高速公路隧道工程中的超前支護施工技術分析

柳昕

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，山西太原030024）

0 引言

在高速公路隧道建設中，超前支護是最有效的一種施工技術，并受到了廣泛的關注。在施工過程中，會出現路基塌陷現象，而支護技術的應用，對支護效率和穩定性都有著較為嚴格的要求。同時，考慮到項目的發展需要，在采用常規支護技術時無法滿足工程需要，但采用超前支護技術可以達到標準支護的目的，確保隧道的整體穩定性和荷載力都符合標準。所以合理使用超前保護施工技術，有利于公路隧洞工程建設的良性健康發展。

1 超前支護施工技術概述

超前支護施工技術主要是在施工前對圍巖做好預處理，采取的方法有管棚支撐、超早期小管道注漿支撐、超早期錨索支撐等。超前支護施工技術的工作流程涉及很多專業的思路，在支護的各個環節都能滿足支護要求，可以增強支護的穩定性，確保隧道在具體建設階段有了良好的支撐。根據以往的經驗，支護技術最大的好處就是能確保整個隧道結構穩定。利用先支護后施工的流程，可以有效地提高施工的安全性。結合超前技術，降低或消除施工過程中的安全風險，預防隧道施工中的土方沉陷。因此，必須確定超前支護技術的重要性和不足，然后將超前支護技術與施工規范相結合，將超前支護技術引入隧道建設中，從而促進工程的健康發展[1]。

2 超前支護施工技術的優勢與不足

2.1 超前支護施工技術的優勢

在高速公路隧道建設中引入超前支護施工技術具有重要的意義，它不僅可以有效地解決公路隧道支護狀況不佳的問題，也可以顯著降低施工中的安全隱患，為項目的順利發展和預防提供了有利的條件。在實際施工中，其優勢主要體現在：

第一，支護結構能確保隧道結構穩定，在具體施工中能促進施工的有序進行，提高支護的有效性。

第二，在施工完成后，利用超前支護技術對隧道進行良好的保護，可以確保隧道在正常使用時，每一處的構造都符合規定的要求，從而避免出現安全隱患。因此，超前支護技術是當前最有效的一種支護技術，它在快速推進隧道建設中發揮重要作用。既能滿足隧道工程的需要，又能在實際應用中得到很好的應用。

第三，降低爆破對巖體的破壞。圍巖一旦松動則會引起坍塌事故的發生，可以將隧道輪廓作為基礎，利用管棚形成具有穩定性的殼狀結構，利用梁拱效應為前后的圍巖提供有力支撐。若要降低爆破對圍巖的破壞性，在隧道爆破時可采用施工團隊廣泛應用的新奧法，管棚的密集環形結構可以大量的沖擊波與氣體吸收進去，從而有效緩解爆破給圍巖帶來的破壞[2]。

2.2 超前支護施工技術的不足

超前支護技術有利也有弊。目前較為常見的超前支護施工方法，例如超前小管道注漿保護、管棚保護等，在實際應用中存在缺陷。在高速公路隧道施工中采用管棚支護技術時，因為超前支護結構較為復雜，材料與管材之間的關系也很難掌握，往往不能滿足工程的要求，有的還會導致支護的失敗。另外，在高速公路隧道工程中采用超前小導管注漿支護技術，要嚴格控制灌漿質量，在施工過程中要隨時注意灌漿狀態，同時還要反復地計算和檢查漿液的配合比和原材料質量，以保證最終的整體支護效果。在高速公路隧道施工中，采用了大量的導管、錨桿等構件，由于部分導管、錨桿處于滑動面上，導致其失穩，從而導致了支護效果的下降[3]。

3 當前高速公路隧道施工中的不足

3.1 容易產生事故

高速公路隧道工程施工條件比較復雜，在工程建設中存在著較大的隨機性。工程前期準備工作不充分，或在施工中采取的保護措施不完善，由于受外力影響，若不能及時進行合理的治理，將會使隧道的圍巖隨環境的變化而發生改變，從而導致工程崩塌。

3.2 施工的環境較為惡劣

公路隧道建設首先要解決施工條件十分復雜的問題。隧道工程是一種地下工程，其施工難度可想而知。工程建設受到各種條件的制約，其中水文地質、巖體構造等對工程的順利進行有一定的影響。同時，由于隧道工程涉及的內容太多、太過復雜，各個工序之間的聯系也比較密切，有時還會出現交叉作業，這不但給隧道施工帶來了困難，而且一個疏漏都會影響到整個工程的正常進行。

3.3 隱蔽工程的施工

在公路隧道建設中，還出現了一些隱蔽的問題。在施工中，若檢查施工效果不佳，將導致更多的隱蔽工程出現，而且各個工序之間的距離都比較短，這一環節的施工質量將對下一階段的工程質量產生很大的影響。如果不能及時發現并解決這些問題，將會嚴重影響工程的整體質量，危及工人的生命安全。

4 超前支護施工技術在高速公路隧道工程中的應用分析

4.1 隧道洞口開挖施工技術

在隧道洞口施工中，可以采用超前支護施工技術，根據設計要求對斜坡和明洞進行施工。首先要在洞口上鑿出一條輪廓線，然后在洞口上安裝截水溝和排水孔，防止坡面被雨水沖刷。在開口部位，土石方可由上而下進行挖掘，應配置適當的挖掘機械，以確保挖掘的效率，并根據巖石的堅硬程度和土壤特性來進行挖掘。巖石的堅硬度越高，挖掘起來就越困難，這時候就可以采用爆破技術，利用科學的方法，既能保證施工質量，又能保證施工效率。在開挖過程中，洞口開挖是一項非常重要的工程，它可以直接地影響隧道的開挖質量。因此，在開挖過程中必須嚴格遵循有關技術規范，以確保工程質量。

4.2 小導管支護技術應用

在安裝導流管前，必須進行噴灌施工，噴注的厚度一般為3～5cm，并對開挖面層和封閉加固開挖面的空隙進行噴水。在鉆孔的時候，要利用鉆機沿設計的開挖輪廓線和外插角的方向進行鉆進，再用風鉆機將小管道頂進，在這個過程中，利用振動和沖擊，將風鉆上的旋轉夾緊，這樣才能保證管道的安全。另外，為了推進雙循環，采用“先奇后偶”的方法，首先是奇數的鋼管，其次是偶數的鋼管。這樣一輪下去，既能保證灌漿的質量，又能保證灌漿的數量。保證灌漿的強度達到一定的要求，才能進行下一步的挖掘。

4.3 隧道洞深開挖施工時超前支護施工技術應用

施工之前，必須先將特定尺寸的管道放置在輪廓線之外的傾斜位置，保證管道的位置符合規定的位置，同時根據土壤的緊實度調整灌漿壓力，通過一根小型管道進行灌漿。在保證地基穩定的前提下，對管道的直徑和距離進行精確控制。在注漿完畢后，還要對其質量與有關規范的一致性進行嚴格的檢驗，只有在合適的情況下，才能確保鉆孔深度。高質量的施工必須保證高水平的支撐結構。因此，在超前支護工作中，要確保達到預期的穩定要求，并結合適當的支護結構，使其達到預期的穩定。因此，在具體的施工工藝環節中，必須根據隧道施工規范和洞深的要求，采用合適的支護結構[4]。

4.4 分析支護力學模型

在日常應用超前支護技術時，必須對其所涉及的力學模型進行綜合分析，既能充分認識到超前支護的重要作用，又能保證超前支護工藝符合有關規范。根據有關資料，超前支護結構由錨桿和箱體組成，在滿足有關規范要求的情況下，必須確保其獨立使用。從這一點可以看出，超前支護結構對圍巖抗剪性能有顯著的促進作用，而采用超前支護結構，則能增強圍巖的支護力和抗剪穩定性。一般情況下，支撐結構的主體是掌子面區域內的梁類構件，它們可以殼體的形式出現，以維持良好的狀態。不僅如此，在采用超前支護結構時，還采用了管道灌漿和管棚保護，可以有效地增強整個隧道的穩定性，同時也可以滿足工程的良好支護需求[5]。

4.5 注漿施工過程

注漿建筑施工所使用的機械設備有1 臺漿料攪拌機、2 個灌漿泵、若干個注漿管。注漿管是由硬塑料制成，在管棚澆筑完畢后，首先通過鋼筋錨固設備將管道與孔壁間的空隙加以鋼筋錨固，再將管道打壓，并將注漿管口與鋼管接合。注漿澆筑使用的漿料是水泥料，注漿管安裝完成后，在工地進行水泥土料的調配，先將漿料混合均勻，然后用過濾網將漿料儲存到料筒內，最后由灌漿泵將水泥料經注漿管投入管道內。注漿法施工中必須明確灌注比例、漿料散布半徑、灌注水壓、注漿質量等4 項關鍵參數。混凝土和水的比例為1∶1，泥漿散布半徑范圍不低于0.5m，灌漿水壓為2.0～2.5MPa。灌漿量的決定必須與特定的公式相聯系，通過計算可知，此次注漿的灌漿總量為2.52m3，在全部參數確定后進行灌漿測試，以檢驗灌漿參數是否合理，若有誤差，及時修正。注漿時，必須先封住施工面，在注漿完畢后，再用水泥澆筑，防止漿料倒灌，并對所有的管道進行編碼，首先單號注漿，其次雙號注漿。注漿工序應嚴格按照規定的注漿工藝，注漿完畢后，應仔細記錄注漿過程中的各項參數，一旦發現問題，可以根據數量和參數進行分析，并采取相應的對策，同時還要對注漿質量進行檢驗，如果漿料稠密、飽滿，說明注漿質量達到要求，可以進行封堵。

4.6 檢測支護效果

隧道超前支護建設竣工之后，為了檢驗支護工程的支撐效果，在建設場地選擇了一些支護施工線路通過了澆筑測試，經檢驗，除了極少數的管道有絲扣破裂、沉陷的問題外，其他的都符合規定，損壞的管道占比不足1%。另外，對灌漿澆筑的產品質量及管棚的變形情況進行了檢驗，通過測試，得出了灌漿后的最大固結強度為13.6MPa，最低為12.3MPa，全部滿足了施工的需要。綜合以上檢驗，表明該工程的預支護法盡管有局部缺陷，但總體質量達到了預期的要求。

5 高速公路隧道施工的安全要點

5.1 做好質量管控

在施工過程中，應加強對灌漿材料的質量管理，保證灌漿材料的水灰比。注漿期間應密切監控注漿速度、注漿壓力、圍護結構與周圍建筑物的變形、沉降，并依據監測結果，及時調整注漿程序，保證注漿質量。

注漿完畢后，按設計圖及時對注漿效果進行細致的檢驗，保證注漿的實際效果符合設計要求。在檢查注漿效果時，要對所有的資料進行準確的記錄，并對施工中的施工資料進行檢驗，以確定注漿過程中有無漏漿、跑漿等問題。檢查時，可以在兩個注漿孔之間的灌漿質量差的地方進行鉆孔，并對其穩定性和滲漏狀況進行監測。

5.2 構建合理的規章制度

為了順利地進行隧洞施工，應建立健全安全保障體系，必須設立專門的警衛部門。另外，還要保證各安全體系的正常運行，保證每個設計都能達到安全規范和文明建筑的要求。

5.3 對施工現場進行嚴格監督

為了保證公路隧道工程的順利進行，并對施工現場進行嚴格的管理，可以采取隧道施工安全管理制度。除了保證滿足建筑材料和工程機械的極限要求之外，施工期間，施工人員要嚴格按照施工規程，加強施工管理，保證施工安全。

6 結語

總之，隧道施工難度大，影響因素多，施工過程中容易受到地形、水文地質等因素的影響，導致隧道圍巖變形而崩塌。在高速公路隧道工程中要依據工程概況、地質條件和環境條件，選擇最適宜的超前支護技術，并對施工工藝、要素等進行管理和控制，還要對預支護效果進行嚴格的檢驗，保證工程建設的正常進行。