隧洞軟弱地層中超前支護措施的類型和應用分析

李廣健

摘要：隧洞施工是市政、水利、道路工程中的一個重點及難點工程，尤其是在軟弱底層的條件下，其施工難度更大，為確保施工的順利進行，全面做好超前支護措施是非常必要的。本文從超前支護技術的概念介紹入手，對隧洞施工中超前支護措施的技術應用進行了探討，旨在為超前支護提供完善方案，確保工程施工質量。

關鍵詞：隧洞；軟弱地層；超前支護措施；類型和應用

1 超前支護技術概念

超前支護技術是指在開挖隧洞之前，通過向掌子面的前方地層注入泥漿、打入鋼管、錨桿、鋼板等技術在隧洞的橫截面形成的一個拱狀連續體。其既加固開挖面的地層，同時利用其支撐力保持土體的穩定性，減小地表沉降風險的技術。目前，此項技術已經作為隧洞施工的重要輔助方法，在市政、水利等工程隧洞施工中更是發揮了重要的作用。

2 隧洞軟弱地層中超前支護措施的類型

2.1 超前巖層預注漿法

一般而說，超前巖層預注漿法就是指在隧洞軟弱地層利用長形孔的方式預先灌注漿泥，使得該巖層構成大面積的圓拱形加固區。超前巖層預注漿法包括了平導形注漿、巖層注漿、地表注漿等超前預注漿法。該方法多使用在圍巖的含破碎卵石、砂層的軟弱層中，并采用具有滲透性的漿泥，達到填密軟弱層的空隙的目的來加固巖層。相反，另一種在有顆粒細不透水的軟弱層中，則使用劈裂注漿方法，即使用壓力讓周圍巖層破裂，從裂縫中注入泥漿來加固地層。概括來說，就是超前巖層預注漿法具有填密穩固地層的作用，能夠防止滲水，適用于軟弱及斷層、破碎帶以及穩定性差的含水巖層。

2.2 凍結法

凍結法是指沿著開挖面周邊與隧洞方向基本平行的近水平凍結孔，凍結孔與外界制冷設備聯成一個封閉系統，在系統中循環低溫鹽水，使得凍結孔的附近含水層低溫凝結，形成強度高，封水性好的水平凍土面，然后在凍土面的保護下進行隧洞開挖。凍結面具有抵抗周圍土的壓力還有隔水的作用。此類方法適用于大量涌水層、軟弱粉沙層等，是解決淤泥，含水、流砂等不穩定地層的可靠技術。其缺點是耗時長，不利于施工的效率提高。

2.3 圍墻隔斷法

圍墻隔斷法是一種能夠控制水滲透圍巖，或者控制地表沉降常用的具輔助作用的重要技術。它的工作原理就是在隧洞兩端應用穩定性好且堅硬的建筑材料建成地中墻，可以起到阻止或減緩在挖隧道時引起的地表下沉甚至向四周延伸的作用。

2.4 管棚法

管棚法是指在軟弱地層隧洞開挖前，沿著隧洞開挖的工作面的頂部輪廓以一定的距離和外插角度程插入狀布置水平的擴散孔，成孔之后推入鋼管，向鋼管等鋼架構灌入砂漿、泥漿等，使得圍巖的密度大而堅固。從而連結圍巖和管棚組成一個鋼架形的孔系管棚。管棚法是山嶺隧洞中最為常用的施工輔助方法，它適用于許多復雜的地質脆弱的巖層，是施工快，安全性高的重要方法。

3 軟弱地層中超前支護的應用

3.1 一般施工技術程序

眾所周知，隧道施工的程序上，一般遵循：挖了一段，護一段，封閉一段的重要原則。施工工作嚴格按照程序執行，首先施工前了解巖層構造確定好技術方案，在利用相應的施工工具以及技術人員，在保證周圍環境安全情況下進入隧洞開挖。在軟弱層進行超前支護就是在施工時對有裂縫并穩固性差的巖層，通過打孔后的打入鋼筋架構并進行注入漿泥，迫使漿泥在受外力壓強下不斷流動和擴散，逐漸填密軟弱土層的空隙。將開挖輪廓面以及其四周延伸范圍內與構架中的鋼管以及巖漿凝結為堅硬的殼狀固體。其原理就是降低巖層地下水的滲透量，完善巖土或結構性能，加固巖土的整體性，從而保障施工的安全，這類工序能達到超前支護的最終目的。

3.2 施工技術方法

3.2.1 臺階法

臺階法又分為正臺階法和反臺階法，其多適用于穩定與不穩定巖層中，適用性強。在穩定巖層中，在臺階上部分采用光面爆破，臺階下部分采用欲裂爆破；不穩定巖層中則利用支護結構在施工中根據臺階跨度適時仰拱。總具體的施工程序是：在隧道中進行人工降低水位，在進行一般施工技術程序后，技術人員再利用機械開挖隧道，將土堆運出后對開挖橫廓面噴混凝土，支立格柵鋼架再進行噴射混凝土封閉，形成上下臺階，再根據巖層穩固性分上下兩部分開挖隧道。

3.2.2 雙側壁導坑工法

雙側壁導坑工法是屬于新奧爾法的分支的隧道開挖法，俗稱眼睛工法，是一種適用于巖層較差的行車隧道開挖。其原理就是將隧道橫面分為左中右三部分，左右隧道輪廓面先進行施工，中間部分跟其后。其具體工序是，首先開挖一側的隧坑，及時支護后隔相當距離再開挖另一側，并進行支護，待其閉合后，開挖中部土層，進行初次支護，并將拱架支撐在兩側的支護架上，最后進行隧道開挖建造底部。

3.3 施工的質量管理

3.3.1 布置小導管的技術要點

超前小導管是隧道施工中進行超前支護關鍵工藝。在布置導管孔時為防止導管底部發生堵塞，鉆孔深度需要超過導管長度90%；同時為保證導管受力性能好需要鉆孔的傾角準確。最后在設計制作漿孔時，要使得孔的直徑呈均勻、規則的形態，否則降低鋼管本身堅硬度。

3.3.2 注漿施工技術要點

灌注漿泥過程中，為避免漿管堵塞，造成注漿的效果不佳的問題。應采用以下措施。首先灌注漿泥前先對漿管進行清洗；然后對漿泥質量嚴格把控，制注漿配合比例以及凝結的時間符合相關技術標準，例如在對配合后凝結時間進行調整配合比，根據測量凝結固體強度，選擇配合比率較好的方式。一般注漿壓力是由依次增強的，而流量計顯示注漿量是依次遞減的，當注漿量為最小時，結束注漿。同時在注漿過程中要保持漿泥質量需要封閉開挖面，將漿泥由隧道兩側橫廓面呈對稱地往中間以及從上部分向部分按步驟灌注，如果過程中出現有漿從其他漿孔流出或滲透時，可進行間隔性灌注，待最后注漿全部完成后要對注漿效果評測。

4 結語

綜上所述，隧洞軟弱地層中超前支護是開挖隧洞施工過程的重要輔助措施，超前支護的技術類型多樣，因此，在水利、市政工程隧洞施工中，應該結合工程的實際情況，制定科學合理的支護方案，達到隧洞的堅固穩定與安全的目的，以確保隧洞施工順利進行。

參考文獻：

[1]朱國保.軟弱破碎圍巖隧道中管棚超前預支護技術研究[D].成都：西南交通大學，2007：1120.

[2]王春華.超前支護淺埋暗挖技術在小間距隧道中的應用[J].施工技術，2013（1）：101104.