公路橋梁隧道施工中注漿拱棚超前支護技術探析

張煊峰

（義烏市中澤路橋有限公司，浙江 金華 322000）

在公路橋梁施工中經常遇到地質條件差、施工條件惡劣的情況，遭遇不良地質結構、土質松散、富水化、軟弱地層等問題，對此需要采取一些措施對施工范圍內的土體進行改良或進行支護措施，在公路橋梁隧道施工中，超前支護應用比較常見，使用范圍也比較廣泛。當前超前支護施工中注漿拱棚超前支護可以有效加強圍巖強度、控制圍巖變形，避免掌子面出現坍塌危險，為施工安全生產提供良好保障。工程技術經過多年的施工積累，技術上有了一定的改進，注漿拱棚超前支護技術可以更好地滿足超前支護需要，規避傳統超前支護的弊端，擁有更好的、安全高效的綜合應用價值[1]。

1 注漿拱棚超前支護施工原理

公路橋梁隧道施工中經常應用注漿拱棚超前支護技術，其原理主要是通過鉆孔及配套安裝相應的鋼管、鋼板、螺栓等在隧道施工截面構筑成拱形連續體為后續施工提供超前支護，具體使用由此形成的承載力維持前方土體的穩定，減少施工影響的地面沉降。實際工作中確定隧道頂板輪廓，沿圓周方向打入鋼管等設置，再通過注漿將基巖膠結成整體，提高施工范圍圍巖的物理力學強度，形成加固殼體，大大保證施工安全性。

2 注漿拱棚超前支護設備應用

由于一些人仍在注漿超前支護技術中存在實操盲區，下文所述的具體內容主要針對該技術配合工藝設備體系的合理融合，應用雙搖臂高壓噴射注漿鉆機與孔口止漿器于超前支護施工中，更多地克服其對注漿流量與注漿壓力的控制難點。

2.1 液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機的應用

目前，液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機已經應用于注漿拱棚超前支護施工中并取得了不錯的效果。與同類設備相比，液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機在動力扭矩、行程、裝機功率、施工作業半徑等方面都具有不小的優勢，實際支持效果也更佳。其主鉆架長度可達12m，轉動十分靈活且具備較高的可靠性，便于操作，定向定位方便，可是實現鉆噴一體化施工，降低了施工復雜程度。在施工作業范圍方面，作業面最大高度可達5.6m，最大寬度可達7.2m，水平作業轉動范圍可達90 度，垂直作業轉動范圍在-15 度至90度[2]。此外，該鉆機動力系統配置爽動力源，前進驅動裝置采用柴油動力系統，在鉆孔、旋噴工作方面的動力為電機驅動。在保障有限空間內空氣質量方面提升明顯，同時提高了前進機構的靈活程度。鉆機還配有彈性支座，更加方便實現孔口止漿器與主鉆架的有效銜接，聯接與拆卸都更加方便，提高施工作業效率。

2.2 孔口止漿器的應用

在注漿拱棚超前支護技術中需應用孔口止漿器可以調劑孔口壓力同時控制廢漿液排放，這對于控制周邊土體變形量至關重要。目前使用的孔口止漿器主要有三方面作用：首先，它可以通過溢流管截止閥實現對超前支護過程中產生的廢漿液排放及孔口壓力進行調節控制；其次，它可以利用密封腔在鉆孔、旋噴作業期間保障高壓噴射漿液的密封性，避免自溢流管滲漏等情況出現；最后，它可以利用溢流管控制旋噴注漿作業中產生的廢漿液及鉆孔廢渣排放至預設區域，不僅促使超前支護施工更加高效，還對減少施工作業環境污染有積極作用[3]。

圖1 隧道超前支護結構圖示

3 注漿拱棚超前支護施工

3.1 施工流程

定位施工：施工人員對鉆機鉆架進行校準、定位定向，通過孔口止漿器、法蘭盤與掌子面上預留的鋼管進行緊密連接，保證定位定向的精確可靠。

鉆孔施工：按照設計深度結合現場條件采用回轉及沖擊回轉等方式進行鉆孔施工，施工產生的渣土、廢漿液等廢料通過孔口止漿器的溢流管定點排放，控制廢料范圍，避免污染周邊環境。

注漿施工：使用高壓噴射注漿，從孔底進行高壓旋噴，自下至上完成操作，距離掌子面1m～2m 時停止旋噴，整體過程中把控稱重系統、攪漿系統、泥漿泵之間的配合。

分離孔口止漿器：關閉溢流管截止閥，鉆頭分離板閥腔同時切換板閥至關閉狀態，后進行板閥腔及密封腔的分離工作，將鉆架移動至相應孔位，根據注漿需求利用溢流管處理壓力補漿。

分離板閥腔：加固體達到非流動狀態后分離預埋鋼管與板腔連接處，同時使用棉布、木塞進行封閉。

插入芯體施工：通過孔口插入鋼筋、鋼筋束、鋼管等進旋噴樁體，滿足超前支護需求。

上述工藝施工因為孔口止漿器等設備的優化，進一步完善了注漿拱棚技術，方便壓力控制、固體流向控制、巖土體變形控制、廢料排放控制，是公路橋梁隧道工程領域普遍推廣的施工技術。

3.2 施工注意事項

3.2.1 監控量測

在公路橋梁隧道施工中，經常采用明洞施工，明洞開挖后，需要及時地進行套拱段開挖，開挖過程中基礎梯形開挖，注意邊坡及墻腳的支護工作，必要時進行加強、擴大仰角，必須滿足地基承載需求。在開挖之前，分析地質報告，布置測量點測繪地表沉降，采集原始數據。依據相應規范結合現場實際情況，在洞口處設置3 個沉降監控量測面，各監控量測面再布置13 個觀察點，各點之間建議間距3m～5m，中間相對密集，兩側相對稀疏，沉降精度控制在0.1mm 內。結合地質報告做好地質調查，進行直接剪切實驗，現場取樣進行現場實驗，基于實驗結果掌握施工段圍巖的應力特性，具體包括物理力學性質、處應力狀態等。施工中的量測主要是實時監測施工狀態，通過量測坑道周邊位移、圍巖內松弛范圍、支護結構與施工圍巖的應力狀態了解現場錨固效果與松弛范圍。

3.2.2 套拱施工

套拱施工順應自下至上，即先基礎后拱身。基礎強度必須滿足規范要求后才可進行拱身施工。基礎結構厚度應不小于1m，設計承載力一般不小于300kpa。如果未滿足設計承載力要求則需要對基礎進行加寬處理。洞口套拱規格一般為2m，混凝土規格不小于C25，制作導向墻。套拱中設計鋼拱架輔助支撐，縱向間距為0.6m，鋼拱架間使用鋼筋縱向聯接，鋼筋規格Φ22，環向間距1m，沿鋼拱架內外交錯布置。在鋼支撐設置長度為2m 導向管，規格Φ127×4mm，導向管沿拱圈進行環向排布，環向間距0.5m。同時采用鋼筋焊接方式在工字鋼外輪廓處進行固，方向與拱棚一致，導向管連接處建議使用雙面焊，寬度不小于15cm，若使用單面焊，焊接寬度加倍。套拱厚度根據設計施工，混凝土澆筑需要做好砼料進場的連續性把控，以免提前固結影響質量，使用泵車入模，注意檢查，保證泵管暢通。施工部位應對稱進行，保證構筑體結構穩定。震動力度適中，長度把控，避免振搗不到位或混凝土離析，同時防止暴模情況發生，在控制成品外觀方面，內外模使用竹膠板[4]。

3.2.3 注漿拱棚施工

管棚施工工藝一般包括：鉆孔平臺施工、鉆機組裝及試車、鉆孔、清理、成孔檢驗、鋼管施工、注漿、清孔、水汽砂漿填充。管棚施工一般在導向墻8m 范圍內平整管棚平臺作為施工作業面，為后續安裝鉆機留有空間，現階段多使用液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機。

鉆孔階段一般利用套拱中預留的孔口管作為導向管進行鉆孔，外插角度根據具體情況考慮線路縱坡進行控制。首先在鉆孔前需要檢查鉆孔機械設備情況是否正常，在導向管外側的套拱面對孔位和孔號進行標記方便后續施工，施工順序先單號后雙號，過程中需要確保相互之間避免影響。鉆機布置完成后，依據設計及施工方案放樣定位開展鉆孔。鉆孔施工時，應該盯緊施工，保證施工精度，開孔操作時前期鉆速適當降低，在鉆入20cm 后恢復正常鉆速。首節鉆桿鉆入20cm～30cm 后停止鉆進，人工卡緊鉆桿，后低俗反轉脫離鉆桿。鉆機退回原位后裝入第二節鉆桿，同時固定好聯接套，在低速運轉至首根鉆孔底部，校準后聯接成整體。后續施工以此按照上述方法施工，直至設計深度。在更換鉆桿時，需要檢查鉆桿的平直程度及損耗情況，發現不合格的要及時更換，保證成孔質量。同時鉆孔需要把扶直器做好安裝，同步鉆桿水平推進以預防鉆桿在推力與阻力導致上下振動雙向作用下成孔不夠平直。除此之外，在鉆孔施工中，需要經常檢查鉆桿偏斜程度進行控制，確保誤差在規范范圍內，不合格的要及時退孔充鉆。

清孔一般使用高壓風力進行，自內而外進行，清孔必須徹底，保證后族鉆孔及退桿通暢，出現卡鉆現象時需要持續清孔直至清理干凈。

注漿孔安裝在清孔、成孔檢驗合格后進行，使用鉆機的沖力進行插管。在管棚結長施工中，先將首根尖頭鋼管頂入孔中，后依次連接，管棚之間連接采用絲扣連接方式，長度一般為15cm。所使用的管件需保證受力要求，接頭避免處于相同截面，前后錯開布置，首批不同長度管節單雙號排布，后排管節長度設置相同保證相近位置的接頭不處于統一截面。在頂管過程中首節鋼管推進至孔外35cm 左右時，安裝后續鋼管，后操作鉆機對準首節管管端部低速推進，主控鉆進角度，采用人工持鉗連接，保證兩節鋼管通過聯接套成為一個整體。鋼管鉆進必須逐孔逐根嚴格按編號推進，嚴禁混接。插管施工后，導向管與鋼管中間空隙使用速凝水泥封堵嚴密，避免漿液流出，在進漿及排氣處設置控制閥。

漿液制拌采用砂漿攪拌機，不建議人工攪拌，具體配比根據實際和現場試驗確定，具體布置時，不同材料依據比例、用量做好標記，嚴格按照配比及規范進行操作。注漿過程中控制好初始壓力和終止壓力，注漿控制中進漿量小于20L/min～25L/min 時，升高注漿壓力，達到終壓后持壓10min 以上，可以停止注漿，同時及時封堵注漿口，避免空氣進入。當出現進漿量大、壓力卻長時間不升高的情況，需要及時調整漿液配合比，降低凝膠時間，建議采用小泵量注漿或采用間歇式注漿，留有漿液的相對停留時間，方便凝膠，但時長不可以超過混合漿的凝膠時間。施工后先對鋼管清孔，清孔結束后及時使用水泥砂漿填充增加鋼管強度，管口埋入注漿深度不得少于30cm[5]。

4 總結

綜上所述，在公路橋梁隧道施工中使用注漿拱棚超前支護技術，可以加固開挖面前方土體強度，穩定開挖區域圍堰荷載，控制巖土體沉降。實際施工中依據現場客觀情況結合設計要求及相應施工規范，合理制定相應施工方案，規范落實各具體工序，保障施工安全，避免土體坍塌，引發安全事故。