高速公路隧道工程中的超前支護施工技術

葉道華

（廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧）

在高速公路隧道建設過程中，為了能夠規避路基坍塌現象，需要通過有效應用支護技術，滿足工程施工的各項需求。支護技術能夠嚴格要求支護效率以及穩定性，由于以往常規支護技術難以達到項目發展需求，而超前支護技術能夠實現標準支護的目的，使隧道的穩定性、荷載力得到顯著提升，達到標準。基于此，在公路隧道工程建設中采用超前支護施工技術利于工程穩定發展。

1 項目特點

本次工程項目以樂業至望謨（樂業段）高速公路項目為例，該工程項目在具體建設時所具有的特點主要表現在以下5 點：（1）平面線位敏感點多，可選擇走廊帶窄。（2）沿線高程變化劇烈，設計縱坡大。（3）橋隧比例高，建設難度大。（4）地質復雜，不可控因素多。（5）涉及省界交接，協調工作難度大。

2 超前小導管施工

2.1 施工方法

本次工程采用小導管超前支護技術，通過不斷加固隧道圍巖，確保高速公路隧道的地層承載力、穩定性。該項技術施工流程見圖1。

圖1 整體施工流程

在具體施工過程中，施工可利用風筒鑿巖機鉆孔作為首選方式。施工人員需要根據相關要求、標準安裝超前小導管，按照12°控制外插角，通過采用焊接的方式有效結合鋼架的穩定性，施工材料選擇注漿泵進行高效注漿，以水泥單液漿為重點，通過現場試驗施工，在性能狀態最佳的情況下，對具體注漿參數進行明確，并以此作為重要參考，利于后續施工的順利開展[1]。在制定加工中，提前對小導管進行制作時，需要對前端進行加工，使其成為尖椎樁，按照15 cm 的距離，在管壁上進行交錯鉆眼，保持8 cm 的直徑范圍。鉆孔作業完成后，將小導管插入孔徑內，保證鋼架、尾部焊接穩定，形成預支護體系。注漿作業時，提前組織對水壓進行試驗，確保該項工作的有效性，對地下吸漿、擴散這兩方面的情況進行具體判斷，明確施工參數是否足夠合理，具體包括注漿壓力、漿液濃度等。在注漿時，需要嚴格按照相關要求以及標準，通過對試驗進行參考，并將參考操作作為重要條件，對各項數據、信息進行詳細記錄并分析，確保整體施工質量，針對質量問題從源頭積極避免。

2.2 檢驗標準

超前鋼管實測項目檢驗標準見表1。

表1 超前鋼管實測項目檢驗標準

2.3 超前錨桿施工

超前錨桿施工參數見表2。

表2 超前錨桿施工參數

2.3.1 測量放樣

根據設計圖紙測量開挖面、標高以及中線，明確輪廓線、錨桿孔位，使后續作業能夠正常、順利開展，針對施工過程中可能出現的誤差等問題，盡可能避免。

2.3.2 鉆孔

風槍鉆孔方式實施鉆孔作業，以設計要求保證深度，清理孔內各種雜物，確保孔內干凈[2]。在管棚鉆孔作業中，施工需要按照先奇數孔、后偶數孔的方式進行施工，偶數孔需要在完成注漿作業的基礎上進行。并且，在改過程中，需要對鉆孔作業方向嚴格控制，避免不良操作導致鉆孔精度的準確性[3]。在鉆進階段中，需要全面、詳細、嚴格的檢查偏斜度，避免發生偏差。一旦出現偏差，及時糾正。按照順序將鉆桿、鉆頭穿過導向管，對準孔位啟動鉆機。控制斜控時，發揮導向管的導向作用。成孔后，清理孔內雜物，開展后續工作。

2.3.3 超前錨桿安裝

超前錨桿安裝工作主要以兩方面為主：第一，填塞錨固藥卷。對早強錨固劑藥卷的質量進行明確，確保能夠達到具體要求與規定，在水中置入后，在浸泡處理一定時間后需要將其取出，此時，早強錨固劑藥卷狀態呈現為軟而不散[4]。對藥卷填塞可通過人工持炮棍進行，孔深達到1/3～1/2 位置處。灌漿底部、孔底之間的距離為：50～100 mm，組織進行注漿作業，有效的送至漿液至孔底[5]。發揮漿液作用，可更好地擠出孔內多于的水，注入水泥砂漿中。緩慢拔除注漿管。注漿時，壓力保持在<0.4 Mpa，壓力不可過低，避免無法有效注入漿液。第二，安裝錨桿。人工操作后，需要打入錨桿，該過程可通過鐵錐進行，當錨桿觸底并孔位位置有漿液留出時，需要及時停止。錨桿施工工藝流程見圖2。

圖2 錨桿施工工藝流程

2.3.4 其他

除了以上內容，錨桿施工內容具有廣泛性，具體如下：

（1）環向鋼筋與錨桿外部、系統錨桿連接時，可利用焊接方式進行，通過該種方式使兩者能夠形成一個完整性的整體，將支護作用的特點充分發揮。（2）在搭建超前錨桿的過程中，保證其長度在1 m 以上，布置時需要沿著開挖輪廓線周邊進行，使其足夠均勻，通過采用焊接的方式穩定連接尾端、鋼架，提高固定性。（3）超前錨固需要有效配合鋼架支撐，外插角保持在12°，沿著開完輪廓周邊均勻布設錨桿，牢固焊接鋼架、尾端，使錨桿錨固長度達到標準。（4）安裝鋼架，在通過穿過鋼架腹部鉆孔、安裝錨桿。

3 超前小導管的加工安裝要求

超前小導管加工安裝具體要求包括以下幾點：

（1）材料。以φ108 mm×6 mm 的熱軋無縫鋼管為主要材料，奇數孔為有孔鋼管, 偶數孔為無孔鋼管。鋼筋籠由固定環和鋼筋構成, 超前小導管加工樣式。（2）管棚鋼管的加工。根據鋼管接頭的錯位要求,加工6 m 編號為奇數孔位的第一節鋼管以及3 m 編號為偶數孔位的第一節鋼管。為提高施工的便捷性，用有孔花管的奇數孔安裝管棚鋼管, 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 長的錐形，尾端焊φ10 mm 的加強箍。合理組織鋼筋籠的加工作業，成型后用于安裝。實際安裝期間，向管棚內插入固定環，利用鉆機頂進，絲扣連接鋼管，相鄰兩孔的鋼管接頭相互錯開。需注意的是,頂進期間嚴格控制鉆桿的前進傾角, 要求其與導管傾角保持一致，成孔后隨即將導管插入孔內,待完成某孔的鉆進和導管安裝作業后，在確保無誤的前提下方可移動設備，進入下一孔施工環節,按照此方式重復操作。

4 超前支護施工技術的應用

4.1 導向墻的施作

為了能夠使導向墻施工質量得到顯著提升，需要加大前期準備工作。針對導向墻拱腳外側區域，需要在其進行漿砌片石填筑，以此為后續導向墻的施工創造穩定的基礎[6]。通常，地基承載力的最低值需要達到0.3 MPa。在搭建管棚時，需要根據導向墻作為重要基礎開展，基于此，需要充分考慮作業流程角度，起初需要加大管棚位置的測量工作，并關注放樣工作，在該過程中，需要對管棚、隧道開挖線之間的間距進行嚴格的管控，以此減少后續管棚施工的難度[7]。在開展各項測量工作后，需要根據設計方案中的軸線基準作為參考，實施鋼拱架的架設，在拱圈位置配備相應數量的孔口套管。為加大鋼管打入的精準性，需要對孔口套管的直徑進行嚴格控制，將管棚鋼管作為參考，需要比其超過2～3 cm。在該基礎上，需要對各個套管之間的對應位置、彼此間的距離進行明確，以此充分滿足準確定位，在此后安裝套拱模板。在實施澆筑作業后完成套拱拱頂的合龍工作。在該過程中易出現導向墻下沉的位置發生偏差的問題，基于此，可通過輔助應用臨時支撐措施進行。澆筑完成后，需要覆蓋處理導向墻套拱，材料主要將土工布作為主材料，開展一周的灑水作業，以此規避導向墻出現開裂的問題。導向墻施工工序見圖3。

圖3 導向墻施工工序

4.2 鉆孔施工

在鉆孔作業過程中，尤其是隧道施工圍巖段時，存在圍巖破碎、裂隙發育等不良地質見圖4，需要對以下3 點內容加以重視。

圖4 V 級圍巖斷面布置

（1）按照“逐節鉆進”的方式開展。在正式進行鉆孔前，需要確保現場始終保持低壓低速狀態，當鉆進深度達到1 m 后，逐漸加強鉆進壓力[8]。在整個鉆孔過程中，需要通過測斜儀的方式對鉆孔位置準確度進行提升。（2）做好鉆孔質量把控。在正式進行鉆孔前，需要通過噴涂混凝土處理形成止漿墻，其厚度需要保持在15 cm，減少后續漏漿、坍塌事故的發生概率。鉆機對鉆孔質量造成不同程度的影響。基于此，在開展作業時，需要對鉆機運行狀態進行實時監測，在對易塌孔位置區域開展作業的過程中，需要通過采用泥漿護壁的方式使鉆孔正常進行。一旦鉆進難度過大的情況下，可通過采用跟管鉆進法進行輔助。為了能夠對夾鉆現象進行有效規避，需要有效控制鉆進速度，確保在合理范圍內。（3）做好清孔、驗孔工作。通過采用巖芯鉆桿的方式實施掃孔作業，以此加大浮渣清除工作，在清理整個孔道的過程中，需要采用高壓風進行。在完成清孔作業后，需要對孔位偏差進行詳細檢查，其對應的孔位偏差≥±50 mm，需要合理控制對應的鉆孔偏差，保持在該范圍內。

4.3 注漿施工

為了能夠避免施工過程中發生巖面漏漿的現象，在注漿前期工作中，需要有效開展噴射工作，所應用的混凝土強度需要保持在C25 水平以上，除了開挖作業面，噴射對象還涉及到孔口巖面、拱圈等區域。

（1）嚴選注漿材料。材料選擇以固化收縮性好的材料為主，同時需要著重考慮其與圍巖等結構的粘合性、可灌性，這些均作為重要指標。為了能夠加強注漿固結體牢固性、抗滲性，在對注漿材料進行選擇時，需要充分了解當地的水文條件，完成注漿施工（見圖5）。（2）提升注漿施工工藝水平。在正式注漿作業中，水泵試漿、注水測試作為該項工作的前提基礎，另外準備的漿液需要通過利用曬網的方式開展過濾處理。漿液對應的參數較為廣泛，包括壓力、擴散度等均需要在合理范圍內有效控制。在單鋼管注漿過程中，可按照式（1）實施。

圖5 注漿超前小導管加工示意

式中：鋼管總長度（m）為L；鋼管半徑（m）為r；漿液擴散半徑（m）為R；隧道地層孔隙率為η；漿液損耗系數為β；漿液有效填充系數為α。

結束語

綜上所述，由于高速公路隧道施工地質特殊，且該項作業危險性較大，易影響施工整體質量，通過利用超前支護施工能夠提升作業的安全性，構建受力支護結構，確保每一環節的作業都能夠順利開展，提升隧道施工質量。