高速公路隧道開挖支護技術分析

王琴琴

山西省公路局晉城分局 山西晉城 048000

高速公路隧道工程往往需要面臨非常復雜的工程環境，施工期間存在的各種隱患都有可能對工程項目、人員帶來影響，嚴重時甚至會導致施工人員出現傷亡，所以高速公路隧道工程的開挖支護非常重要，只有提升開挖支護的施工質量，才能保證隧道工程的順利開展。所以有必要對隧道工程中的開挖支護展開研究。

1 高速公路隧道工程開挖支護施工技術

高速公路隧道施工大多都需要應用到開挖支護技術。很多公路隧道工程建設都面臨著較為復雜的導致條件，在實際施工中需要對地應力、地質物理參數、地下水、地質斷層等因素進行充分考慮，并且明確開挖方式、支護方式，做好開挖前施工方案的設計和審核，保證施工方案可行性。在開展高速公路隧道工程建設前，需要由專業的地質勘察人員對當地的土質、周邊環境、交通情況等進行實地勘察，經過詳細勘察后匯總并且分析勘察數據，總結勘察結果，然后將數據提供給設計人員。設計人員根據勘察數據合理設計高速公路隧道開挖支護方案。在設計開挖支護方案時，要注意盡量避免擾動周圍圍巖結構，避免降低圍巖結構的穩定性。在完成方案設計后還要進行多方審核，對比選擇最優設計方案。當前高速公路隧道開挖方式較多，臺階法、全斷面開挖法、CRD施工都是常見的開挖方法。支護技術也較多，比如混凝土噴射施工技術、錨桿施工技術、鋼架及大拱腳鋼架支護技術、模筑混凝土襯砌技術、超前小導管施工技術等。想要保證順利安全地完成公路隧道工程建設，就要明確各種技術的應用方式和特點，根據工程實際情況合理選用開挖支護技術，提高施工質量和安全性[1]。

2 工程施工中的開挖支護技術構成

2.1 開挖技術

土方開挖施工有人工和半機械開挖，使用鐵鎬、風鎬、風鉆等簡單工具，配合挑抬或小型運輸工具進行作業，適用于小型水利工程。有些灌溉排水溝渠的施工直接使用開溝機，一次成型。大中型水利工程的土石方多用挖土機等機械。斜坡開挖邊坡時，應選擇由上而下、分層開挖的施工順序，合理進行放坡，避免邊坡過陡和切割跛腳，防止因邊坡失穩而塌方。若出現臨時性邊坡塌方，應盡快清除，改緩坡度或將坡頂線后移；若出現永久性邊坡局部塌方，應在清除塌方松土后，用塊石填砌，與土坡面接觸部位做成臺階式搭接，并與土坡面結合緊密。石方開挖作業對象是硬度較高及有一定厚度的巖面。在開挖施工之前要求綜合評估圍巖類型，開挖方案及開挖技術的選擇要按照相關的參數來進行。對有一定厚度的巖石層可采用新奧法施工。如使用機械開挖法有掘進機開挖法、盾構法、頂管法；常用的爆破技術有淺孔爆破、深孔爆破、硐室爆破、預裂爆破及光面爆破等。開展爆破施工作業時，要結合巖層的水平條件與實際分布，爆破材料及爆破方法的選擇要按照角度、高度、邊坡坡度來進行；炮眼的設計與布置要求按照參數圖紙來進行；對于炮眼的間距、角度、深度要求嚴格按照爆破參數來確定。

2.2 淺埋軟巖公路隧道的開挖工藝

陽宗隧道采取的是進出口雙向施工的方式，共形成12個作業面；在徐家莊隧道工程中依然采取相同的施工方式，作業面數量為4個。基于明挖法展開隧道明洞的施工作業，基于新奧法完成暗洞部分的施工。軟弱圍巖地質條件特殊，應減小開挖進尺和加強測量與控制。兩隧道的正洞左右線進出口均存在一定程度的V級圍巖淺埋偏壓斷和斷層破碎帶，以實際地質情況為立足點，開挖環節的可選對象有CD（CenterDiaphragm，中隔壁）法和核心土法；V級圍巖淺埋段可選方法為三臺階法和核心土法；Ⅲ級圍巖為兩臺階法。遇地質條件欠佳的施工段時，以機械開挖的方式為主，特殊區域可采取小規模的淺眼松動爆破方式。洞身段分布較多的Ⅲ、IV級圍巖，該部分以光面弱爆破技術較合適，隨開挖作業的推進，其間及時采取支護措施，營造安全的施工環境[2]。

2.3 錨桿施工技術

工作人員需要根據圍巖級別、風化程度、巖層狀態等數據做好錨桿方位的確定，做好錨桿位置的合理布設。如果隧道施工路段較多那么需要對不同施工段的水文地質情況進行分別設置，避免盲目采用同種方式。為了將錨桿懸吊作用充分發揮出來，需要保證錨桿布設方向、間距、長度都和巖層面垂直。施工人員在施工過程中要將錨桿組合的組合梁和拱的作用充分展現出來。不過當前部分設計單位和施工單位組織結構不同，考慮的問題也存在較大差異。設計人員通常在設計方案時值考慮水文地質勘察情況，沒有充分和施工人員溝通，導致在具體施工中不得不根據工程實際地質情況調整設計方案。建設單位和監理單位只認可設計方案和圖紙，如果設計部門沒有進行變更那么不得不根據圖紙施工，導致無法按照實際水文地質情況調整初期支護錨桿的間距和長度，同時可能存在錨桿過剩或者不足等問題。如果出現上述問題必然會導致施工材料和成本浪費，或者錨桿作用力無法充分發揮出來，這不利于隧道工程的安全。為此，設計人員和施工人員和加強溝通，根據實際情況合理設計施工方案[3]。

2.4 光面爆破

光面爆破是隧道施工中比較普遍的爆破施工方式，其可以大幅提升掘進施工的速度，保證爆破施工質量合格，能夠消除超前挖的問題，從而可以確保支護施工效果合格。該爆破方式的實質就是在隧道掘進設計斷面的輪廓中設置密度比較高的周邊眼，能夠減少單個炮眼的裝藥量，從而可以實現低密度與低速的爆炸，最終可以提升爆炸的效果，不會對巖石結構產生過大的沖擊影響，夠提升施工的安全性。光面爆破施工要點如下。①放樣布眼。鉆眼前，工作人員應該根據要求在現場使用紅油漆進行開挖中線與輪廓線的標記，然后確定具體的炮眼位置，從而可以保證其誤差控制在5cm以內。②定位開眼。根據炮眼的設置來進行鉆孔施工，且應該保證其孔位和軸線垂直。周邊眼的位置精度要求較高，偏差不能超過5cm。③清孔。裝藥開始前要進行清空作業，使用工具或者風機進行內部石屑清理，確保不會影響裝藥作業。④裝藥。根據要求確定裝藥量，符合技術標準，否則將會影響爆破的效果。⑤聯結起爆網絡。起爆網絡設計為復式網絡的形式，能夠使得起爆更加的準確和標準，從而可以提升爆破的效果。⑥瞎炮的處理。如果有瞎炮，應該及時查看原因。如果是孔外導爆管損壞而導致的，應該將其去除掉并且重新引爆，從而保證爆破符合要求[4]。

3 高速公路隧道工程開挖支護施工要點

3.1 錨桿支護

路橋隧道工程施工中采用錨桿支護，在開始施工前就要由專業人員對導管孔進行仔細檢查，保證其符合工程設計要求，然后開展錨桿安裝作業。由于錨桿桿體是由中空厚壁的全螺紋所構成，在具體施工過程中可以根據需求對其進行切割處理，為后期配件安裝作業提供便利，安裝好之后利用齒峰凹槽對其進行固定。在具體施工過程中，需要保證錨桿孔深度、位置和布置的準確性，使用的水泥砂漿強度要求超過C20的硅酸鹽水泥和細砂。施工人員還需要按照設計要求標出注漿錨桿的具體位置，保證巖面和錨孔的垂直效果都嚴格滿足設計要求，鉆孔作業過程中要及時將孔內的水導出，同時還保證錨桿墊板和孔口混凝土之間的緊密性，最后仔細觀察錨桿頭的變形過程，保證墊板螺帽的緊固程度[5]。

3.2 鋼筋網支護

在制作鋼筋網之前就要仔細檢查鋼筋材料的質量，確保材料質量符合相關標準要求，制作好鋼筋網之后同樣需要對其質量進行認真檢查，確保鋼筋沒有出現銹蝕現象，之后在鋼筋棚里將其綁扎好。在鋼筋網支護施工過程中，工作人員首先要提前將大片的鋼筋網加工制作好，錨桿安裝完畢后開始鋪裝鋼筋網，在洞外按照隨高就低原則緊貼初噴面放置好鋼筋網，如果有鋼支撐可以將鋼筋網放置在兩邊榀鋼外弧并進行點焊處理，若沒有鋼支撐則應該通過沖擊孔實施打淺孔對膨脹螺栓進行埋設，之后再將鋼筋網固定在膨脹螺栓上，并在錨桿尾部進行點焊固定。

3.3 隧道工程開挖支護施工有效性的措施

在國民經濟消費日益增長的背景下，對個人出行安全也提出了更高的要求。因此，在現階段加強和完善支護設計的施工監理開挖作為企業發展的一部分，不斷完善開挖支護施工方案設計中的不足之處，在設計過程中有效地將生成的參數數據與施工人員的綜合素質相結合，以使施工人員在設計過程中能夠更好地發揮作用，穩步發展[6]。隨著網絡技術、橋梁技術和隧道掘進技術的飛速發展，支護設計可以在信息共享、開挖過程、支護施工階段等各個分支建立信息系統。在計算機系統中記錄了影響這一問題的因素，并對其進行了集成和分析。同時，在基坑支護設計中，可以通過BIM軟件在信息系統中實現。一個三維模型的道路和橋梁隧道更全面的建設規劃

3.4 超前管棚支護

管棚施工方法應用在巖土的成拱效果相對比較差的巖土層中，該地層結構形式因為自重等因素的影響，導致其土體側向壓力比較大，在隧道中容易導致坍塌事故的發生，進而導致結構的損壞，造成相對較大的巖土側向力，因此，超前管棚支護施工應注意：①管棚的起點位置應該布置墻體結構，以避免泥漿流出影響結構的穩定性，通常該墻體厚度設定為至少30cm，且墻體支撐的穩定性符合標準；②管棚之后環節應該使用鉆頭進行工作面開挖施工，此時要考慮到地質條件做出調整，防止出現無法控制的情況；③鉆孔階段應該確保鉆桿內部的清潔度，及時清理渣土，能夠避免堵塞問題的出現；④結合地質條件來進行水泥砂漿的注入施工，主要是分析土質的穩定性方面[7]。應該做好水泥砂漿加注施工，能夠確保其成型符合標準；⑤相鄰部位的管棚應該確保連接性能合格，質量符合技術標準，在任何斷面中，管棚鋼管結構部分的連接施工，其接頭數量都要限定在鋼管數量的50%以下，這樣做的目的就是預防出現鋼管脫節情況的發生，如發生脫節，就會發生塌方的情況；⑥管棚鋼管要選擇使用強度高、質量優的無縫鋼管形式，前部需要制作成為尖頭的形狀，末端部位承載壓力需要焊接鋼箍；管口的位置上需要預留孔進行灌漿施工，其孔徑為75-185mm。

4 支護作業常見的支護工具及支護作用

4.1 錨桿

錨桿是路橋隧道中應用較為廣泛的支護工具，其種類多種多樣。自進式以及普通、中孔砂漿這三種錨桿形式都有各自的優勢。三種錨桿形式的功能都是對工程局部進行支護，提升隧道開挖時的穩定性[8]。一般而言，只有在利用巖石的基礎之上開展加固處理才能夠使支護效果達到最大。

4.2 鋼架

在路橋隧道的施工階段，施工人員需要提前在巖石層中尋找通道。但是由于路橋隧道工程中的巖石往往遭受了不同程度的破壞，所以巖石的內部結構往往非常復雜，這也使得施工難度出現了大幅度提升。在地質災害出現時，還會導致坍塌現象的出現。所以為了提升施工安全性，施工人員可以采用鋼筋進行支護作業，增加巖石結構穩定性，降低施工風險的發生。

4.3 支護作用

在隧道工程中，錨桿支護相對比較常見，通過支護能夠使工程穩定性得到大幅度的提升。通常情況下，我國很多大規模隧道工程都會選用預應力錨桿進行支護，但是這種支護方式并不是在所有環境下都能得到應用，只有根據隧道條件合理選擇支護方式，才能夠將支護作用發揮到最大。錨桿在隧道工程里可以起到支撐、防護的效果，通過支護可以使隧道工程質量得到保證，確保路橋隧道工程得以順利完成[9]。

5 結語

在高速公路工程施工中，隧洞及邊坡開挖支護技術合理應用具有非常重要的現實意義。結合工程項目實際地理環境和實際地質條件，具體分析了本項目開挖支護技術的施工特點，保證高速公路工程的施工質量，增強了其實踐意義。高速公路工程中須加強對開挖支護技術的實際作用研究，對其進行革新優化，確保高速公路工程項目建設質量全面提高。