高速公路隧道工程中的洞口超前支護施工技術

羅 文

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310)

1 工程概況

開春高速TJ05施工段共有隧道4座，總長2.828 km，短隧道有新龍1#隧道、新龍2#隧道以及茶園坳隧道3座，長隧道有雙悅嶺隧道1座，全部為分離式隧道，圍巖級別為III～V。III級圍巖約占17.6%、IV級圍巖約占36.1%、V級圍巖約占46.3%。

2 超前支護施工技術概述

超前支護施工技術通常應用于地形特點較為復雜的隧道工程中，這是在前期展開工程面開挖作業時利用錨桿及鋼管進行超前支護的一種新型施工方式，可以實現對地質圍巖的加固、穩定，從而確保邊坡的穩定性以及隧道施工的安全性。總的施工原理是借助導向架、管棚等構件，在公路隧道進行開挖時采取有效措施使鋼管頂入，同時以錨桿固定的方式完成圍巖的預支護作業，確保開挖工作面的穩定不變形，為后續環節的施工打下堅實的基礎。

針對地質特點相對復雜的施工場所，為達到超前支護的目的，應做好充分的輔助及支撐工作，在開展超前支護作業前應進行準確的測量放樣，確保前期準備工作全面充分；然后根據施工方案以及設計圖紙要求展開隧道明洞的開挖作業，并結合公路隧道的實際地質特點、氣候條件、周圍環境等因素，合理確定支護的設置情況，如管棚、鋼筋、錨桿等。最后，采取先進的技術監測公路隧道明洞的強度，避免出現坍塌現象，當強度不符合要求時應進行支護以及二次襯砌，從而確保公路隧道的整體強度以及施工面的平整度。

3 公路隧道施工中要做好地質勘查工作

由于公路隧道基本處于地質情況較為復雜的區域，因而給隧道施工提出了更高的要求。在施工前應全面地進行地質勘察及分析地質特點，有助于制定合理的施工方案。若施工場所的地質屬于較為松散的黃土，則會出現邊坡穩定性較差的情況。尤其是當淺埋段斷面較大情況下應利用超前支護技術加固邊坡。開挖面>100 m2或者斷面較大等情況下都需要利用超前支護技術對邊坡進行加固[1]。

由于構成圍巖的黃土受到雨水的浸濕作用，上部結構往往會發生沉陷，自由水不能順利下滲和被吸收，長時間作用下圍巖的穩定性就會遭到破壞。因此，在進入隧道口的區段施工時也應當使用超前支護技術加固，防止因洞口發生坍塌而影響公路隧道的質量。開挖明洞時，可以結合前期地質勘察工作所獲取的相關信息，研究出與地質特點相適應的施工方案，并通過超前支護技術、結合管棚進行施工，從而有效提升明洞結構的穩定性。另外，在隧道掘進過程中也需要借助勘察結果進行分析并確定合理的洞身支護方式。

4 超前支護施工技術

4.1 超前長管棚施工

本項目中，所采用的超前長管棚均為φ108×6 mm的熱扎無縫鋼管，各管棚的環向間距為40 cm。為了確保鉆孔方向與設計保持一致，需要在明洞襯砌外設置70 cm厚、長2.0 m的C30鋼架混凝土套拱。但是在鉆進過程中鉆孔方向難免會出現一定的偏差，但是偏差應控制在1°～3°。該項目中雙悅嶺隧道左右兩線的進口超前長管棚長度為30 m，出口為40 m，左右兩線各51根超長管棚。

1)套拱施工。在結束明洞段上臺階開挖作業后，應徹底清除洞口仰坡的危石等雜物，并根據設計要求對邊仰坡采取相應的錨噴支護，接著是混凝土套拱施工。套拱施工以及安裝導向管時首先應準確測量定位，確保鋼管的位置及方向與設計要求保持一致。φ14 mm固定鋼筋分別與φ133 mm孔口管、I20b工字鋼進行可靠的焊接，且焊縫長度至少為5d，對于無孔口管的鋼拱架則通過φ22 mm的縱向鋼筋連接，且各鋼筋保持100 cm的環向間距。為了鉆孔作業、注漿作業的順利進行，在明洞開挖環節應預留平臺，便于滿足管棚及套拱施工時對作業高度的需求。

2)鉆孔。鉆孔前先將預埋的導向管從左至右從1～51編號，利用鉆機鉆孔時按照從下往上的原則，在導向管鉆進、低速逐步鉆進的方式。另外，需要借助全站儀控制并檢測鉆孔作業的質量，控制終孔的偏斜率<1/2 000，并且每完成一孔的鉆進即完成一根鋼管的頂進作業后，應及時注漿，依次完成所有的鉆孔。鉆進施工環節應密切關注鋼管鉆機的偏斜度，當偏差程度超過設計要求時則應立即采取措施調整，確保鉆孔的深度、方向等符合設計及相關標準的要求[2]。通常情況下采用左右兩側同時施工的技術，當完成了左側1號孔的鉆進作業后，鉆機移動至右側的51號孔位實施鉆進，同時對1號孔進行注漿，注漿結束時51號孔鉆進結束；然后鉆機移動至左側的2號孔進行鉆進，右側51號注漿，按照該順利逐漸完成所有孔的鉆進、注漿作業。在鉆進過程中若出現了坍孔、卡鉆等問題后，應當在有效補漿后再繼續鉆進。

3)清孔。鉆頭在地質巖芯鉆桿的作用下清掃孔底，可以去除孔底、孔壁的浮渣，另外利用高壓風清理孔底的沉渣，保障孔徑、孔深等參數滿足設計標準，避免發生堵孔的現象。

4)管棚制作及安裝。長管棚可以在施工場地采取分節加工的方式，鋼管接頭用長15 cm的絲扣進行對口緊密連接，如圖1所示，且同一斷面內的接頭數不能超過接頭總數的1/2，相鄰接頭至少錯開1 m的距離。

圖1 超前長管棚構造示意圖(單位：cm)

另外，奇數號的孔位注漿管、偶數號的孔為無注漿，準確記錄各孔的信息。安裝時按照先進行有孔鋼花管再進行無孔鋼花管的順序，同時通過無孔鋼花管作檢查注漿質量。

5)注漿。注漿材料為水泥漿液且水灰比控制為1∶1，注漿的初壓為1.0 MPa、終壓2.0～2.5 MPa。通過KBY-50/70注漿機完成高壓注漿施工，嚴格控制注漿壓力及注漿量，注漿完成后及時清除鋼管內的殘余漿液。

4.2 超前小導管施工

1)施工方法。通過風動鑿巖機進行鉆孔，采用人工安裝超前小導管的方式使其與鋼架連接并焊接固定，小導管的外插角控制在12°，利用注漿泵注入水泥漿液，注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa；當地下水較豐富時則注入水泥-水玻璃漿液，其水灰比為1∶1，水泥與水玻璃體積比1∶0.5，保持相同的注漿壓力。小導管需要在專門的加工廠制作完成，將其前端制作為尖錐形，并每隔15 cm在管壁上交錯鉆直徑為8 cm的眼孔，但是在距離管口500 mm的范圍內不設置任何眼孔，如圖2所示。

圖2 超前小導管大樣圖(單位：cm)

鉆孔結束后，根據設計要求和施工方案將小導管插入孔中，對于圍巖較松軟的區域可以用油錘或鑿巖機將小導管逐漸打入，且導管尾部與鋼架牢固焊接形成可靠的預支護結構。注漿前先噴射5～10 cm的封閉掌子面作止漿墻，當單孔的注漿量滿足設計要求值后即停止注漿。注漿過程中應根據注漿試驗結果以及實際的施工狀況確定合理的注漿參數，注漿時準確記錄相關的注漿信息，不斷分析并改進注漿作業的參數，同時時刻關注支護面的狀態，確保支護結構的穩定性[3]。

2)檢驗標準。檢驗標準如表1所示。

表1 超前鋼管實測項目

4.3 超前錨桿施工

1)測量放樣。準確測量并標注開挖面的中線、標高，然后簡單畫出開挖面的基本輪廓并標記錨桿孔位，孔位的偏差應控制在50 mm范圍內。

2)鉆孔。通過具備φ50 mm大鉆頭的風槍進行鉆孔，滿足設計深度、孔徑后清除孔內的殘渣、水等。

3)超前錨桿安裝。將早強錨固劑藥卷放在水中，泡至軟而不散的狀態時取出，再人工持炮棍將藥卷塞滿至孔深1/3～1/2處。注漿時應將注漿管插入至管底到孔底50～100 mm的距離，然后逐漸灌漿，并將孔內多余的水分擠壓至孔外，將灌漿管緩慢拔出，其中注漿壓力不應超過0.4 MPa。在安裝錨桿時需要運用鐵錘捶打的方式將錨桿逐漸打入，直到錨桿達到孔底且孔口處有水泥漿液溢出。

4)將錨桿的尾部與環向鋼筋或者鋼架進行牢固的焊接，從而提升預支護結構的整體穩定性。超前錨桿搭接長度應>1 m，且插入孔內的長度應滿足設計要求，保持合理的縱向間距。當超前錨桿需要與鋼架共同起到支護作用時應當先安裝鋼架、再穿過鋼架腹部鉆孔，然后安裝錨桿。

4.4 沉降觀測

除上述作業之外，現場監控測量也是公路隧道施工的重要組成部分，且只有通過現場量測才能掌握隧道圍巖和支護的實際動態，以此來指導施工。隧道開挖前，在固定位置設置觀測點，定期觀測各點的收斂值和沉降值。根據隧道圍巖的實際情況和參照相關規范，在公路隧道施工中需進行的量測項目有：地質和支護狀態觀察、隧道圍巖變形測量、隧道地表下沉降變形量測等，量測的斷面間距、測點布置需嚴格按照圍巖的分類和規范要求執行。最后將量測的實際數據進行處理和分析，繪制位移距開挖面的曲線圖，以便施工。

5 結束語

公路隧道工程施工中，開挖邊坡容易出現滑坡等現象，為加強坡面的穩定性且具有較大支撐作用，通常采用超前支護施工技術對邊坡等進行加固。采用該技術時應嚴格遵守施工工藝流程，高質量完成長管棚、小導管等環節的施工，確保支護結構可靠，保障公路隧道的整體穩定性。

[ID:010497]