公路隧道工程的復合型支護施工技術(shù)的研究

收稿日期：2024-01-06

作者簡介：曹然（1990—），男，本科，工程師，從事高速公路建設管理工作。

摘要 為了研究公路隧道工程的復合型支護施工技術(shù)，文章依托公德房隧道工程，分析了隧道小導管超前支護、隧道超前中管棚支護、隧道洞身初期支護以及隧道二次襯砌施工等技術(shù)。研究結(jié)果表明：（1）隧道開挖前，可采用雙層和單層小導管超前支護，以及超前中管棚支護。（2）隧道開挖后，采用錨桿對隧道洞身進行初期支護，然后進行二次襯砌施工。（3）隧道支護質(zhì)量通病主要表現(xiàn)為鋼拱架安裝侵入襯砌界線和二次襯砌表觀效果差。

關鍵詞 公路隧道；支護技術(shù)；隧道工程；防治措施

中圖分類號 U455.7文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0065-03

0 引言

隨著公路交通的快速發(fā)展，公路隧道的建設日益增多，隧道穿越的地質(zhì)種類也相應增多，因此，在隧道施工過程中，須對開挖的區(qū)域進行支護。在達到施工條件下，為保障施工安全，加快施工進度，學者們對隧道工程的支護技術(shù)進行了多方面研究。方勇等[1]對黃土隧道支護失效機理及新型支護體系施工受力進行了分析，分析結(jié)果表明：復雜受力環(huán)境下，傳統(tǒng)型鋼支護由于面內(nèi)、面外剛度差異難以保證圍巖及隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；李翔等[2]以深部隧道圍巖剪切滑移變形機制為例，對深部隧道支護結(jié)構(gòu)區(qū)間非概率可靠度進行了分析；蔡根森等[3]對穿越工程超前支護優(yōu)化與安全控制技術(shù)進行了研究，研究結(jié)果表明：采用理論分析、工程類比與實時監(jiān)測信息化施工等研究手段，結(jié)合水平跟蹤補償注漿措施，可保障富水地層超前管棚的施工安全；賈興明等[4]對淺埋隧道支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計算進行了分析，研究結(jié)果表明：二襯施加后，豎向支撐軸力增加較大，彎矩、剪力和側(cè)向位移變化較??；李奉杰[5]依托雙向分離式的老土地隧道工程，在明確二次襯砌的施工流程后，闡述了二次襯砌防排水施工、鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土施工的關鍵質(zhì)量點。以上學者對隧道支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及施工工藝進行了研究，并對隧道超前支護技術(shù)進行了分析。

基于此，該文參考以上學者的研究成果，依托公德房隧道工程，對公路隧道工程的復合型支護施工技術(shù)進行了研究，分析了隧道小導管超前支護、隧道超前中管棚支護、隧道洞身初期支護以及隧道二次襯砌施工等技術(shù)，同時針對隧道支護質(zhì)量通病制定了預防措施。

1 工程概況

該項目為公德房公路隧道工程，該隧道位于普格縣和寧南縣，為分離式雙線隧道，洞軸線為曲線形。隧道起點位于普格縣黎安鄉(xiāng)沙里村，終點位于寧南縣新建鄉(xiāng)上游村。隧道進出口附近有國道G248通過，隧道軸向走向為143 °～180 °，設計路面標高為1 110.44 m～1 119.83 m，隧道凈寬10.75 m，凈高5.0 m。隧道的左線洞頂最大埋深約321 m，右線洞頂最大埋深約345 m。在隧道開挖過程中，需對開挖區(qū)域進行超前支護。

2 隧道支護施工技術(shù)

2.1 隧道小導管超前支護

在隧道開挖前需進行超前支護，隧道超前支護可分為雙層小導管超前支護和單層小導管超前支護。其中，雙層小導管超前支護布置如圖1所示。小導管用熱軋無縫鋼管加工制成，直徑42 mm，壁厚4 mm，長4.5 m，環(huán)向間距40 cm。管身設置注漿孔，孔徑8 mm，孔距20 cm。采用梅花形布置，前端加工成錐形，尾部預留長度不小于50 cm的不鉆孔止?jié){段。

圖1 雙層超前布置截面圖（cm）

在雙層小導管超前支護過程中，首先在隧道開挖前沿拱部開挖輪廓線外10 cm標出孔位，然后采用錨桿臺車或風槍進行鉆孔。在雙層小導管安裝過程中，小導管外插角分別為緩傾角（5 °～12 °）和陡傾角（20 °～30 °），

上下兩層交錯布置，環(huán)向間距40 cm，按拱部120 °范圍布置，然后利用注漿設備對小導管進行注漿作業(yè)。按照設計配合比及設計規(guī)定的注漿壓力控制進行注漿施工，注漿壓力為0.5～1 MPa，每孔的注漿壓力應達到1.0 MPa，繼續(xù)保持10 min以上后即可停止注漿。

單層小導管超前支護與雙層小導管超前支護除小導管安裝方法略有不同外，其他方法基本相同。在單層小導管安裝過程中，小導管外插角為5 °～12 °，藥卷錨桿為5 °～15 °，環(huán)向間距均為40 cm。

2.2 隧道超前中管棚支護

超前中管棚適用于隧道斷層地帶施工，中管棚為φ89 mm熱軋鋼管，壁厚6 mm，管節(jié)每節(jié)長2 m。鋼管上須鉆注漿孔，孔徑為8 m，孔間距為20 cm，呈梅花形布置，尾部3 m不鉆孔作為止?jié){段。管節(jié)之間采用絲扣長度不小于10 cm的厚套筒進行連接，鋼管每一連接接頭與相鄰鋼管接頭應錯開不小于50 cm的距離，并保證同一斷面的鋼管接頭不大于50%。中管棚節(jié)段構(gòu)造如圖2所示。

在超前中管棚施工前應先噴射5 cm厚的混凝土封閉掌子面，保證注漿作業(yè)時漿液不向掌子面外溢出。噴混凝土完成后，再安裝I18導向鋼架。中管棚導向鋼架為2榀I18鋼架，沿縱向緊貼布置。鋼架采用冷彎工藝加工，嚴禁采用氣割、燒割等損傷母材的彎制方法。在安裝中管棚過程中，中管棚鉆孔深度為10 m，每隔10 m一循環(huán)，每一循環(huán)的搭接長度為2 m。管棚環(huán)向布置間距為300 mm，超前中管棚布置如圖3所示。管棚注漿時應按先上后下、先稀后濃的原則進行注漿。注漿量由壓力控制為主，并對注漿量進行校核，注漿初始壓力為0.5～

1 MPa，終壓為2.0 MPa。注漿結(jié)束后應及時清除管內(nèi)漿液，并用M30水泥砂漿充填，以增強管棚的剛度與強度，并在中管棚施工完成后將導向鋼架拆除。

圖3 超前中管棚布置截面圖

2.3 隧道洞身初期支護

開挖完成后，應認真檢查隧道斷面，清除浮石和墻角虛碴，并用高壓水或風沖洗巖面，然后在圍巖表面初噴混凝土至設計厚度，噴射混凝土采用濕噴工藝。噴射混凝土作業(yè)采取分段、分塊，先墻后拱、自下而上的順序進行。在混凝土初期噴射完成后，對隧道進行支護。當圍巖為Ⅴ級時，襯砌使用的藥卷錨桿直徑為22 mm，長度為3.0 m，梅花形布置，環(huán)向間距為120 cm，縱向間距為120 cm，以外插角10 °～14 °進行施工作業(yè)，襯砌錨桿布置如圖4所示。當圍巖為Ⅳ級時，襯砌使用的藥卷錨桿直徑為22 mm，長度為2.5 m，梅花形布置，環(huán)向間距為120 cm，縱向間距為100 cm，以外插角10 °～14 °進行施工作業(yè)。

圖4 襯砌錨桿布置示意圖

鋼筋網(wǎng)應在錨桿作業(yè)完成且凝固后進行安設，采用單層Φ8 mm和Φ6 mm的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸分別為20 cm

×20 cm、25 cm×25 cm。鋼筋網(wǎng)片應隨受噴巖面起伏鋪設，與受噴巖面的最大間隙不宜大于30 mm。在隧道初期支護中，襯砌施工段采用I20和I18工字鋼架進行支護，鋼架安裝就位后，鋼架與圍巖之間的間隙應用噴射混凝土充填密實。噴射混凝土由兩側(cè)拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋。

2.4 隧道二次襯砌施工

當圍巖和初期支護變形基本穩(wěn)定，隧道周邊變形速率明顯下降并趨于緩和，水平收斂小于0.2 mm/d（d為天數(shù)），拱頂沉降速率小于0.15 mm/d，累計位移值達到極限位移值的80%以上時，方可進行二次混凝土的襯砌施工。在二次襯砌施工前期，根據(jù)隧道中線和高程測量，檢查初噴后的斷面是否侵線。超噴部分應按規(guī)范要求進行修鑿，并做好斷面的檢查記錄。噴混凝土表面平整度應符合D/L≤1/6的要求（L為相鄰凸出距離，D為凹進深度）。若不滿足，則需要補噴混凝土使其表面平整圓順。

在襯砌拱墻制作和鋼筋安裝過程中，鋼筋由洞外鋼筋加工場統(tǒng)一制作，運送至安裝現(xiàn)場，主筋之間采用焊接方式進行連接，其他鋼筋采用梅花形綁扎，鋼筋安裝嚴格按照設計圖紙施工，隧道鋼筋分布如圖5所示。

圖5 隧道鋼筋分布圖

拱墻混凝土由拌和站統(tǒng)一拌制，混凝土運輸車運送至現(xiàn)場，再用輸送泵送料澆筑。混凝土要對稱、分層澆筑，分層搗固。封口時混凝土一定要從內(nèi)向的端模方向進行灌注，排出空氣，保證灌注密實。

3 隧道支護質(zhì)量通病及預防措施

隧道支護質(zhì)量通病主要表現(xiàn)為鋼拱架安裝侵入襯砌界線和二次襯砌表觀效果差。當鋼拱架安裝不準確或鋼拱架變形嚴重的情況下，會出現(xiàn)鋼拱架安裝侵入襯砌界線現(xiàn)象。因此，在鋼拱架安裝過程中，應精確測量定位，并在施工過程中和施工后嚴格檢查架設質(zhì)量，確保鋼架基礎平整牢固。鋼架安裝后應盡快焊接連接筋、規(guī)范安裝鎖腳錨桿、噴混凝土，以形成整體的受力體系。

隧道二次襯砌混凝土施工質(zhì)量通病主要表現(xiàn)在以下幾個方面：蜂窩、麻面、孔洞、露筋（存在于配筋的混凝土襯砌）、夾層、裂紋、表面不平順、強度不夠、均質(zhì)性差等。因此，在襯砌混凝土施工過程中，混凝土要拌和均勻，攪拌時間不得少于規(guī)定的時間。混凝土的振搗應分層搗固，振搗間距要適當。在振搗過程中，防止砂、石中混有黏土塊或冰塊等雜物。若發(fā)現(xiàn)混凝土中有雜物，應及時清除干凈。為防止鋼筋移位，應嚴禁振搗棒撞擊鋼筋。若防水板掛設過緊，沒有預留適當?shù)乃沙谙禂?shù)，在澆筑混凝土過程中防水板緊繃，將會在拱頂出現(xiàn)空洞。因此，需在拱頂預埋設φ42鋼管或PVC管，二次襯砌完成后對拱頂背后進行注漿處理。

4 結(jié)論

該文依托公德房隧道工程，對公路隧道工程的復合型支護施工技術(shù)進行了研究，分析了隧道小導管超前支護、隧道超前中管棚支護、隧道洞身初期支護以及隧道二次襯砌施工等技術(shù)，同時針對隧道支護質(zhì)量通病制定了預防措施?？傻萌缦陆Y(jié)論：

（1）在隧道開挖前需進行超前支護，隧道超前支護可分為雙層小導管超前支護和單層小導管超前支護，在支護過程中先鉆孔再注漿，注漿時要控制好壓力。在進行隧道超前中管棚支護時，應先噴射混凝土封閉掌子面，再安裝導向架，然后鉆孔安裝中管棚，最后進行注漿填充。

（2）隧道開挖完成后進行隧道洞身初期支護，應先清除浮石和碎碴，再噴射混凝土；然后安裝襯砌錨桿，再掛設鋼筋網(wǎng)片，安裝鋼架；最后噴射混凝土覆蓋鋼架。當圍巖和初期支護變形穩(wěn)定后，進行二次混凝土襯砌施工，應先噴混凝土使隧道表面平整，然后采用鋼筋制和拱墻，最后進行混凝土澆筑。

（3）隧道支護質(zhì)量通病主要為鋼拱架安裝侵入襯砌界線以及二次襯砌表觀效果差，在鋼拱架安裝過程中，應精確測量定位，并在施工過程中和施工后嚴格檢查架設質(zhì)量。在襯砌混凝土施工過程中，混凝土要拌和均勻，振搗時分層搗固，振搗間距適當?；炷翝沧r要分層、均勻，振搗要密實，應嚴禁振搗棒撞擊鋼筋，并在二次襯砌完成后對拱頂背后進行注漿處理。

參考文獻

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