高速公路隧道初期支護(hù)施工要點(diǎn)

彭磊、陳慶明

(1.江西交通咨詢有限公司，江西南昌330031；2.宜春通達(dá)路橋建設(shè)有限公司，江西宜春336000)

0 引言

在高速公路隧道施工的階段中，初期支護(hù)水平的高低，將會(huì)影響到隧道工程施工整體質(zhì)量以及施工安全性。按照高速公路隧道項(xiàng)目特征分析，可知此類工程的施工難度系數(shù)比較大，并且在一些特殊施工區(qū)域，很容易出現(xiàn)隧道坍塌等問題。因此在隧道施工環(huán)節(jié)做好初期的支護(hù)工作意義重大。

1 高速公路隧道初期變形的特點(diǎn)

當(dāng)前我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加速進(jìn)行，鐵路、公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快，而我國不同地區(qū)的地質(zhì)條件相差較大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形條件等存在較大不同，尤其是一些軟弱圍巖地區(qū)，隧道建設(shè)施工難度大、危險(xiǎn)性高。在地應(yīng)力較高的軟弱圍巖地質(zhì)條件下建設(shè)隧道項(xiàng)目，相對(duì)容易發(fā)生變形問題，這也是目前隧道建設(shè)領(lǐng)域的主要施工難題，需要加強(qiáng)管理和控制才能消除不利影響。基于此，我國的研究學(xué)者以及專業(yè)技術(shù)人員都開展隧道變形的研究與分析，從支護(hù)設(shè)計(jì)、施工控制方面出發(fā)進(jìn)行，取得了非常好的成績。從當(dāng)前的高地應(yīng)力軟弱圍巖隧道變形控制方面分析，其主要是從變形機(jī)制、施工管控等角度出發(fā)，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖緊密貼合形成整體結(jié)構(gòu)，讓圍巖變形作用力直接作用到初期支護(hù)上，能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。此外，初期支護(hù)還是圍巖大變形的有效制約的關(guān)鍵所在，能夠達(dá)到穩(wěn)定性的要求，符合工程運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。基于此，隧道變形控制要從破壞特點(diǎn)、發(fā)展歷程以及力學(xué)特點(diǎn)方面出發(fā)進(jìn)行研究，更好地提高隧道變形控制水平，保證隧道運(yùn)行的安全性。隧道監(jiān)控量測(cè)環(huán)節(jié)，初期支護(hù)階段，設(shè)置變形控制點(diǎn)，以了解變形特點(diǎn)。因此，監(jiān)控量測(cè)結(jié)果能夠真實(shí)體現(xiàn)出其變形特性。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，在大變形的結(jié)構(gòu)部位上，初期支護(hù)能夠有效的控制變形，從而可以防止存在嚴(yán)重的損壞問題[1]。

2 高速公路隧道初期支護(hù)變形原因分析

因?yàn)槭艿角治g作用影響，所以高速公路隧道邊界入侵而導(dǎo)致隧道初期支撐結(jié)構(gòu)會(huì)給二次襯砌造成影響，極易造成結(jié)構(gòu)性能的下降。隧道接線受到侵蝕的作用，一方面因?yàn)闆]有進(jìn)行軟弱結(jié)構(gòu)圍巖支護(hù)而導(dǎo)致變形，不能有效控制讓圍巖結(jié)構(gòu)性能得以改善，就會(huì)將其轉(zhuǎn)移到第二內(nèi)襯結(jié)構(gòu)上。另一方面，二次襯砌混凝土施工中，因?yàn)榉艠訙y(cè)量不合理、模板強(qiáng)度較差等因素的影響，造成二次襯砌受到隧道很大的限制。從空間角度出發(fā)，初期支護(hù)的變形以及損壞主要是在拱頂、邊墻的位置上出現(xiàn)。破壞形式包含拱頂混凝土剝落、掉塊等，發(fā)生嚴(yán)重的開裂問題，使得結(jié)構(gòu)性能下降而引發(fā)嚴(yán)重質(zhì)量問題[2]。

3 工程實(shí)例分析

某隧道項(xiàng)目屬于分離式中型隧道的項(xiàng)目，其上部以S 曲線的形式存在，而左右兩側(cè)是完全相同的尺寸。經(jīng)過地質(zhì)勘查分析，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目建設(shè)于盆地條件下，有很多巖石破碎的問題。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的綜合性分析和了解，該隧道跨越區(qū)域內(nèi)中山地地形條件，起伏變化較為明顯。此外，經(jīng)過深入勘測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)地區(qū)內(nèi)地表水已經(jīng)成型，旱季、雨季會(huì)有很明顯的差異，隧道標(biāo)高的設(shè)定需要綜合分析水量條件，以避免這一問題產(chǎn)生的不利影響。

4 噴射混凝土的施工工藝

新奧法是一種先進(jìn)的施工理念，其關(guān)鍵的工作是混凝土的噴射施工，將干、潮、濕等方式混合施工。我國的南方沿海地區(qū)的濕度較大，中小型隧道以及出洞口部位上，應(yīng)用潮噴法可以滿足施工的要求；在干燥、隧道工程量較大的情況下，有效的施工方式是機(jī)械濕噴法。某隧道項(xiàng)目在施工的過程中，遇到臺(tái)風(fēng)暴雨的影響，空氣環(huán)境濕度較大。經(jīng)過一定時(shí)間的觀察，洞口部位出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲水問題。進(jìn)行混凝土的噴射施工，其強(qiáng)度性能選擇為C25。綜合分析這些要素，潮噴法的應(yīng)用效果較為明顯，可以滿足施工要求，且綜合效益明顯[3]。

5 確保初期支護(hù)質(zhì)量的技術(shù)措施

5.1 做好初噴前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

在高速公路隧道初期支護(hù)施工的階段中，首先對(duì)施工之前準(zhǔn)備的內(nèi)容進(jìn)行確定，了解施工參數(shù)以及施工標(biāo)準(zhǔn)，并且做好施工設(shè)備以及技術(shù)的優(yōu)化控制，可以給后續(xù)工作開展奠定良好基礎(chǔ)。初噴工作開始前，需要解決處理巖面滲水的隱患問題。因?yàn)閹r面的濕度、灰塵等存在的影響，極易造成混凝土黏結(jié)性能下降，威脅工程的施工效果，所以需要在施工前將表面清理干凈，消除不利的影響。這樣可以達(dá)到巖面的清潔度，也能夠增加結(jié)構(gòu)的濕度，讓洞內(nèi)的環(huán)境達(dá)到施工要求，確保工程質(zhì)量合格[4]。

5.2 初噴應(yīng)及時(shí)有效

洞口與IV～V 級(jí)的圍巖地帶中，初噴環(huán)節(jié)選擇合適的施工時(shí)機(jī)極為重要，此外厚度達(dá)到3～5cm 即可。支護(hù)結(jié)構(gòu)施工結(jié)束的時(shí)間需要控制，一般在周邊松散圍巖爆破之后2～3h 完成。為了提高施工效率和質(zhì)量，該工程一般都是在開挖的渣堆施工，且需要保證架設(shè)鋼拱架和打錨桿等工作的順利實(shí)施，達(dá)到安全性標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，在進(jìn)行初期噴射的階段中，對(duì)于可能出現(xiàn)的問題要充分做好預(yù)判及應(yīng)對(duì)方案，了解到結(jié)構(gòu)的異常性，而后對(duì)初噴的范圍進(jìn)行控制，保證初噴的效果達(dá)到剛度需求。

5.3 改善現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境

潮噴法的施工環(huán)節(jié)，容易在現(xiàn)場(chǎng)形成較多的粉塵雜質(zhì)，為了遏制這一問題的發(fā)生，一般都會(huì)通過噴淋方式先去除粉塵，該方式能夠有效防止粉塵擴(kuò)散而影響工程的質(zhì)量。因?yàn)槌眹妷毫?huì)給粉塵、混凝土回彈率產(chǎn)生影響，所以噴射施工階段，做好噴射壓力的控制，就目前來說，潮噴法的施工壓力在0.1MPa 左右。此外，噴嘴也需要嚴(yán)格的控制，符合施工工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，和被噴面是垂直布置的，且間距為1m 左右，以保證噴射質(zhì)量合格。

6 隧道特殊地質(zhì)段的初期支護(hù)技術(shù)措施

滿足新奧法施工的隧道具備如下條件：中等巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性比較好；石礫的膠結(jié)程度比較輕或者穩(wěn)定性較差的礫巖；特殊地質(zhì)條件之下，比如膨脹巖體或者存在嚴(yán)重的涌水巖體的形式，需要使用新奧法進(jìn)行施工，同時(shí)還要聯(lián)合其他的輔助條件。某隧道出洞口在施工中，在81m 的區(qū)域內(nèi)需要使用圍巖施工形式，其中的36m 長度應(yīng)用的是長管棚結(jié)構(gòu)形式，襯砌結(jié)構(gòu)形式，其他部分則采用小導(dǎo)管圍巖施工方式。在施工前期準(zhǔn)備階段，勘查地質(zhì)縱面圖分析可以發(fā)現(xiàn)，很多的碎石土以及粉質(zhì)黏土的厚度在3～4m 范圍內(nèi)，而洞頂有大于4m 的中度風(fēng)化灰?guī)r的形式，洞內(nèi)開挖斷面也是相同的物質(zhì)組分，且存在滲水比較嚴(yán)重的情況。如果該范圍內(nèi)隧道開挖斷面持續(xù)發(fā)生變化，按照規(guī)定的要求需要技術(shù)進(jìn)行施工，但是開挖環(huán)節(jié)發(fā)生了突發(fā)的情況，所以需要及時(shí)做出改進(jìn)和調(diào)整。比如在進(jìn)行45m 區(qū)間內(nèi)開挖施工環(huán)節(jié)，有些位置發(fā)生的塌方的問題，開挖環(huán)節(jié)出現(xiàn)了拱頂破碎的巖石或者風(fēng)化較為嚴(yán)重的情況，設(shè)置了分界線。需要采用的措施就是將現(xiàn)場(chǎng)的隧道施工根據(jù)縱坡的形式向前施工，而最后的開挖斷面以及拱頂?shù)慕唤绮课簧?，發(fā)生嚴(yán)重的風(fēng)化問題，還有黃泥漿滲水的問題存在，這是地質(zhì)條件較差所引起的，且施工前地質(zhì)勘查不到位，不能綜合了解設(shè)計(jì)情況[5]。

要想有效的控制土體塌方的病害問題，就要提高拱頂?shù)姆€(wěn)定性，所以需要加強(qiáng)拱頂?shù)目刂疲皶r(shí)將風(fēng)化嚴(yán)重的土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行清理處理，使用超前支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式。利用提高密實(shí)度、強(qiáng)度等性能的要求，確保結(jié)構(gòu)更具安全性。如果發(fā)生隧道拱頂沒有穩(wěn)定圍巖結(jié)構(gòu)的情況下，應(yīng)該選擇合適的支護(hù)形式，達(dá)到防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)要求，以避免出現(xiàn)塌方的問題。因?yàn)槲覈褂迷摲椒ǖ臅r(shí)間比較短，并且全面地應(yīng)用到工程實(shí)踐中，所以造成標(biāo)準(zhǔn)、工藝方面都存在明顯的不足。針對(duì)拱頂風(fēng)化比較嚴(yán)重的地帶，斷面損壞嚴(yán)重，需要在拱頂120o的范圍內(nèi)，通過增加雙層鋼筋錨桿支護(hù)的形式以達(dá)到防護(hù)的效果，促進(jìn)結(jié)構(gòu)承載性能的要求，而下層結(jié)構(gòu)可以達(dá)到安全性要求。一般來說，初期支護(hù)施工中，需要增加多層鋼筋網(wǎng)片實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)應(yīng)用，確保結(jié)構(gòu)性能合格，強(qiáng)度、剛度以及耐久性達(dá)到使用的要求，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定性的提升，完全滿足工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

7 結(jié)語

高速公路隧道施工中，容易遇到一些地質(zhì)較差的情況，如果不能采取必要的應(yīng)對(duì)措施，會(huì)給工程質(zhì)量和安全帶來很大的影響，所以在施工前，需要確定初期支護(hù)方案，了解施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理和控制。從工程實(shí)際案例分析發(fā)現(xiàn)，初期支護(hù)方式效果良好，可以提高圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使工程的安全性、耐久性達(dá)到要求，為項(xiàng)目順利建設(shè)和運(yùn)行起到積極的作用。