公路隧道工程的復(fù)合型支護(hù)施工技術(shù)的研究

收稿日期：2024-01-06

作者簡介：曹然（1990—），男，本科，工程師，從事高速公路建設(shè)管理工作。

摘要 為了研究公路隧道工程的復(fù)合型支護(hù)施工技術(shù)，文章依托公德房隧道工程，分析了隧道小導(dǎo)管超前支護(hù)、隧道超前中管棚支護(hù)、隧道洞身初期支護(hù)以及隧道二次襯砌施工等技術(shù)。研究結(jié)果表明：（1）隧道開挖前，可采用雙層和單層小導(dǎo)管超前支護(hù)，以及超前中管棚支護(hù)。（2）隧道開挖后，采用錨桿對隧道洞身進(jìn)行初期支護(hù)，然后進(jìn)行二次襯砌施工。（3）隧道支護(hù)質(zhì)量通病主要表現(xiàn)為鋼拱架安裝侵入襯砌界線和二次襯砌表觀效果差。

關(guān)鍵詞 公路隧道；支護(hù)技術(shù)；隧道工程；防治措施

中圖分類號 U455.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0065-03

0 引言

隨著公路交通的快速發(fā)展，公路隧道的建設(shè)日益增多，隧道穿越的地質(zhì)種類也相應(yīng)增多，因此，在隧道施工過程中，須對開挖的區(qū)域進(jìn)行支護(hù)。在達(dá)到施工條件下，為保障施工安全，加快施工進(jìn)度，學(xué)者們對隧道工程的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了多方面研究。方勇等[1]對黃土隧道支護(hù)失效機(jī)理及新型支護(hù)體系施工受力進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明：復(fù)雜受力環(huán)境下，傳統(tǒng)型鋼支護(hù)由于面內(nèi)、面外剛度差異難以保證圍巖及隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；李翔等[2]以深部隧道圍巖剪切滑移變形機(jī)制為例，對深部隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)間非概率可靠度進(jìn)行了分析；蔡根森等[3]對穿越工程超前支護(hù)優(yōu)化與安全控制技術(shù)進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：采用理論分析、工程類比與實(shí)時監(jiān)測信息化施工等研究手段，結(jié)合水平跟蹤補(bǔ)償注漿措施，可保障富水地層超前管棚的施工安全；賈興明等[4]對淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計算進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：二襯施加后，豎向支撐軸力增加較大，彎矩、剪力和側(cè)向位移變化較小；李奉杰[5]依托雙向分離式的老土地隧道工程，在明確二次襯砌的施工流程后，闡述了二次襯砌防排水施工、鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土施工的關(guān)鍵質(zhì)量點(diǎn)。以上學(xué)者對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及施工工藝進(jìn)行了研究，并對隧道超前支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了分析。

基于此，該文參考以上學(xué)者的研究成果，依托公德房隧道工程，對公路隧道工程的復(fù)合型支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了隧道小導(dǎo)管超前支護(hù)、隧道超前中管棚支護(hù)、隧道洞身初期支護(hù)以及隧道二次襯砌施工等技術(shù)，同時針對隧道支護(hù)質(zhì)量通病制定了預(yù)防措施。

1 工程概況

該項目為公德房公路隧道工程，該隧道位于普格縣和寧南縣，為分離式雙線隧道，洞軸線為曲線形。隧道起點(diǎn)位于普格縣黎安鄉(xiāng)沙里村，終點(diǎn)位于寧南縣新建鄉(xiāng)上游村。隧道進(jìn)出口附近有國道G248通過，隧道軸向走向?yàn)?43 °～180 °，設(shè)計路面標(biāo)高為1 110.44 m～1 119.83 m，隧道凈寬10.75 m，凈高5.0 m。隧道的左線洞頂最大埋深約321 m，右線洞頂最大埋深約345 m。在隧道開挖過程中，需對開挖區(qū)域進(jìn)行超前支護(hù)。

2 隧道支護(hù)施工技術(shù)

2.1 隧道小導(dǎo)管超前支護(hù)

在隧道開挖前需進(jìn)行超前支護(hù)，隧道超前支護(hù)可分為雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)和單層小導(dǎo)管超前支護(hù)。其中，雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)布置如圖1所示。小導(dǎo)管用熱軋無縫鋼管加工制成，直徑42 mm，壁厚4 mm，長4.5 m，環(huán)向間距40 cm。管身設(shè)置注漿孔，孔徑8 mm，孔距20 cm。采用梅花形布置，前端加工成錐形，尾部預(yù)留長度不小于50 cm的不鉆孔止?jié){段。

圖1 雙層超前布置截面圖（cm）

在雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)過程中，首先在隧道開挖前沿拱部開挖輪廓線外10 cm標(biāo)出孔位，然后采用錨桿臺車或風(fēng)槍進(jìn)行鉆孔。在雙層小導(dǎo)管安裝過程中，小導(dǎo)管外插角分別為緩傾角（5 °～12 °）和陡傾角（20 °～30 °），

上下兩層交錯布置，環(huán)向間距40 cm，按拱部120 °范圍布置，然后利用注漿設(shè)備對小導(dǎo)管進(jìn)行注漿作業(yè)。按照設(shè)計配合比及設(shè)計規(guī)定的注漿壓力控制進(jìn)行注漿施工，注漿壓力為0.5～1 MPa，每孔的注漿壓力應(yīng)達(dá)到1.0 MPa，繼續(xù)保持10 min以上后即可停止注漿。

單層小導(dǎo)管超前支護(hù)與雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)除小導(dǎo)管安裝方法略有不同外，其他方法基本相同。在單層小導(dǎo)管安裝過程中，小導(dǎo)管外插角為5 °～12 °，藥卷錨桿為5 °～15 °，環(huán)向間距均為40 cm。

2.2 隧道超前中管棚支護(hù)

超前中管棚適用于隧道斷層地帶施工，中管棚為φ89 mm熱軋鋼管，壁厚6 mm，管節(jié)每節(jié)長2 m。鋼管上須鉆注漿孔，孔徑為8 m，孔間距為20 cm，呈梅花形布置，尾部3 m不鉆孔作為止?jié){段。管節(jié)之間采用絲扣長度不小于10 cm的厚套筒進(jìn)行連接，鋼管每一連接接頭與相鄰鋼管接頭應(yīng)錯開不小于50 cm的距離，并保證同一斷面的鋼管接頭不大于50%。中管棚節(jié)段構(gòu)造如圖2所示。

在超前中管棚施工前應(yīng)先噴射5 cm厚的混凝土封閉掌子面，保證注漿作業(yè)時漿液不向掌子面外溢出。噴混凝土完成后，再安裝I18導(dǎo)向鋼架。中管棚導(dǎo)向鋼架為2榀I18鋼架，沿縱向緊貼布置。鋼架采用冷彎工藝加工，嚴(yán)禁采用氣割、燒割等損傷母材的彎制方法。在安裝中管棚過程中，中管棚鉆孔深度為10 m，每隔10 m一循環(huán)，每一循環(huán)的搭接長度為2 m。管棚環(huán)向布置間距為300 mm，超前中管棚布置如圖3所示。管棚注漿時應(yīng)按先上后下、先稀后濃的原則進(jìn)行注漿。注漿量由壓力控制為主，并對注漿量進(jìn)行校核，注漿初始壓力為0.5～

1 MPa，終壓為2.0 MPa。注漿結(jié)束后應(yīng)及時清除管內(nèi)漿液，并用M30水泥砂漿充填，以增強(qiáng)管棚的剛度與強(qiáng)度，并在中管棚施工完成后將導(dǎo)向鋼架拆除。

圖3 超前中管棚布置截面圖

2.3 隧道洞身初期支護(hù)

開挖完成后，應(yīng)認(rèn)真檢查隧道斷面，清除浮石和墻角虛碴，并用高壓水或風(fēng)沖洗巖面，然后在圍巖表面初噴混凝土至設(shè)計厚度，噴射混凝土采用濕噴工藝。噴射混凝土作業(yè)采取分段、分塊，先墻后拱、自下而上的順序進(jìn)行。在混凝土初期噴射完成后，對隧道進(jìn)行支護(hù)。當(dāng)圍巖為Ⅴ級時，襯砌使用的藥卷錨桿直徑為22 mm，長度為3.0 m，梅花形布置，環(huán)向間距為120 cm，縱向間距為120 cm，以外插角10 °～14 °進(jìn)行施工作業(yè)，襯砌錨桿布置如圖4所示。當(dāng)圍巖為Ⅳ級時，襯砌使用的藥卷錨桿直徑為22 mm，長度為2.5 m，梅花形布置，環(huán)向間距為120 cm，縱向間距為100 cm，以外插角10 °～14 °進(jìn)行施工作業(yè)。

圖4 襯砌錨桿布置示意圖

鋼筋網(wǎng)應(yīng)在錨桿作業(yè)完成且凝固后進(jìn)行安設(shè)，采用單層Φ8 mm和Φ6 mm的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸分別為20 cm

×20 cm、25 cm×25 cm。鋼筋網(wǎng)片應(yīng)隨受噴巖面起伏鋪設(shè)，與受噴巖面的最大間隙不宜大于30 mm。在隧道初期支護(hù)中，襯砌施工段采用I20和I18工字鋼架進(jìn)行支護(hù)，鋼架安裝就位后，鋼架與圍巖之間的間隙應(yīng)用噴射混凝土充填密實(shí)。噴射混凝土由兩側(cè)拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋。

2.4 隧道二次襯砌施工

當(dāng)圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定，隧道周邊變形速率明顯下降并趨于緩和，水平收斂小于0.2 mm/d（d為天數(shù)），拱頂沉降速率小于0.15 mm/d，累計位移值達(dá)到極限位移值的80%以上時，方可進(jìn)行二次混凝土的襯砌施工。在二次襯砌施工前期，根據(jù)隧道中線和高程測量，檢查初噴后的斷面是否侵線。超噴部分應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行修鑿，并做好斷面的檢查記錄。噴混凝土表面平整度應(yīng)符合D/L≤1/6的要求（L為相鄰?fù)钩鼍嚯x，D為凹進(jìn)深度）。若不滿足，則需要補(bǔ)噴混凝土使其表面平整圓順。

在襯砌拱墻制作和鋼筋安裝過程中，鋼筋由洞外鋼筋加工場統(tǒng)一制作，運(yùn)送至安裝現(xiàn)場，主筋之間采用焊接方式進(jìn)行連接，其他鋼筋采用梅花形綁扎，鋼筋安裝嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工，隧道鋼筋分布如圖5所示。

圖5 隧道鋼筋分布圖

拱墻混凝土由拌和站統(tǒng)一拌制，混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至現(xiàn)場，再用輸送泵送料澆筑?；炷烈獙ΨQ、分層澆筑，分層搗固。封口時混凝土一定要從內(nèi)向的端模方向進(jìn)行灌注，排出空氣，保證灌注密實(shí)。

3 隧道支護(hù)質(zhì)量通病及預(yù)防措施

隧道支護(hù)質(zhì)量通病主要表現(xiàn)為鋼拱架安裝侵入襯砌界線和二次襯砌表觀效果差。當(dāng)鋼拱架安裝不準(zhǔn)確或鋼拱架變形嚴(yán)重的情況下，會出現(xiàn)鋼拱架安裝侵入襯砌界線現(xiàn)象。因此，在鋼拱架安裝過程中，應(yīng)精確測量定位，并在施工過程中和施工后嚴(yán)格檢查架設(shè)質(zhì)量，確保鋼架基礎(chǔ)平整牢固。鋼架安裝后應(yīng)盡快焊接連接筋、規(guī)范安裝鎖腳錨桿、噴混凝土，以形成整體的受力體系。

隧道二次襯砌混凝土施工質(zhì)量通病主要表現(xiàn)在以下幾個方面：蜂窩、麻面、孔洞、露筋（存在于配筋的混凝土襯砌）、夾層、裂紋、表面不平順、強(qiáng)度不夠、均質(zhì)性差等。因此，在襯砌混凝土施工過程中，混凝土要拌和均勻，攪拌時間不得少于規(guī)定的時間?；炷恋恼駬v應(yīng)分層搗固，振搗間距要適當(dāng)。在振搗過程中，防止砂、石中混有黏土塊或冰塊等雜物。若發(fā)現(xiàn)混凝土中有雜物，應(yīng)及時清除干凈。為防止鋼筋移位，應(yīng)嚴(yán)禁振搗棒撞擊鋼筋。若防水板掛設(shè)過緊，沒有預(yù)留適當(dāng)?shù)乃沙谙禂?shù)，在澆筑混凝土過程中防水板緊繃，將會在拱頂出現(xiàn)空洞。因此，需在拱頂預(yù)埋設(shè)φ42鋼管或PVC管，二次襯砌完成后對拱頂背后進(jìn)行注漿處理。

4 結(jié)論

該文依托公德房隧道工程，對公路隧道工程的復(fù)合型支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了隧道小導(dǎo)管超前支護(hù)、隧道超前中管棚支護(hù)、隧道洞身初期支護(hù)以及隧道二次襯砌施工等技術(shù)，同時針對隧道支護(hù)質(zhì)量通病制定了預(yù)防措施?？傻萌缦陆Y(jié)論：

（1）在隧道開挖前需進(jìn)行超前支護(hù)，隧道超前支護(hù)可分為雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)和單層小導(dǎo)管超前支護(hù)，在支護(hù)過程中先鉆孔再注漿，注漿時要控制好壓力。在進(jìn)行隧道超前中管棚支護(hù)時，應(yīng)先噴射混凝土封閉掌子面，再安裝導(dǎo)向架，然后鉆孔安裝中管棚，最后進(jìn)行注漿填充。

（2）隧道開挖完成后進(jìn)行隧道洞身初期支護(hù)，應(yīng)先清除浮石和碎碴，再噴射混凝土；然后安裝襯砌錨桿，再掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，安裝鋼架；最后噴射混凝土覆蓋鋼架。當(dāng)圍巖和初期支護(hù)變形穩(wěn)定后，進(jìn)行二次混凝土襯砌施工，應(yīng)先噴混凝土使隧道表面平整，然后采用鋼筋制和拱墻，最后進(jìn)行混凝土澆筑。

（3）隧道支護(hù)質(zhì)量通病主要為鋼拱架安裝侵入襯砌界線以及二次襯砌表觀效果差，在鋼拱架安裝過程中，應(yīng)精確測量定位，并在施工過程中和施工后嚴(yán)格檢查架設(shè)質(zhì)量。在襯砌混凝土施工過程中，混凝土要拌和均勻，振搗時分層搗固，振搗間距適當(dāng)?；炷翝沧r要分層、均勻，振搗要密實(shí)，應(yīng)嚴(yán)禁振搗棒撞擊鋼筋，并在二次襯砌完成后對拱頂背后進(jìn)行注漿處理。

參考文獻(xiàn)

[1]方勇， 蔡元成， 韓紅星， 等. 黃土隧道支護(hù)失效機(jī)理及新型支護(hù)體系施工受力分析[J]. 公路， 2024（1）： 379-391.

[2]李翔， 魏恒， 王靖童. 深部隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)間非概率可靠度分析[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報， 2024（1）： 67-76.

[3]蔡根森， 梁粵華. 穿越工程超前支護(hù)優(yōu)化與安全控制技術(shù)研究[J]. 山西建筑， 2024（1）： 159-162.

[4]賈興明， 來高峰， 彭琦等. 淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計算分析[J]. 科技通報， 2023（12）： 67-71.

[5]李奉杰. 碎屑巖低山區(qū)淺埋隧道二次襯砌施工工藝探究[J]. 四川建筑， 2023（6）： 194-196.