高速公路隧道施工技術與質量控制分析

摘要 社會經濟發展中，高速公路建設范圍逐漸擴大。但在環境、地質等因素影響下，公路隱蔽工程多、隧道施工難度較大。為提升公路隧道建設質量，應明確隧道開挖、初期支護、洞身襯砌中的技術要點，加強隧道施工質量管理，保障高速公路整體性能。因此，文章基于某高速公路隧道工程案例，對高速公路隧道施工的設計、技術要點展開研究，同時提出了隧道施工質量控制策略，以期為同類隧道工程提供借鑒。

關鍵詞 高速公路；隧道工程；施工技術；質量控制

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0076-03

0 引言

高速公路隧道工程的施工風險多，周圍地質、水文條件都會直接影響隧道施工質量和施工安全，引起洞口塌陷、地面沉降等問題。因此，隧道施工中應重視前期勘察，明確隧道施工技術要點，結合隧道結構設計，制定完善的隧道施工技術方案，確保隧道建設質量，使隧道工程順利完工。

1 工程概況

某高速公路項目，隧道設計為左右幅雙線，各隧道基本信息如下：

隧道1：隧道最大埋深為263 m，縱坡-1.2%，右幅隧道起止樁號為K13+046.08～K16+460，總長3 413 m；左幅起止樁號為ZK13+015～K16+455，總長3 440 m。

隧道2：隧道最大埋深為280 m，縱坡-1.1%，右幅隧道起止樁號為K16+5258～K19+000，總長2 475 m；左幅起止樁號為ZK16+530～K19+005，總長2 475 m。

隧道3：隧道最大埋深為160 m，縱坡-1.75%～1.90%，右幅隧道起止樁號為K43+700～K45+145，總長1 408 m；左幅起止樁號為ZK43+700～K45+147，總長1 448 m。

隧道主洞設計為“單心圓”襯砌斷面，凈空高度為7 m，寬度為11 m。

2 高速公路隧道施工設計

（1）隧道工程基于“鉆爆法”進行左右幅掘進施工。

（2）洞身根據圍巖等級，采用不同開挖工藝。V級圍巖實施“三臺階法”，圍巖區域設置臨時仰拱結構。Ⅳ級圍巖應用預留核心土開挖工藝。仰拱處運用全斷面開挖、整體澆筑工藝。

（3）隧道支護采用“初期支護+超前支護”方案，支護結構設計為Φ42×4 mm超前小導管+C25噴射混凝土、ф22砂漿錨桿、ф25中空注漿錨桿，以及ф22砂漿錨桿、8HPB300鋼筋網、格柵鋼架。

（4）初期支護按“先拱部，后邊墻”順序自上而下施工，二次襯砌通過液壓臺車一次澆筑成形，洞口及其襯砌結構則整體澆筑成形[1]。

（5）隧道工作面采用“壓入式通風”模式，洞口外20 m處設進風口，拱頂安裝通風管，壓入通風管道為雙管路。

3 高速公路隧道施工技術要點

3.1 隧道開挖

隧道洞口工程結合進出口地形、地質情況，在開挖前采用錨噴防護工藝，開挖作業采用“零開挖”進洞，以減少對洞口環境的破壞。明洞頂回填后，覆蓋黏土隔水層，植草綠化。主要施工技術包含臺階分部開挖工藝、臺階法[2]。

3.1.1 臺階分部開挖工藝

V級圍巖采用臺階分部開挖法，即預留核心土法。V級圍巖土質特殊，為軟弱圍巖，開挖中施工風險較大，可在上部預留核心土以支撐開挖面，配合拱部進行初期支護，確保開挖作業面的穩定性，具有安全性良好的技術優勢。

（1）將開挖斷面劃分為“上、中、下、底”四部分進行分區域掘進施工。核心土預留面積應大于斷面面積的50%，上部結構超前支護3.5 m，中部超前支護4 m，下部超前支護10 m。上部開挖高度應小于4.5 m，中部臺階高度、下部臺階高度應控制在3.5～4.5 m之間。

（2）應用超前注漿小導管、錨桿等結構進行超前支護后，且噴射混凝土強度大于70%后，開挖核心土、下臺階。底部可應用工字鋼、格柵鋼架、錨桿支護，錨桿與縱向槽鋼焊接，俯角設置為45°。

（3）各個臺階開挖結束后，噴射4 cm的C35混凝土，封閉圍巖結構，設置鋼架、鎖腳錨桿，再分層復噴混凝土。各區域臺階一次開挖長度應控制在2～3 m，下部臺階開挖后應緊跟仰拱。

3.1.2 臺階法

III級、Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖，臺階長度應控制在10～15 m。Ⅳ級圍巖二次襯砌結構、掌子面間距應小于90 m，III級圍巖二次襯砌結構、掌子面間距應小于120 m。開挖施工順序：開挖導坑上半斷面—上導坑拱部初期支護—開挖導坑下半斷面—下導坑邊墻支護—澆筑二次襯砌結構[3]。

（1）上臺階每循環開挖進尺時，支護進尺圍巖時的進尺間距、邊墻每循環開挖支護進尺應小于相鄰鋼架之間的水平距離。

（2）開挖仰拱前，應先完成鎖腳小導管、鋼架支護作業，每循環開挖進尺應大于3 m。雙線仰拱、下臺階處應對稱開挖，型鋼拱架懸空進尺為相鄰鋼架間距的3倍左右。

（3）Ⅳ級圍巖采用三臺階工藝開挖，使用機械開挖配合微量弱爆破工藝。

3.2 初期支護

隧道初期支護分為超前支護、初期支護兩部分。超前支護為ф42注漿小導管超前支護，開挖后應用砂漿錨桿、噴射混凝土等支護工藝。高速公路隧道施工流程圖如圖1所示。

3.2.1 超前小導管支護

（1）合理選用導管材料，導管規格應符合超前支護要求。項目采用雙層結構超前小導管，根據10°～15°外傾角將小導管打入圍巖。沿圍巖開挖斷面，控制小導管間距，約35 cm。打入后，再打入第二層小導管，外傾角為25°～35°。雙層小導管沿環向、縱向開挖面，分別錯開1.5 m、2 m間距。施工人員現場鉆錨桿孔，小導管頂部居中打入鉆孔，外露區域支撐后補鋼架，形成超前預支護結構。

（2）按1：1比例制備水泥漿，在小導管安裝后向鉆孔內注漿。注漿壓力控制在0.5～1 MPa，注漿量符合要求后停止注漿。小導管內泥漿強度大于75%后試挖掌子面，無滲水情況再開挖拱部，初噴混凝土、安裝鋼架。

3.2.2 錨桿支護

隧道Ⅳ級圍巖區域采用“注漿錨桿”支護。（1）基于設計圖紙，測量放樣，定位錨桿鉆孔；根據錨桿設計長度、角度，應用錨桿鉆機進行一次鉆孔；鉆孔后高壓沖洗鉆孔，去除內部巖粉、落渣，確保錨桿插入后的錨固力符合要求。（2）安裝錨桿，使用止漿塞固定錨桿、注漿管、排氣管，安裝完成后注漿。（3）錨桿砂漿堅持“隨拌隨用”原則，注意控制砂漿干縮率；注漿時應將排氣管插入錨桿孔底部，排氣孔出漿前應持續注漿，溢出后停止注漿；砂漿強度符合設計要求后拔除止漿塞，注意減少對錨桿的擾動。

3.2.3 噴射混凝土

注漿小導管、錨桿等支護施工結束后，分層噴射混凝土，每層噴5～6 cm厚混凝土，鋼架保護層厚度應大于2 cm。

（1）噴射混凝土前，檢查圍巖表面，確保受噴面無松動圍巖，墻角無堆積虛渣。

（2）嚴格按照配比方案集中拌和混凝土，投料順序為砂、石、水、水泥、補充水，拌和一定時間后應用噴射機噴射混凝土。

（3）噴射期間，設備工作壓力控制在0.5～0.6 MPa，噴頭壓力控制在0.1～0.15 MPa。

噴射軟弱圍巖時，為預防坍塌風險，噴射作業應緊跟開挖面。初噴順序為先拱部、后邊墻，復噴為先邊墻、后拱部，自下而上噴射混凝土。噴射方向應與圍巖面垂直，噴頭、巖面間距控制在1 m左右。可按“S”形軌跡噴射，緩慢移動噴頭，確?；炷羾娚浜穸确弦骩4]。

（4）噴射作業應分片、分層進行，拱部厚度應控制在3～5 cm，邊墻區域為6～8 cm。分層噴射混凝土時，首層噴射后，第二層噴射應在首層混凝土終凝前噴射，噴射期間注意檢查圍巖回彈率。拱部回彈率應小于40%，邊墻回彈率小于30%。

（5）為控制噴射混凝土的厚度，可應用激光斷面儀、鑿孔方法加強厚度、平整度檢測，質量要求如下：1）噴射混凝土平均厚度應大于設計厚度。2）最小厚度應大于設計厚度的三分之二。3）表面平整度允許偏差為100 mm。4）測點所測的厚度值中，80%測點的厚度值應大于設計厚度。

3.3 隧道二次襯砌

二次襯砌作業應在初期支護、圍巖變形穩定后進行，即隧道水平收斂小于0.2 mm/d后，在隧道洞口、淺埋區域、圍巖破碎區域進行二次襯砌。項目隧道二次襯砌應用“帶模注漿”工藝，可通過改造襯砌臺車，優化二次襯砌方案。首先，在襯砌臺車模板中心線區域，沿臺車縱向設置注漿孔。其次，安裝注漿固定法蘭，預埋PRC注漿管。最后，澆筑活性粉末混凝土，注漿襯砌。

（1）仰拱施工。初期支護基礎上，每3 m進行仰拱作業。左右幅分別填充15 m深后拆除臨時支護結構，自中間開始，向隧道兩側澆筑仰拱混凝土。1）正式施工前，應清理隧道底部泥漿、積水、雜物，高壓風吹干隧道底部。2）鋪設仰拱超前防水層時，作業距離應為1～2倍二次襯砌循環的作業長度。3）仰拱開挖后，澆筑混凝土，仰拱結構、隧道底板混凝土應整體澆筑，一次澆筑成形；仰拱混凝土終凝后填筑混凝土。

（2）分段拆除臨時支撐結構，應用液壓襯砌臺車進行全斷面混凝土澆筑作業。澆筑后分區振搗混凝土，直至混凝土密實度符合要求。1）澆筑混凝土時，嚴格控制混凝土的下落高度，應小于2 m；臺車前后混凝土的高差應控制在60 cm以內，左右混凝土高差小于50 cm。澆筑作業應連續進行，不得隨意停歇。2）整體澆筑后在臺車上安裝附著式振搗器，配合插入式振搗器進行振搗作業；振搗器移動間距應小于作用半徑的1.5倍，插入深度為5～10 cm；持續振搗，無下沉、氣泡后再啟動附著式振搗，每次振動時間為30～60 s[5]；為確保振搗后混凝土密實度，應加強施工監測，預防空振、過振風險。3）澆筑拱部時，應預防二次襯砌后的脫空問題；可應用流態混凝土，將混凝土坍落度控制在20 cm左右，同時設注漿孔，回填注漿；混凝土強度為設計強度100%后，回填微膨脹性水泥砂漿；注漿期間應重視注漿流量、注漿壓力的變化，壓力值為0.2 MPa后結束該孔的注漿。

4 高速公路隧道施工質量控制策略

4.1 開挖支護質量保證措施

（1）為保障隧道開挖支護施工質量，在開挖期間應結合圍巖情況，調整隧道開挖的施工、支護參數，強化支護結構穩定性，縮短進尺。開挖過程中應嚴格控制“超挖”風險，隧道工程開挖的具體質量要求如表1所示。應用隧道爆破技術時，注意控制爆破參數，減少爆破作業對隧道圍巖結構的影響。

（2）噴錨作業時，可采用混凝土濕噴工藝，在混凝土材料中加入適量高效減水劑、硅粉，以減少回彈率，確保噴射施工質量；鉆進錨桿時，使其垂直于巖面，注漿應飽滿，符合設計要求。

（3）為發揮鋼架支護作用，應緊固鋼架連接區域，墻角、拱腳處設置鋼架時應用混凝土塊墊實，且混凝土墊塊背面不得填塞片石。

4.2 隧道襯砌質量保障措施

隧道襯砌應堅持“弱爆破、短開挖、強支護、襯砌緊跟”原則。襯砌作業應用液壓襯砌臺車一次澆筑而成[6]。襯砌設計時，應根據各級圍巖確定開挖面，同時預留圍巖變形量，如表2所示。

隧道襯砌施工的核心技術為“噴射混凝土工藝”。為保障襯砌質量，應規范混凝土噴射施工流程，重視混凝土原材料的質量管理，做好襯砌前準備工作。比如在噴射混凝土前，應檢查開挖斷面凈空尺寸，設置混凝土厚度控制標識，檢查噴射設備、機具線路。為預防襯砌施工中混凝土開裂、表面孔洞、襯砌厚度不足、背后空洞等質量風險，襯砌作業時應提升混凝土拌和質量，根據施工要求攪拌混凝土。同時，控制好振搗流程、振搗時間，預防漏振、過振風險。為排除氣泡，灌注混凝土時可用2 mm厚鋼板制作小鏟，焊接鋼筋把后，再緊貼模板插拔，使氣泡順利排出。

5 結語

綜上所述，高速公路是關系社會民生的基礎工程，隧道作為公路工程的重要組成部分，其施工質量、整體性能直接影響高速公路的安全性。因此，在建設高速公路隧道工程時，應基于隧道施工設計，從隧道開挖、支護等方面入手，優化隧道施工方案，合理選用隧道施工技術。同時，應在施工過程中加強質量控制，深入排查隧道施工質量隱患，全面預防隧道施工安全、質量風險，使高速公路隧道建設質量符合實際需求。

參考文獻

[1]徐青原.高速公路隧道施工管理存在的問題及應對措施分析[J].工程建設與設計，2024（3）：248-250.

[2]陳宇雄.高速公路隧道施工安全管理研究與對策[J].大眾科技，2023（11）：41-43.

[3]王芝原，羅士雅，羅天宇，等.監控量測技術在高速公路隧道施工的應用[J].科學技術創新，2023（27）：165-168.

[4]李兵兵.高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工工藝[J].四川建材，2023（6）：75-77.

[5]李光亮，何紀萱.高速公路隧道施工中的超前支護技術[J].工程機械與維修，2023（3）：223-225.

[6]劉華，李松.高速公路隧道施工監控量測技術應用研究[J].運輸經理世界，2023（12）：117-119.