高速公路隧道工程中的超前支護施工技術探析

高舉

摘 要：因高速公路隧道施工環境復雜，巖層強度不一，為此需應用超前支護技術對巖層進行加固，提高其承載力，避免隧道出現變形、塌方或地表下沉等問題。本文對高速公路隧道工程中的超前支護施工技術進行探究，首先闡述了超前支護施工技術概念，其次總結了該技術的優缺點，然后結合實例論述技術應用要點，為類似隧道工程建設提供參考。

關鍵詞：隧道工程;超前支護;超前小導管;超前錨桿

因我國國土面積中有70%為山區或丘陵，造成高速公路施工中需進行大面積的隧道開挖作業。但開挖作業會擾動土層、破壞周邊地層結構，易引發隧道塌陷等病害[1]。為避免此類事故的發生，需采用適宜的支護技術進行加固，但是對于支護強度有較高要求，必須根據工程實際情況確定施工技術方案，因常規支護手段無法滿足施工要求，可利用超前支護承載力及強度等突出優勢，提高工程施工質量。

1 超前支護施工技術概述

所謂超前支護施工技術是指在工程面開挖時通過錨桿與鋼管進行支護，工作原理為利用導向架、管棚等專業構件，在隧道開挖時將鋼管頂入至一定深度，后通過錨桿固定等方式對圍巖進行預支護，保證開挖工作面結構的完整性[2]。超前支護主要形式有：超前錨桿或超前小鋼管，長度為3 m～5 m，多用于錨固前方圍巖結構;超前管棚，多與鋼架配合使用，適用于前方圍巖錨固或環境特殊路段，超前管棚又包括短管棚超前支護、長管棚超前支護與鋼插板超前支護，短管棚超前支護為長度<10 m的小鋼管，長管棚超前支護即長度為10 m～45 m的粗鋼管，鋼插板超前支護為長度<10 m的鋼插板;注漿加固圍巖和堵截水，包括超前小導管注漿與超前深孔圍巖注漿，前者是順著開挖面的外輪廓線按照規定角度置入特制導管（導管管壁附有小孔），以固定壓力向管內注入漿液，漿液逐漸硬化變為巖體，后者又稱之為深孔注漿，借助漿液壓力將破碎圍巖或黏土層壓裂成縫，并用漿液充填于縫中，逐漸固結，以起到加固與堵水功能[3]。

若工程地質復雜，為實現超前支護，需做好準備工作，參照施工方案與設計圖紙進行隧道明洞開挖，參照工程現場地質條件、水文條件及氣候環境等合理布設支護構件，后對明洞強度進行跟蹤監測，若強度不足則必須按照現行規定進行支護、二次襯砌，確保隧道結構整體強度，作業面也必須平整。

2 超前支護施工技術的優缺點

超前支護技術優勢表現在以下兩個方面：第一，構建支護結構，降低施工風險，為后續作業奠定基礎;第二，施工結束后，超前支護可為隧道結構提供足夠的支撐力，在隧道投入運行后，巖體結構與圍巖承載力均可達標，確保安全使用。

超前支護技術缺點如下：第一，超前支護形式多種多樣，但是每種形式均有自身的缺陷，如管棚支護，其結構復雜、剛度較大，而超前小導管注漿技術雖然結構簡單，但是對于漿液配置要求較高，所以施工方案確立之前需做大量的勘察工作，方可確定最終的支護形式;第二，導管或錨桿前端多位于滑動面內，應用超前支護技術加固效果會被削弱，不利于隧道結構的整體控制。

3 工程實例應用

某隧道工程位于剝蝕山地區域，中線最高與最低高程相差1 117 m，地面起伏較大，山體海拔較高，自然坡度均大于25°。該工程中隧道獨頭掘進最大距離為6.2 km，左右線為反坡排水，合同段隧道埋深較大，Ⅲ級圍巖比重高。為此，支護難度較大，經施工單位與設計單位反復協商，后確定超前支護方案如下。

3.1 超前支護與初期支護

該工程Ⅴ級圍巖區域采用超前小導管注漿預支護技術，Ⅳ級圍巖區域采用超前錨桿預支護技術，施工流程為噴混凝土封閉開挖面→沿周邊布孔→鉆孔→小導管加工→插入小導管→漿液準備→注漿→開挖。

3.1.1 超前小導管注漿預支護施工方法

該工程鉆孔設備選用YT-28風動鑿巖機，支護作業由人工完成，通過焊接對超前小導管與鋼架進行連接加固;注漿作業主要通過注漿泵完成，注漿壓力控制標準為0.8 MPa。Ⅴ級圍巖區域使用的小導管前端呈尖錐形，末端焊接有Φ8 mm的加勁箍。管壁每隔15 cm交錯鉆射孔眼，如圖1所示。

鉆孔時外插角控制在10°～15°以內，鉆孔結束后在孔中適宜位置置入小導管，末端與鋼架焊接，形成預支護體系，作業流程如圖2所示。在注漿作業過程中必須跟蹤監測周邊環境，詳細記錄作業數據。

3.1.2 超前錨桿預支護施工方法

因該工程施工段存在破碎地層圍巖，注漿時易出現注漿過量造成圍巖滑塌問題，為此施工單位采用隔孔鉆進模式。止漿塞置入孔洞10 cm及以上深度，排出其中空氣后及時使用快凝水泥砂漿進行封堵。

3.2 超前支護施工技術應用要點

3.2.1 導向墻的施作

為有效提高導向墻施工質量，需做好前期準備工作。對于導向墻拱腳的外側區域，應填筑漿砌片石，建設穩固的基礎，其承載力最低值不得小于0.3 MPa。管棚搭建也是建立在導向前的基礎上，對工程實際施工流程進行考量，需做好現場的放線測量工作，并對管棚與隧道開挖線間的距離進行嚴格控制，以降低管棚作業難度。該工程隧道管棚導向墻施工材料選用混凝土護拱，設計規格為2.5 m×0.7 m，明洞襯砌外必須加設套拱，布置于輪廓線外圍，且與隧道洞口的仰坡面相貼合。同時，套孔內側設有環向支撐構件，為工字鋼拱架。此外，通過將鋼管與骨架相連接，利用導向管控制外插角。導向管頂模位置有序安排木模板、邊模與底模拼裝作業。

3.2.2 鉆孔施工

該工程鉆孔施工要點如下：第一，采用逐節鉆進模式，正式施工前需保證現場為低壓低速狀態，鉆進1 m后勻速提高鉆進壓力，施工單位使用測斜儀對鉆孔位置進行觀測;第二，鉆孔質量控制，鉆孔前需先均勻噴涂混凝土，構筑止漿墻，墻體厚度為15 cm，因鉆孔會受機械運作影響，易發生塌孔的作業區域需實施泥漿護壁作業，鉆進困難則聯合跟管鉆進法進行施工;第三，清孔與驗孔，工程采用巖芯鉆桿形式進行掃孔，通過高壓風清除孔底雜物與沉淀物，后檢查孔位，施工單位設定的偏差控制標準為≤±50 mm。

3.2.3 注漿施工

為了防止施工中巖面漏漿現象，在注漿前期應做好噴射工作，所使用的混凝土強度應處于C25水平以上，噴射對象除了開挖作業面外，還應涉及到拱圈、孔口巖面等區域。①嚴選注漿材料以固化收縮性良好的材料為佳，同時其與圍巖等結構的黏合性以及可灌性均是需要著重考慮的指標。為提升注漿固結體牢固性以及抗滲性，在選擇注漿材料時應對當地水文條件進行充分了解。②提升注漿施工工藝水平水泵試漿與注水測試是后續正式注漿作業的前提，此外準備的漿液均需使用曬網進行過濾處理。漿液對應的參數較多，諸如擴散度、壓力等均需要控制在合理范圍內。在單鋼管注漿過程中，可以依據方法①進行。

為避免施工作業面出現巖面漏漿問題，在注漿施工前需先進行噴射，使用的混凝土強度控制在C25以上，噴射作業面應涵蓋開挖作業面、拱圈與孔口巖面等區域。對此，應謹慎選擇注漿材料，以固化收縮性能良好的為最佳，且需將與圍巖結構的粘合性和可灌性作為重要參考指標。為強化注漿固結體的強度與抗滲性，需根據工程現場的地質水文條件進行選擇。此外，為保證注漿施工效果，需有序開展水泵試漿、注水測試，必要時需使用篩網對漿液進行過濾處理，并關注漿液擴散度、壓力等參數的變化。單鋼管注漿時，可參照公式確定具體數值。

式中：L-鋼管總長度，單位為m;r-鋼管半徑，單位為m;R-漿液擴散半徑，單位為m;-隧道地層孔隙率;-漿液損耗系數;-漿液有效填充系數。

該工程選用水泥砂漿，設計水灰比為1：1，注漿壓力控制標準為初壓1.0 MPa、終壓2.0 MPa～2.5 MPa。注漿施工采用雙重控制標準，對注漿壓力與注漿量進行跟蹤監測，注漿結束后對管內殘留漿體進行清除，并用M30號水泥砂漿進行填充處理。因該工程施工環境復雜，異常情況較多，為此施工單位采用以下措施進行處理：首先，小裂漿，使用經過浸泡的麻絲對裂縫進行填塞，后對注漿配比進行適當調整，確保漿液性能;壓力檢測，若壓力值超出控制范圍，則需立即注入純水泥漿，或注入適量的清水;堵管，開啟孔口位置的泄壓閥，并關閉進漿閥，停止施工設備運行，根據實際情況進行處理。

4 結語

綜上所述，本文基于超前支護多種形式分析其優缺點，結合工程實例對于超前支護施工技術進行分析，從初期支護、鉆孔、注漿等多個環節對施工要點進行論述，以實現對施工質量的有效控制，確保隧道施工質量符合質檢標準，為隧道工程的安全運營奠定基礎。

參考文獻：

[1]雷建華.軟土地層中進行隧道掘進對周邊環境影響監測實例分析[J].建筑工程技術與設計，2017，25（19）：1600+1613.

[2]張雋.砂質黃土隧道支護侵限段邁式管棚超前支護技術有效性分析[J].鐵道建筑技術，2013，30（12）：65-68.

[3]吳建偉.散體圍巖隧道開挖施工中超前小導管注漿的作用分析[J].公路交通科技（應用技術版），2014，10（8）：197-201.