了一些指導(dǎo)和建議。然而，本次研究的局限性在于對(duì)每個(gè)方面的詳細(xì)討論還不夠深入，還有一些細(xì)節(jié)和具體操作的內(nèi)容未能充分涉及。

5.2 對(duì)未來(lái)隧道初期支護(hù)工程施工技術(shù)的展望

隨著科技進(jìn)步，自動(dòng)化和機(jī)械化施工將廣泛應(yīng)用，減少人力投入，提高效率。信息化技術(shù)推動(dòng)施工管理和決策智能化，實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。新材料和技術(shù)提供多種解決方案，如輕型復(fù)合材料和3D 打印構(gòu)件，提升初期支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性。注重節(jié)能減排和資源循環(huán)利用，降低環(huán)境影響。人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用促進(jìn)施工智能化和優(yōu)化，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和模型預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施工管理和質(zhì)量控制。