高速公路隧道開挖支護(hù)技術(shù)分析

王琴琴

山西省公路局晉城分局 山西晉城 048000

高速公路隧道工程往往需要面臨非常復(fù)雜的工程環(huán)境，施工期間存在的各種隱患都有可能對(duì)工程項(xiàng)目、人員帶來影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致施工人員出現(xiàn)傷亡，所以高速公路隧道工程的開挖支護(hù)非常重要，只有提升開挖支護(hù)的施工質(zhì)量，才能保證隧道工程的順利開展。所以有必要對(duì)隧道工程中的開挖支護(hù)展開研究。

1 高速公路隧道工程開挖支護(hù)施工技術(shù)

高速公路隧道施工大多都需要應(yīng)用到開挖支護(hù)技術(shù)。很多公路隧道工程建設(shè)都面臨著較為復(fù)雜的導(dǎo)致條件，在實(shí)際施工中需要對(duì)地應(yīng)力、地質(zhì)物理參數(shù)、地下水、地質(zhì)斷層等因素進(jìn)行充分考慮，并且明確開挖方式、支護(hù)方式，做好開挖前施工方案的設(shè)計(jì)和審核，保證施工方案可行性。在開展高速公路隧道工程建設(shè)前，需要由專業(yè)的地質(zhì)勘察人員對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、周邊環(huán)境、交通情況等進(jìn)行實(shí)地勘察，經(jīng)過詳細(xì)勘察后匯總并且分析勘察數(shù)據(jù)，總結(jié)勘察結(jié)果，然后將數(shù)據(jù)提供給設(shè)計(jì)人員。設(shè)計(jì)人員根據(jù)勘察數(shù)據(jù)合理設(shè)計(jì)高速公路隧道開挖支護(hù)方案。在設(shè)計(jì)開挖支護(hù)方案時(shí)，要注意盡量避免擾動(dòng)周圍圍巖結(jié)構(gòu)，避免降低圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在完成方案設(shè)計(jì)后還要進(jìn)行多方審核，對(duì)比選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。當(dāng)前高速公路隧道開挖方式較多，臺(tái)階法、全斷面開挖法、CRD施工都是常見的開挖方法。支護(hù)技術(shù)也較多，比如混凝土噴射施工技術(shù)、錨桿施工技術(shù)、鋼架及大拱腳鋼架支護(hù)技術(shù)、模筑混凝土襯砌技術(shù)、超前小導(dǎo)管施工技術(shù)等。想要保證順利安全地完成公路隧道工程建設(shè)，就要明確各種技術(shù)的應(yīng)用方式和特點(diǎn)，根據(jù)工程實(shí)際情況合理選用開挖支護(hù)技術(shù)，提高施工質(zhì)量和安全性[1]。

2 工程施工中的開挖支護(hù)技術(shù)構(gòu)成

2.1 開挖技術(shù)

土方開挖施工有人工和半機(jī)械開挖，使用鐵鎬、風(fēng)鎬、風(fēng)鉆等簡(jiǎn)單工具，配合挑抬或小型運(yùn)輸工具進(jìn)行作業(yè)，適用于小型水利工程。有些灌溉排水溝渠的施工直接使用開溝機(jī)，一次成型。大中型水利工程的土石方多用挖土機(jī)等機(jī)械。斜坡開挖邊坡時(shí)，應(yīng)選擇由上而下、分層開挖的施工順序，合理進(jìn)行放坡，避免邊坡過陡和切割跛腳，防止因邊坡失穩(wěn)而塌方。若出現(xiàn)臨時(shí)性邊坡塌方，應(yīng)盡快清除，改緩坡度或?qū)⑵马斁€后移；若出現(xiàn)永久性邊坡局部塌方，應(yīng)在清除塌方松土后，用塊石填砌，與土坡面接觸部位做成臺(tái)階式搭接，并與土坡面結(jié)合緊密。石方開挖作業(yè)對(duì)象是硬度較高及有一定厚度的巖面。在開挖施工之前要求綜合評(píng)估圍巖類型，開挖方案及開挖技術(shù)的選擇要按照相關(guān)的參數(shù)來進(jìn)行。對(duì)有一定厚度的巖石層可采用新奧法施工。如使用機(jī)械開挖法有掘進(jìn)機(jī)開挖法、盾構(gòu)法、頂管法；常用的爆破技術(shù)有淺孔爆破、深孔爆破、硐室爆破、預(yù)裂爆破及光面爆破等。開展爆破施工作業(yè)時(shí)，要結(jié)合巖層的水平條件與實(shí)際分布，爆破材料及爆破方法的選擇要按照角度、高度、邊坡坡度來進(jìn)行；炮眼的設(shè)計(jì)與布置要求按照參數(shù)圖紙來進(jìn)行；對(duì)于炮眼的間距、角度、深度要求嚴(yán)格按照爆破參數(shù)來確定。

2.2 淺埋軟巖公路隧道的開挖工藝

陽宗隧道采取的是進(jìn)出口雙向施工的方式，共形成12個(gè)作業(yè)面；在徐家莊隧道工程中依然采取相同的施工方式，作業(yè)面數(shù)量為4個(gè)?；诿魍诜ㄕ归_隧道明洞的施工作業(yè)，基于新奧法完成暗洞部分的施工。軟弱圍巖地質(zhì)條件特殊，應(yīng)減小開挖進(jìn)尺和加強(qiáng)測(cè)量與控制。兩隧道的正洞左右線進(jìn)出口均存在一定程度的V級(jí)圍巖淺埋偏壓斷和斷層破碎帶，以實(shí)際地質(zhì)情況為立足點(diǎn)，開挖環(huán)節(jié)的可選對(duì)象有CD（CenterDiaphragm，中隔壁）法和核心土法；V級(jí)圍巖淺埋段可選方法為三臺(tái)階法和核心土法；Ⅲ級(jí)圍巖為兩臺(tái)階法。遇地質(zhì)條件欠佳的施工段時(shí)，以機(jī)械開挖的方式為主，特殊區(qū)域可采取小規(guī)模的淺眼松動(dòng)爆破方式。洞身段分布較多的Ⅲ、IV級(jí)圍巖，該部分以光面弱爆破技術(shù)較合適，隨開挖作業(yè)的推進(jìn)，其間及時(shí)采取支護(hù)措施，營造安全的施工環(huán)境[2]。

2.3 錨桿施工技術(shù)

工作人員需要根據(jù)圍巖級(jí)別、風(fēng)化程度、巖層狀態(tài)等數(shù)據(jù)做好錨桿方位的確定，做好錨桿位置的合理布設(shè)。如果隧道施工路段較多那么需要對(duì)不同施工段的水文地質(zhì)情況進(jìn)行分別設(shè)置，避免盲目采用同種方式。為了將錨桿懸吊作用充分發(fā)揮出來，需要保證錨桿布設(shè)方向、間距、長度都和巖層面垂直。施工人員在施工過程中要將錨桿組合的組合梁和拱的作用充分展現(xiàn)出來。不過當(dāng)前部分設(shè)計(jì)單位和施工單位組織結(jié)構(gòu)不同，考慮的問題也存在較大差異。設(shè)計(jì)人員通常在設(shè)計(jì)方案時(shí)值考慮水文地質(zhì)勘察情況，沒有充分和施工人員溝通，導(dǎo)致在具體施工中不得不根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況調(diào)整設(shè)計(jì)方案。建設(shè)單位和監(jiān)理單位只認(rèn)可設(shè)計(jì)方案和圖紙，如果設(shè)計(jì)部門沒有進(jìn)行變更那么不得不根據(jù)圖紙施工，導(dǎo)致無法按照實(shí)際水文地質(zhì)情況調(diào)整初期支護(hù)錨桿的間距和長度，同時(shí)可能存在錨桿過剩或者不足等問題。如果出現(xiàn)上述問題必然會(huì)導(dǎo)致施工材料和成本浪費(fèi)，或者錨桿作用力無法充分發(fā)揮出來，這不利于隧道工程的安全。為此，設(shè)計(jì)人員和施工人員和加強(qiáng)溝通，根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)施工方案[3]。

2.4 光面爆破

光面爆破是隧道施工中比較普遍的爆破施工方式，其可以大幅提升掘進(jìn)施工的速度，保證爆破施工質(zhì)量合格，能夠消除超前挖的問題，從而可以確保支護(hù)施工效果合格。該爆破方式的實(shí)質(zhì)就是在隧道掘進(jìn)設(shè)計(jì)斷面的輪廓中設(shè)置密度比較高的周邊眼，能夠減少單個(gè)炮眼的裝藥量，從而可以實(shí)現(xiàn)低密度與低速的爆炸，最終可以提升爆炸的效果，不會(huì)對(duì)巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的沖擊影響，夠提升施工的安全性。光面爆破施工要點(diǎn)如下。①放樣布眼。鉆眼前，工作人員應(yīng)該根據(jù)要求在現(xiàn)場(chǎng)使用紅油漆進(jìn)行開挖中線與輪廓線的標(biāo)記，然后確定具體的炮眼位置，從而可以保證其誤差控制在5cm以內(nèi)。②定位開眼。根據(jù)炮眼的設(shè)置來進(jìn)行鉆孔施工，且應(yīng)該保證其孔位和軸線垂直。周邊眼的位置精度要求較高，偏差不能超過5cm。③清孔。裝藥開始前要進(jìn)行清空作業(yè)，使用工具或者風(fēng)機(jī)進(jìn)行內(nèi)部石屑清理，確保不會(huì)影響裝藥作業(yè)。④裝藥。根據(jù)要求確定裝藥量，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，否則將會(huì)影響爆破的效果。⑤聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)。起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為復(fù)式網(wǎng)絡(luò)的形式，能夠使得起爆更加的準(zhǔn)確和標(biāo)準(zhǔn)，從而可以提升爆破的效果。⑥瞎炮的處理。如果有瞎炮，應(yīng)該及時(shí)查看原因。如果是孔外導(dǎo)爆管損壞而導(dǎo)致的，應(yīng)該將其去除掉并且重新引爆，從而保證爆破符合要求[4]。

3 高速公路隧道工程開挖支護(hù)施工要點(diǎn)

3.1 錨桿支護(hù)

路橋隧道工程施工中采用錨桿支護(hù)，在開始施工前就要由專業(yè)人員對(duì)導(dǎo)管孔進(jìn)行仔細(xì)檢查，保證其符合工程設(shè)計(jì)要求，然后開展錨桿安裝作業(yè)。由于錨桿桿體是由中空厚壁的全螺紋所構(gòu)成，在具體施工過程中可以根據(jù)需求對(duì)其進(jìn)行切割處理，為后期配件安裝作業(yè)提供便利，安裝好之后利用齒峰凹槽對(duì)其進(jìn)行固定。在具體施工過程中，需要保證錨桿孔深度、位置和布置的準(zhǔn)確性，使用的水泥砂漿強(qiáng)度要求超過C20的硅酸鹽水泥和細(xì)砂。施工人員還需要按照設(shè)計(jì)要求標(biāo)出注漿錨桿的具體位置，保證巖面和錨孔的垂直效果都嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)要求，鉆孔作業(yè)過程中要及時(shí)將孔內(nèi)的水導(dǎo)出，同時(shí)還保證錨桿墊板和孔口混凝土之間的緊密性，最后仔細(xì)觀察錨桿頭的變形過程，保證墊板螺帽的緊固程度[5]。

3.2 鋼筋網(wǎng)支護(hù)

在制作鋼筋網(wǎng)之前就要仔細(xì)檢查鋼筋材料的質(zhì)量，確保材料質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，制作好鋼筋網(wǎng)之后同樣需要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保鋼筋沒有出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，之后在鋼筋棚里將其綁扎好。在鋼筋網(wǎng)支護(hù)施工過程中，工作人員首先要提前將大片的鋼筋網(wǎng)加工制作好，錨桿安裝完畢后開始鋪裝鋼筋網(wǎng)，在洞外按照隨高就低原則緊貼初噴面放置好鋼筋網(wǎng)，如果有鋼支撐可以將鋼筋網(wǎng)放置在兩邊榀鋼外弧并進(jìn)行點(diǎn)焊處理，若沒有鋼支撐則應(yīng)該通過沖擊孔實(shí)施打淺孔對(duì)膨脹螺栓進(jìn)行埋設(shè)，之后再將鋼筋網(wǎng)固定在膨脹螺栓上，并在錨桿尾部進(jìn)行點(diǎn)焊固定。

3.3 隧道工程開挖支護(hù)施工有效性的措施

在國民經(jīng)濟(jì)消費(fèi)日益增長的背景下，對(duì)個(gè)人出行安全也提出了更高的要求。因此，在現(xiàn)階段加強(qiáng)和完善支護(hù)設(shè)計(jì)的施工監(jiān)理開挖作為企業(yè)發(fā)展的一部分，不斷完善開挖支護(hù)施工方案設(shè)計(jì)中的不足之處，在設(shè)計(jì)過程中有效地將生成的參數(shù)數(shù)據(jù)與施工人員的綜合素質(zhì)相結(jié)合，以使施工人員在設(shè)計(jì)過程中能夠更好地發(fā)揮作用，穩(wěn)步發(fā)展[6]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、橋梁技術(shù)和隧道掘進(jìn)技術(shù)的飛速發(fā)展，支護(hù)設(shè)計(jì)可以在信息共享、開挖過程、支護(hù)施工階段等各個(gè)分支建立信息系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中記錄了影響這一問題的因素，并對(duì)其進(jìn)行了集成和分析。同時(shí)，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，可以通過BIM軟件在信息系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。一個(gè)三維模型的道路和橋梁隧道更全面的建設(shè)規(guī)劃

3.4 超前管棚支護(hù)

管棚施工方法應(yīng)用在巖土的成拱效果相對(duì)比較差的巖土層中，該地層結(jié)構(gòu)形式因?yàn)樽灾氐纫蛩氐挠绊懀瑢?dǎo)致其土體側(cè)向壓力比較大，在隧道中容易導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損壞，造成相對(duì)較大的巖土側(cè)向力，因此，超前管棚支護(hù)施工應(yīng)注意：①管棚的起點(diǎn)位置應(yīng)該布置墻體結(jié)構(gòu)，以避免泥漿流出影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通常該墻體厚度設(shè)定為至少30cm，且墻體支撐的穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn)；②管棚之后環(huán)節(jié)應(yīng)該使用鉆頭進(jìn)行工作面開挖施工，此時(shí)要考慮到地質(zhì)條件做出調(diào)整，防止出現(xiàn)無法控制的情況；③鉆孔階段應(yīng)該確保鉆桿內(nèi)部的清潔度，及時(shí)清理渣土，能夠避免堵塞問題的出現(xiàn)；④結(jié)合地質(zhì)條件來進(jìn)行水泥砂漿的注入施工，主要是分析土質(zhì)的穩(wěn)定性方面[7]。應(yīng)該做好水泥砂漿加注施工，能夠確保其成型符合標(biāo)準(zhǔn)；⑤相鄰部位的管棚應(yīng)該確保連接性能合格，質(zhì)量符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在任何斷面中，管棚鋼管結(jié)構(gòu)部分的連接施工，其接頭數(shù)量都要限定在鋼管數(shù)量的50%以下，這樣做的目的就是預(yù)防出現(xiàn)鋼管脫節(jié)情況的發(fā)生，如發(fā)生脫節(jié)，就會(huì)發(fā)生塌方的情況；⑥管棚鋼管要選擇使用強(qiáng)度高、質(zhì)量優(yōu)的無縫鋼管形式，前部需要制作成為尖頭的形狀，末端部位承載壓力需要焊接鋼箍；管口的位置上需要預(yù)留孔進(jìn)行灌漿施工，其孔徑為75-185mm。

4 支護(hù)作業(yè)常見的支護(hù)工具及支護(hù)作用

4.1 錨桿

錨桿是路橋隧道中應(yīng)用較為廣泛的支護(hù)工具，其種類多種多樣。自進(jìn)式以及普通、中孔砂漿這三種錨桿形式都有各自的優(yōu)勢(shì)。三種錨桿形式的功能都是對(duì)工程局部進(jìn)行支護(hù)，提升隧道開挖時(shí)的穩(wěn)定性[8]。一般而言，只有在利用巖石的基礎(chǔ)之上開展加固處理才能夠使支護(hù)效果達(dá)到最大。

4.2 鋼架

在路橋隧道的施工階段，施工人員需要提前在巖石層中尋找通道。但是由于路橋隧道工程中的巖石往往遭受了不同程度的破壞，所以巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往非常復(fù)雜，這也使得施工難度出現(xiàn)了大幅度提升。在地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以為了提升施工安全性，施工人員可以采用鋼筋進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，增加巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

4.3 支護(hù)作用

在隧道工程中，錨桿支護(hù)相對(duì)比較常見，通過支護(hù)能夠使工程穩(wěn)定性得到大幅度的提升。通常情況下，我國很多大規(guī)模隧道工程都會(huì)選用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)，但是這種支護(hù)方式并不是在所有環(huán)境下都能得到應(yīng)用，只有根據(jù)隧道條件合理選擇支護(hù)方式，才能夠?qū)⒅ёo(hù)作用發(fā)揮到最大。錨桿在隧道工程里可以起到支撐、防護(hù)的效果，通過支護(hù)可以使隧道工程質(zhì)量得到保證，確保路橋隧道工程得以順利完成[9]。

5 結(jié)語

在高速公路工程施工中，隧洞及邊坡開挖支護(hù)技術(shù)合理應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際地理環(huán)境和實(shí)際地質(zhì)條件，具體分析了本項(xiàng)目開挖支護(hù)技術(shù)的施工特點(diǎn)，保證高速公路工程的施工質(zhì)量，增強(qiáng)了其實(shí)踐意義。高速公路工程中須加強(qiáng)對(duì)開挖支護(hù)技術(shù)的實(shí)際作用研究，對(duì)其進(jìn)行革新優(yōu)化，確保高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量全面提高。