阿克特蒲1#隧道超前支護技術的應用研究

摘" 要：隧道工程在開挖階段時常發生滑坡現象，嚴重影響工程的順利開展，也威脅到施工人員的安全，為解決隧道工程建設這一難題，避免安全事故的發生，在建設施工中采用超前支護技術進行有效控制。該文以阿克特蒲1#隧道為案例，分析超前支護技術的優勢，在隧道開挖期間積極應用超前支護技術，比如超前大管棚、超前小導管、超前藥卷錨桿和超前帷幕注漿等技術，有利于穩定大坡面，給開挖工作提供保障，有效避免滑坡帶來的危害，確保隧道工程的安全、穩定。

關鍵詞：阿克特蒲1#隧道;隧道建設;超前支護;技術應用;滑坡現象

中圖分類號：U455.7" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）09-0175-04

Abstract： Landslides often occur in the tunnel excavation stage， which not only seriously affects the smooth development of the project， but also threatens the safety of construction personnel. In order to solve the difficult problem of tunnel construction and avoid safety accidents， advance support technology is used for effective control in construction. Taking Aktepu 1# tunnel as a case， this paper analyzes the advantages of advance support technology， and actively applies advance support technologies during tunnel excavation， for example， leading large pipe shed， leading small conduit， leading explosive roll anchor， the application of advanced curtain grouting technology is conducive to stabilizing the large slope， providing protection for excavation work， effectively avoiding the harm caused by landslides， and ensuring the safety and stability of tunnel engineering.

Keywords： Aktepu 1# tunnel; tunnel construction; advance support; technical application; landslide

隧道工程建設施工階段比較容易受到水文、地質等諸多因素影響，極大增加了工程施工的難度，同時復雜的施工環境也易出現因圍巖失穩而引發的一系列質量問題，不利于隧道工程施工的開展[1]。通過科學、合理引進超前支護技術的應用，有效構建穩定、完整的支護結構，確保圍巖與隧道主體結構的穩定性，給建設工作提供安全的環境，促使隧道工程建設工作高效開展。

1" 工程概況

阿克特蒲1#隧道左洞長2 989 m，右洞長2 980 m。隧道按遠期交通量設計，采用雙洞單向兩車道。隧道明洞選用明挖法施工，暗洞選用新奧法施工，其中暗洞襯砌使用復合式襯砌結構方式。初期支護主要由錨桿與鋼筋網噴混凝土及鋼拱架形成有效的聯合支護系統，二次襯砌主要以模筑混凝土結構為主，其與初期支護之間進行布設防排水夾層。本次隧道穿天山—興安地槽褶皺區的天山褶皺系中的伊犁地塊，區內主要分布阿吾拉勒斷褶帶和博羅科努復背斜2個次級構造單元。巖質總體較完整， 巖質堅硬， 隧道圍巖由Ⅴ級、Ⅳ級、Ⅲ級3種級別組成，3種圍巖的長度分別是1 424、1 370、3 150 m，分別占隧道暗挖段總長的24.27%、20.27%、55.46%。隧道幾何線形與凈空按80 km/h設計，隧道凈高5 m，凈寬10.25 m，拱墻斷面為三心圓凈空斷面式。

2" 超前支護技術應用的優勢

隧道工程進行開挖時應按照實際圍巖情況來選用恰當的超前支護技術，借助相應的設備（如錨桿、導管等設備）沿著開挖的路線，有效控制圍巖變形等問題。超前支護技術的應用可以保證圍巖的安全與穩定性，為隧道建設提供更為安全的施工環境，保證了施工人員的安全[2]。在隧道建設中所應用的超前支護技術主要包含幾種類型，比如管棚支護、小導管支護、錨桿支桿、超前水平旋噴等施工技術。隧道建設開展前期應做好準備工作，深入工程現場進行勘察、測量等工作，收集項目地形地貌、地質結構、水文及周圍環境條件，根據隧道建設環境合理選用支護技術。為此，隧道建設中超前支護技術的應用優勢有幾方面：其一，有較強的承載能力，在隧道建設施工中軟弱圍巖的變形量相對較大，較易誘發一些安全隱患，而應用超前支護技術可以有效承載圍巖產生的壓力，保障圍巖沿隧道橫斷面方向形成連續殼體，支撐隧道上部圍巖，發揮拱形結構的作用。其二，隧道建設開挖期間，其周圍的圍巖就會出現擠壓、掌子面拱部塌方掉塊變形現象，此時科學、合理應用超前支護技術可以有效降低與控制圍巖的變形量，為隧道開挖工作提供安全、穩定的環境。其三，超前支護技術的應用可以維持圍巖基本狀態，且承載圍巖的壓力，從而形成一個完整穩定的支護系統，此支護系統可以應用于多種圍巖當中，促使圍巖更為穩定，保證隧道建設施工安全。

3" 隧道工程超前支護技術的應用

3.1" 護拱及超前大管棚施工

針對隧道地質條件，設計在洞口Ⅴ級圍巖加強段采用超前大管棚進行超前支護（圖1），為隧道暗洞洞身開挖，順利進洞提供安全保障。具體措施如下。

3.1.1" 護拱施工

在暗洞口先架立四榀Ⅰ18號工字鋼拱架。按照設計預埋Φ127×5孔口管，且與鋼拱架焊接成一體，管距的環向設定為400 mm，利用Φ20固定鋼筋將孔口管進行固定。之后再安裝內外輪廓（基礎的地基承載力不小于400 kPa）模板澆筑C30混凝土護拱，護拱的凈空大于洞身襯砌的外輪廓即可。

3.1.2" 管棚施工

根據現場實際地質情況，確保洞口段施工安全，結構穩定，按設計要求在洞口段Ⅴ級圍巖搭設超前大管棚[3]。管棚數量見表1。

1）管棚所用鋼管規格為Φ108壁厚6 mm的熱軋無縫鋼管（節長4～6 m），外插角1～3°（不含路線縱坡），鋼管接頭采用外絲扣連接（圖2），絲扣的長度應大于30 cm，需注意隧道縱向同一個截面內的接頭數量應控制為小于50%，相鄰鋼管接頭進行錯開設置，距離應大于3.0 m。針對棚管編號為奇數孔的四周按梅花形鉆出漿孔，偶數孔鋼管則不鉆孔。管頭10 cm長焊成圓錐形，便于入孔;尾部焊Φ10鋼筋加強箍。管棚內設置由5根Φ20帶肋鋼筋組成的鋼筋籠，鋼筋籠的固定環Φ42鋼管，壁厚4 mm，長40 mm;5根鋼筋焊于固定環上，固定環間距為100 cm。

2）管棚鉆孔。選用機械設備潛孔鉆進行鉆孔施工作業，期間需要借助測斜儀測量監測鉆孔作業的偏斜度，更好保證鉆機準確平行于路線中線方向進行工作，使鉆機以平行于路線縱坡和中線前進，發現偏斜超過設計要求時，及時糾正。每鉆完一孔應立即安裝好鋼花管或鋼管[4]。

3）管棚注漿。注漿參數：水灰比為1∶1（重量比），摻入適量的速凝劑，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。隨著注漿的壓力逐漸增高，壓力達到預設定的終壓數值之后，再繼續進行注漿15 min以上;進漿量應控制在20～30 L/min以下。在實際注漿作業之前應進行現場試驗工作，依據試驗的數值情況，對注漿相關參數進行合理調整，以便利于施工作業。在開展施工期間，必須記錄好鉆孔地質與注漿的實際情況。

隧道建設整個管棚施工工藝流程如圖3所示。

3.2" 超前小導管施工

單層超前注漿小導管適用于隧道主洞S5a、S5b、S5ct和S4a（節理密集帶）型襯砌超前支護，主洞緊急停車帶適用于SJ5、SJ5j、SJ4a和SJ4aj型襯砌超前支護，還適用于隧道車行橫通道超前SC5j、SC4aj、SBDS4aj和SXF4aj型襯砌超前支護。超前小導管采用Φ42×4鋼管注漿支護，外插角10～15°，小導管尾部與鋼拱架焊接;小導管長4.5 m，環向間距40 cm，縱向搭接長度不小于1 m。雙層超前注漿小導管適用于隧道主洞S5a和S5b（巖體破碎段）型襯砌超前支護，超前小導管采用Φ42×4鋼管注漿支護，外插角10～15°和10～30°，小導管尾部與鋼拱架焊接;小導管長4.5 m，環向間距40 cm。

選用型號YT-28風動鑿巖機設備進行鉆孔，安設超前小導管，同時使用鋼架進行焊接固定，需注意小導管外插角一定要滿足設計要求，然后進行水泥漿注漿作業。水泥漿水灰比為1∶1，注漿作業時的壓力控制在0.5～1 MPa。

小導管在構件加工廠制作，前端做成尖錐形，尾部焊接鐵箍，管壁上每隔15 cm交錯鉆溢漿孔，直徑為6 mm，尾部100 cm內不設溢漿孔。小導管加工如圖4所示。鉆孔完畢后，將小導管插入孔中，尾部焊接在鋼拱架上（小導管端部支撐型鋼拱腹板中心開孔，小導管穿過型鋼腹板并與型鋼焊接）。

3.3" 超前藥卷錨桿施工

本次隧道主洞在S4a、S4aj、S4d襯砌段超前支護采用Φ22超前螺紋鋼錨桿支護，超前錨桿長度分別是4.5 m，環向間距40 cm，錨桿外插角10～15°，搭接長度大于1 m，施工時應根據巖石節理面產狀確認錨桿的最佳方向[5]。砂漿錨桿施工工藝流程為：鉆孔→清孔→插入藥卷→插入桿體。

施工期間需注意的是：一定要保證錨桿孔位與孔深的精確度，必須滿足預期設計要求與規范標準，同時需做好桿體的除銹與去污工作。將藥卷錨固劑浸泡在水中，保證吸水化作用的水分，但不能過久，保證水泥初凝前使用完畢。藥卷錨固劑軟化后立即用桿體將其依次送入孔內，邊送邊轉動桿體，使藥卷水泥在桿體周圍均布密實，但不能過攪，待錨固劑裝滿后，及時將桿體插入孔內，長度不得小于設計長度的95%。

3.4" 超前帷幕注漿

3.4.1" 超前探水鉆孔

結合超前地質預報，根據實際需求，取得項目公司、監理單位、設計單位等同意后進行超前探水鉆孔，每循環設置8孔探水孔，呈環形布置，鉆孔深度15 m（開挖10 m，保留5 m開始下一次探水），孔徑55 mm，外擴角5°。在鉆進過程中，遇涌水不能鉆孔時，應立即撥出鉆具，快速安裝孔口止漿閥并關閉閥門。在炮眼及超前支護鉆孔施工時，如遇較大涌水時，應及時報告相關單位并采用相應措施。探水孔的鉆進要對出水口位置、出水量、出水水壓和出水狀態等進行專項記錄，見表2，為后續的施工提供準確的地質水文資料。超前探水孔橫斷面如圖5所示。

3.4.2" 全斷面帷幕注漿

此注漿方法適用于隧道通過厚度較大（一般不小于30 m）的軟塑狀斷層破碎帶或大型溶洞軟塑充填體，2/3探水孔出水，或總量大于等于10 m3/h。掌子面用C25噴砼加Φ8鋼筋網20 mm×20 mm支護，噴砼厚20 cm。在預注漿前，應根據詳勘的結果，借助多種勘探方法來了解地下水、溶洞、斷層破碎帶等的類型、規模、邊界條件等發育情況，例如運用超前鉆孔、超前物探等展開勘探。然而在預測突水位置之前5～10 m就可以實施超前鉆孔勘探。針對注漿段長度為30 m，可以實施分段進行，可分為3段，各段長度分別為12、20、30 m，全斷面總設孔為100個左右。每一個注漿段完畢之后，需預留5 m未開挖的作為下一個注漿段的止漿盤。注漿孔自掌子面順著開挖線的方向，以隧道中軸為中心傘狀設置。主要參數為暫定漿液擴散半徑為2 m，孔底間距應小于3 m，開孔直徑為Φ115，終孔直徑為Φ75。注漿料暫定為水泥-水玻璃雙液漿。漿液濃度必須按照實際水文狀況和地質狀況作出適當的調整。初擬為C∶S（體積比）=1∶（0.6～1.0），水泥漿水灰比0.8∶1～1∶1，水玻璃模數為26～28，水玻璃濃度35Bé，注漿壓力初擬為1.0～2.0 MPa。注漿前在止漿盤或止漿墻內預埋Φ108無縫鋼管作為孔口管，壁厚6 mm，孔口管長3 m，孔口外露20～30 cm。注漿結束標準為單孔注漿壓力達到設計終壓并繼續注漿10 min以上，或單孔注漿量與設計注漿量基本相同，且進漿量在20 L/min以下時可以結束本孔注漿。堵水注漿效果檢查為一個注漿段的全部注漿孔注漿完成后，隧道周邊圍巖不應有滲水或滴水，開挖掌子面基本上可保持長時間穩定狀態。全斷面帷幕注漿起始工作面應距預測突水點5～10 m，以保證足夠的止漿盤，其終點應超過預測突水點5 m。

4" 結束語

阿克特蒲1#隧道工程的建設，按照新奧法進行施工，并通過合理選擇上述超前支護技術的應用，圍巖變形的情況得到有效控制，為下一道工序二次襯砌施工提供保障，解決了隧道的安全問題和質量問題。從上述描述可以看出，超前支護技術在隧道建設中起到關鍵性的作用，為此，實施前應全面做好前期的勘查工作，實施時應強化各技術環節的落實與管控，力求提高技術應用的質量，為隧道工程建設創造更安全更便利的施工條件。

參考文獻：

[1] 楊小文.隧道施工中超前支護控制技術探析[J].工程建設與設計，2022（11）：200-202.

[2] 康志鵬.隧道超前支護施工技術研究[J].低碳世界，2017（27）：218-219.

[3] 馬天剛.軟巖隧道施工中的大管棚預注漿超前支護技術[J].四川建材，2019，45（2）：122-124.

[4] 張廷廷.公路隧道超前支護施工技術探究[J].黑龍江交通科技，2021（11）：126，130.

[5] 李成.隧道超前支護施工實踐及其技術[J].佳木斯職業學院學報，2019（3）：233-234.

作者簡介：牙地卡爾·吾買爾（1982-），男，高級工程師。研究方向為公路工程項目管理。