高速公路隧道施工中的超前支護(hù)技術(shù)

朱熙

（中交四航局第一工程有限公司，廣州510000）

1 工程概況

中山至陽(yáng)春高速公路開平至陽(yáng)春段TJ06施工段，路線呈東西走向。工程施工起于陽(yáng)春市春灣鎮(zhèn)，止于陽(yáng)春市合水鎮(zhèn)，起訖里程K47+629～K58+440，全長(zhǎng)10.811 km。路基2.618 km，3座共長(zhǎng)4.448 km隧道，7座共長(zhǎng)3.745 km橋梁，涵洞7座，通道6道，春灣連接線7.38 km。

2 高速公路隧道的超前支護(hù)技術(shù)分析

本項(xiàng)目隧道采取的是超前長(zhǎng)管棚+超前小導(dǎo)管+超前錨桿相綜合的超前支護(hù)模式。超前長(zhǎng)管棚僅用于V級(jí)圍巖洞口段，本文重點(diǎn)對(duì)超前小導(dǎo)管、超前錨桿兩部分的施工技術(shù)展開分析。

2.1 超前小導(dǎo)管施工

2.1.1 施工方法

在現(xiàn)場(chǎng)利用風(fēng)洞鑿巖機(jī)鉆孔；由施工人員根據(jù)要求將超前小導(dǎo)管安裝到位，外插角按12°控制，利用焊接的方法將其與鋼架穩(wěn)定結(jié)合；注漿泵高效注漿，施工材料為水泥單液漿，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定漿液在最佳性能狀態(tài)下的注漿參數(shù)，作為施工的依據(jù)。

提前在指定加工廠制作小導(dǎo)管，前端加工成尖錐樁，管壁上按15 cm的距離交錯(cuò)鉆眼（除管口500 mm以內(nèi)的部分），直徑8 cm。

鉆孔后，向孔內(nèi)插入提前制作成型的小導(dǎo)管，尾部與鋼架穩(wěn)定焊接于一體，形成預(yù)支護(hù)體系。注漿前組織水壓試驗(yàn)，通過(guò)此途徑判斷地層在吸漿以及擴(kuò)散兩方面的實(shí)際情況，由此確定合適的施工參數(shù)，如漿液的濃度、注漿壓力等。注漿期間，嚴(yán)格依據(jù)試驗(yàn)所得的參數(shù)操作，詳細(xì)記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)質(zhì)量分析，從源頭上規(guī)避質(zhì)量問(wèn)題。

注漿前先噴射5～10 cm厚的混凝土，其作用在于有效封閉掌子面；正式注漿階段，注漿壓力遵循逐步上升的原則，待實(shí)測(cè)值達(dá)到設(shè)計(jì)終壓后，持續(xù)注漿10 min，保證實(shí)際注入量不少于設(shè)計(jì)值。通常，注漿結(jié)束時(shí)進(jìn)漿量以20～30 L/min以內(nèi)較為合適。（單層）小導(dǎo)管搭接見圖1，（雙層）小導(dǎo)管搭接見圖2。

圖1 （單層）小導(dǎo)管搭接

圖2 （雙層）小導(dǎo)管搭接示意圖

2.1.2 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

超前鋼管實(shí)測(cè)項(xiàng)目檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 超前鋼管實(shí)測(cè)項(xiàng)目檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 超前錨桿施工

錨桿施工工藝流程見圖3。

圖3 錨桿施工工藝流程圖

2.2.1 測(cè)量放樣

以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，精準(zhǔn)測(cè)量開挖面、中線和標(biāo)高，并確定輪廓線和錨桿孔位，作為后續(xù)作業(yè)的參照基準(zhǔn)，為盡可能減小施工誤差，要求孔位偏差不超過(guò)±50 mm。

2.2.2 鉆孔

利用風(fēng)槍鉆孔，滿足設(shè)計(jì)深度要求后，清理孔內(nèi)粉塵等雜物。管棚鉆孔時(shí)，先組織奇數(shù)孔的施工，經(jīng)注漿作業(yè)后再施工偶數(shù)孔，期間嚴(yán)格控制鉆桿的作業(yè)方向，保證鉆孔具有足夠的精度。鉆進(jìn)期間加強(qiáng)對(duì)偏斜度的檢查，存在偏差時(shí)及時(shí)糾正。鉆桿與鉆頭有序穿過(guò)導(dǎo)向管，對(duì)準(zhǔn)孔位中心，啟動(dòng)鉆機(jī)，利用三翼鉆頭鉆孔。在斜孔的控制工作中，宜發(fā)揮出導(dǎo)向管的導(dǎo)向作用。成孔后，及時(shí)清理孔內(nèi)的雜物，以便后續(xù)可順利下管[1]。

2.2.3 超前錨桿安裝

超前錨桿安裝主要分2個(gè)方面：

1）填塞錨固藥卷。取質(zhì)量達(dá)標(biāo)的早強(qiáng)錨固劑藥卷，將其置于水中，經(jīng)一段時(shí)間的浸泡處理后取出（要求達(dá)到軟而不散的狀態(tài)），再由人工持炮棍填塞藥卷，使其處于孔深的1/3～1/2處。灌漿管底部距孔底50～100 mm處，組織注漿作業(yè)，使?jié){液可以被高效送至孔底，通過(guò)漿液的作用，將孔內(nèi)多余的水?dāng)D出，隨著水泥砂漿的逐步注入，期間適當(dāng)緩慢拔出注漿管。注漿全過(guò)程中，要求注漿壓力≤0.4 MPa，但不可過(guò)低，否則易出現(xiàn)漿液難以被有效注入的情況。

2）安裝錨桿。由人工操作，利用鐵錘將錨桿打入，待錨桿觸底并且孔口處有漿液流出現(xiàn)象時(shí)即可停止。

2.2.4 其他

除上述步驟外，錨桿施工還包括以下內(nèi)容：

1）連接錨桿的尾部和系統(tǒng)錨桿的環(huán)向鋼筋，采取焊接的方法，將二者構(gòu)成完整的整體，發(fā)揮出支護(hù)的作用。

2）超前錨桿搭接長(zhǎng)度在1 m以上，沿開挖輪廓線周邊均勻布置，尾端利用焊接的方法與鋼架穩(wěn)定連接。

3）超前錨桿宜和鋼架支撐配合使用，外插角為12°，錨桿沿開挖輪廓線周邊均勻布置，尾端與鋼架焊接牢固，錨桿入孔長(zhǎng)度符合要求。

4）先將鋼架安裝到位，再穿過(guò)鋼架腹部鉆孔、安裝錨桿。

2.3 超前小導(dǎo)管的加工安裝要求

其相關(guān)要求主要包括：

1）材料。以φ108 mm×6 mm的熱軋無(wú)縫鋼管為主要材料，奇數(shù)孔為有孔鋼管，偶數(shù)孔為無(wú)孔鋼管。鋼筋籠由固定環(huán)和鋼筋構(gòu)成，超前小導(dǎo)管加工樣式見圖4。

圖4 超前小導(dǎo)管加工樣式

2）管棚鋼管的加工。根據(jù)鋼管接頭的錯(cuò)位要求，加工6 m編號(hào)為奇數(shù)孔位的第一節(jié)鋼管以及3 m編號(hào)為偶數(shù)孔位的第一節(jié)鋼管。為提高施工的便捷性，用有孔花管的奇數(shù)孔安裝管棚鋼管，孔眼直徑8 mm，間距按7.5 cm控制，遵循梅花形布置原則。前端鋼管呈15 cm長(zhǎng)的錐形，尾端焊φ10 mm的加強(qiáng)箍。合理組織鋼筋籠的加工作業(yè)，成型后用于安裝。實(shí)際安裝期間，向管棚內(nèi)插入固定環(huán)，利用鉆機(jī)頂進(jìn)，絲扣連接鋼管，相鄰兩孔的鋼管接頭相互錯(cuò)開。需注意的是，頂進(jìn)期間嚴(yán)格控制鉆桿的前進(jìn)傾角，要求其與導(dǎo)管傾角保持一致，成孔后隨即將導(dǎo)管插入孔內(nèi)，待完成某孔的鉆進(jìn)和導(dǎo)管安裝作業(yè)后，在確保無(wú)誤的前提下方可移動(dòng)設(shè)備，進(jìn)入下一孔施工環(huán)節(jié)，按照此方式重復(fù)操作[2]。

3 超前支護(hù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 超前支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠給高速公路隧道工程的施工創(chuàng)設(shè)良好的條件，從根本上解決支撐難、支撐穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，有利于隧道建設(shè)工作的高效開展。超前支護(hù)技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有2點(diǎn)：

1）超前支護(hù)結(jié)構(gòu)完整、可靠，可以有效發(fā)揮出支護(hù)的作用，使隧道主體結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場(chǎng)圍巖均具有穩(wěn)定性，很大程度上消除施工的阻礙因素。

2）施工后，超前支護(hù)仍能持續(xù)發(fā)揮出支撐的作用，可以保證巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免在后續(xù)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

在施工中，需要從實(shí)際建設(shè)條件出發(fā)，合理應(yīng)用超前支護(hù)技術(shù)，選擇合適的材料，構(gòu)建完整、穩(wěn)定的超前支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，充分滿足高速公路隧道工程的建設(shè)需求[3]。

3.2 超前支護(hù)技術(shù)的缺點(diǎn)

盡管超前支護(hù)技術(shù)具有較良好的支撐效果，且在絕大部分隧道工程中均取得廣泛的應(yīng)用，但仍需意識(shí)到該項(xiàng)施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中有局限之處。工程實(shí)踐表明，超前支護(hù)技術(shù)的局限性主要體現(xiàn)在以下2方面：

1）在超前支護(hù)技術(shù)體系中，管棚支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)等均是重要的技術(shù)形式，但無(wú)論何種形式，各自在應(yīng)用中均有瑕疵。以管棚支護(hù)技術(shù)為例，則存在支護(hù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的情況，若未合理協(xié)調(diào)好材料間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，則容易出現(xiàn)支護(hù)效果不足甚至失效的情況；又以超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)技術(shù)為例，施工期間必須加強(qiáng)對(duì)注漿質(zhì)量的控制，如漿液原材料的質(zhì)量、漿液的配合比、注漿方法等均是重點(diǎn)控制內(nèi)容，某方面控制不當(dāng)時(shí)，均容易對(duì)整體支護(hù)效果帶來(lái)影響。

2）超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用中通常使用到導(dǎo)管、錨桿等構(gòu)件，但此類構(gòu)件有部分處于滑動(dòng)面內(nèi)，而滑動(dòng)面的穩(wěn)定性不足，易出現(xiàn)支護(hù)效果欠佳的情況。

針對(duì)超前支護(hù)技術(shù)的種種局限性，在工程中有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)予以高度的重視，遵循因地制宜的原則，選擇合適的超前支護(hù)形式，合理優(yōu)化技術(shù)，最大限度發(fā)揮出超前支護(hù)在隧道施工中的支護(hù)優(yōu)勢(shì)，為隧道施工創(chuàng)設(shè)優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路隧道施工期間易受到地質(zhì)、水文等多方面因素的干擾，存在施工環(huán)境復(fù)雜、難度大、質(zhì)量要求高等局限性，不利于隧道建設(shè)工作的順利開展，易由于圍巖失穩(wěn)而誘發(fā)質(zhì)量問(wèn)題。而在合理應(yīng)用超前支護(hù)技術(shù)后，可以構(gòu)建完整且穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，維持隧道主體結(jié)構(gòu)以及圍巖的穩(wěn)定性，從而在安全的環(huán)境下高效組織隧道的建設(shè)工作。