高速公路隧道工程中的超前支護(hù)施工技術(shù)分析

柳昕

（中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，山西太原030024）

0 引言

在高速公路隧道建設(shè)中，超前支護(hù)是最有效的一種施工技術(shù)，并受到了廣泛的關(guān)注。在施工過程中，會出現(xiàn)路基塌陷現(xiàn)象，而支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，對支護(hù)效率和穩(wěn)定性都有著較為嚴(yán)格的要求。同時，考慮到項目的發(fā)展需要，在采用常規(guī)支護(hù)技術(shù)時無法滿足工程需要，但采用超前支護(hù)技術(shù)可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)的目的，確保隧道的整體穩(wěn)定性和荷載力都符合標(biāo)準(zhǔn)。所以合理使用超前保護(hù)施工技術(shù)，有利于公路隧洞工程建設(shè)的良性健康發(fā)展。

1 超前支護(hù)施工技術(shù)概述

超前支護(hù)施工技術(shù)主要是在施工前對圍巖做好預(yù)處理，采取的方法有管棚支撐、超早期小管道注漿支撐、超早期錨索支撐等。超前支護(hù)施工技術(shù)的工作流程涉及很多專業(yè)的思路，在支護(hù)的各個環(huán)節(jié)都能滿足支護(hù)要求，可以增強支護(hù)的穩(wěn)定性，確保隧道在具體建設(shè)階段有了良好的支撐。根據(jù)以往的經(jīng)驗，支護(hù)技術(shù)最大的好處就是能確保整個隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。利用先支護(hù)后施工的流程，可以有效地提高施工的安全性。結(jié)合超前技術(shù)，降低或消除施工過程中的安全風(fēng)險，預(yù)防隧道施工中的土方沉陷。因此，必須確定超前支護(hù)技術(shù)的重要性和不足，然后將超前支護(hù)技術(shù)與施工規(guī)范相結(jié)合，將超前支護(hù)技術(shù)引入隧道建設(shè)中，從而促進(jìn)工程的健康發(fā)展[1]。

2 超前支護(hù)施工技術(shù)的優(yōu)勢與不足

2.1 超前支護(hù)施工技術(shù)的優(yōu)勢

在高速公路隧道建設(shè)中引入超前支護(hù)施工技術(shù)具有重要的意義，它不僅可以有效地解決公路隧道支護(hù)狀況不佳的問題，也可以顯著降低施工中的安全隱患，為項目的順利發(fā)展和預(yù)防提供了有利的條件。在實際施工中，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

第一，支護(hù)結(jié)構(gòu)能確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在具體施工中能促進(jìn)施工的有序進(jìn)行，提高支護(hù)的有效性。

第二，在施工完成后，利用超前支護(hù)技術(shù)對隧道進(jìn)行良好的保護(hù)，可以確保隧道在正常使用時，每一處的構(gòu)造都符合規(guī)定的要求，從而避免出現(xiàn)安全隱患。因此，超前支護(hù)技術(shù)是當(dāng)前最有效的一種支護(hù)技術(shù)，它在快速推進(jìn)隧道建設(shè)中發(fā)揮重要作用。既能滿足隧道工程的需要，又能在實際應(yīng)用中得到很好的應(yīng)用。

第三，降低爆破對巖體的破壞。圍巖一旦松動則會引起坍塌事故的發(fā)生，可以將隧道輪廓作為基礎(chǔ)，利用管棚形成具有穩(wěn)定性的殼狀結(jié)構(gòu)，利用梁拱效應(yīng)為前后的圍巖提供有力支撐。若要降低爆破對圍巖的破壞性，在隧道爆破時可采用施工團(tuán)隊廣泛應(yīng)用的新奧法，管棚的密集環(huán)形結(jié)構(gòu)可以大量的沖擊波與氣體吸收進(jìn)去，從而有效緩解爆破給圍巖帶來的破壞[2]。

2.2 超前支護(hù)施工技術(shù)的不足

超前支護(hù)技術(shù)有利也有弊。目前較為常見的超前支護(hù)施工方法，例如超前小管道注漿保護(hù)、管棚保護(hù)等，在實際應(yīng)用中存在缺陷。在高速公路隧道施工中采用管棚支護(hù)技術(shù)時，因為超前支護(hù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，材料與管材之間的關(guān)系也很難掌握，往往不能滿足工程的要求，有的還會導(dǎo)致支護(hù)的失敗。另外，在高速公路隧道工程中采用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)技術(shù)，要嚴(yán)格控制灌漿質(zhì)量，在施工過程中要隨時注意灌漿狀態(tài)，同時還要反復(fù)地計算和檢查漿液的配合比和原材料質(zhì)量，以保證最終的整體支護(hù)效果。在高速公路隧道施工中，采用了大量的導(dǎo)管、錨桿等構(gòu)件，由于部分導(dǎo)管、錨桿處于滑動面上，導(dǎo)致其失穩(wěn)，從而導(dǎo)致了支護(hù)效果的下降[3]。

3 當(dāng)前高速公路隧道施工中的不足

3.1 容易產(chǎn)生事故

高速公路隧道工程施工條件比較復(fù)雜，在工程建設(shè)中存在著較大的隨機性。工程前期準(zhǔn)備工作不充分，或在施工中采取的保護(hù)措施不完善，由于受外力影響，若不能及時進(jìn)行合理的治理，將會使隧道的圍巖隨環(huán)境的變化而發(fā)生改變，從而導(dǎo)致工程崩塌。

3.2 施工的環(huán)境較為惡劣

公路隧道建設(shè)首先要解決施工條件十分復(fù)雜的問題。隧道工程是一種地下工程，其施工難度可想而知。工程建設(shè)受到各種條件的制約，其中水文地質(zhì)、巖體構(gòu)造等對工程的順利進(jìn)行有一定的影響。同時，由于隧道工程涉及的內(nèi)容太多、太過復(fù)雜，各個工序之間的聯(lián)系也比較密切，有時還會出現(xiàn)交叉作業(yè)，這不但給隧道施工帶來了困難，而且一個疏漏都會影響到整個工程的正常進(jìn)行。

3.3 隱蔽工程的施工

在公路隧道建設(shè)中，還出現(xiàn)了一些隱蔽的問題。在施工中，若檢查施工效果不佳，將導(dǎo)致更多的隱蔽工程出現(xiàn)，而且各個工序之間的距離都比較短，這一環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量將對下一階段的工程質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。如果不能及時發(fā)現(xiàn)并解決這些問題，將會嚴(yán)重影響工程的整體質(zhì)量，危及工人的生命安全。

4 超前支護(hù)施工技術(shù)在高速公路隧道工程中的應(yīng)用分析

4.1 隧道洞口開挖施工技術(shù)

在隧道洞口施工中，可以采用超前支護(hù)施工技術(shù)，根據(jù)設(shè)計要求對斜坡和明洞進(jìn)行施工。首先要在洞口上鑿出一條輪廓線，然后在洞口上安裝截水溝和排水孔，防止坡面被雨水沖刷。在開口部位，土石方可由上而下進(jìn)行挖掘，應(yīng)配置適當(dāng)?shù)耐诰驒C械，以確保挖掘的效率，并根據(jù)巖石的堅硬程度和土壤特性來進(jìn)行挖掘。巖石的堅硬度越高，挖掘起來就越困難，這時候就可以采用爆破技術(shù)，利用科學(xué)的方法，既能保證施工質(zhì)量，又能保證施工效率。在開挖過程中，洞口開挖是一項非常重要的工程，它可以直接地影響隧道的開挖質(zhì)量。因此，在開挖過程中必須嚴(yán)格遵循有關(guān)技術(shù)規(guī)范，以確保工程質(zhì)量。

4.2 小導(dǎo)管支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

在安裝導(dǎo)流管前，必須進(jìn)行噴灌施工，噴注的厚度一般為3～5cm，并對開挖面層和封閉加固開挖面的空隙進(jìn)行噴水。在鉆孔的時候，要利用鉆機沿設(shè)計的開挖輪廓線和外插角的方向進(jìn)行鉆進(jìn)，再用風(fēng)鉆機將小管道頂進(jìn)，在這個過程中，利用振動和沖擊，將風(fēng)鉆上的旋轉(zhuǎn)夾緊，這樣才能保證管道的安全。另外，為了推進(jìn)雙循環(huán)，采用“先奇后偶”的方法，首先是奇數(shù)的鋼管，其次是偶數(shù)的鋼管。這樣一輪下去，既能保證灌漿的質(zhì)量，又能保證灌漿的數(shù)量。保證灌漿的強度達(dá)到一定的要求，才能進(jìn)行下一步的挖掘。

4.3 隧道洞深開挖施工時超前支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用

施工之前，必須先將特定尺寸的管道放置在輪廓線之外的傾斜位置，保證管道的位置符合規(guī)定的位置，同時根據(jù)土壤的緊實度調(diào)整灌漿壓力，通過一根小型管道進(jìn)行灌漿。在保證地基穩(wěn)定的前提下，對管道的直徑和距離進(jìn)行精確控制。在注漿完畢后，還要對其質(zhì)量與有關(guān)規(guī)范的一致性進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗，只有在合適的情況下，才能確保鉆孔深度。高質(zhì)量的施工必須保證高水平的支撐結(jié)構(gòu)。因此，在超前支護(hù)工作中，要確保達(dá)到預(yù)期的穩(wěn)定要求，并結(jié)合適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)，使其達(dá)到預(yù)期的穩(wěn)定。因此，在具體的施工工藝環(huán)節(jié)中，必須根據(jù)隧道施工規(guī)范和洞深的要求，采用合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)[4]。

4.4 分析支護(hù)力學(xué)模型

在日常應(yīng)用超前支護(hù)技術(shù)時，必須對其所涉及的力學(xué)模型進(jìn)行綜合分析，既能充分認(rèn)識到超前支護(hù)的重要作用，又能保證超前支護(hù)工藝符合有關(guān)規(guī)范。根據(jù)有關(guān)資料，超前支護(hù)結(jié)構(gòu)由錨桿和箱體組成，在滿足有關(guān)規(guī)范要求的情況下，必須確保其獨立使用。從這一點可以看出，超前支護(hù)結(jié)構(gòu)對圍巖抗剪性能有顯著的促進(jìn)作用，而采用超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，則能增強圍巖的支護(hù)力和抗剪穩(wěn)定性。一般情況下，支撐結(jié)構(gòu)的主體是掌子面區(qū)域內(nèi)的梁類構(gòu)件，它們可以殼體的形式出現(xiàn)，以維持良好的狀態(tài)。不僅如此，在采用超前支護(hù)結(jié)構(gòu)時，還采用了管道灌漿和管棚保護(hù)，可以有效地增強整個隧道的穩(wěn)定性，同時也可以滿足工程的良好支護(hù)需求[5]。

4.5 注漿施工過程

注漿建筑施工所使用的機械設(shè)備有1 臺漿料攪拌機、2 個灌漿泵、若干個注漿管。注漿管是由硬塑料制成，在管棚澆筑完畢后，首先通過鋼筋錨固設(shè)備將管道與孔壁間的空隙加以鋼筋錨固，再將管道打壓，并將注漿管口與鋼管接合。注漿澆筑使用的漿料是水泥料，注漿管安裝完成后，在工地進(jìn)行水泥土料的調(diào)配，先將漿料混合均勻，然后用過濾網(wǎng)將漿料儲存到料筒內(nèi)，最后由灌漿泵將水泥料經(jīng)注漿管投入管道內(nèi)。注漿法施工中必須明確灌注比例、漿料散布半徑、灌注水壓、注漿質(zhì)量等4 項關(guān)鍵參數(shù)。混凝土和水的比例為1∶1，泥漿散布半徑范圍不低于0.5m，灌漿水壓為2.0～2.5MPa。灌漿量的決定必須與特定的公式相聯(lián)系，通過計算可知，此次注漿的灌漿總量為2.52m3，在全部參數(shù)確定后進(jìn)行灌漿測試，以檢驗灌漿參數(shù)是否合理，若有誤差，及時修正。注漿時，必須先封住施工面，在注漿完畢后，再用水泥澆筑，防止?jié){料倒灌，并對所有的管道進(jìn)行編碼，首先單號注漿，其次雙號注漿。注漿工序應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的注漿工藝，注漿完畢后，應(yīng)仔細(xì)記錄注漿過程中的各項參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以根據(jù)數(shù)量和參數(shù)進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的對策，同時還要對注漿質(zhì)量進(jìn)行檢驗，如果漿料稠密、飽滿，說明注漿質(zhì)量達(dá)到要求，可以進(jìn)行封堵。

4.6 檢測支護(hù)效果

隧道超前支護(hù)建設(shè)竣工之后，為了檢驗支護(hù)工程的支撐效果，在建設(shè)場地選擇了一些支護(hù)施工線路通過了澆筑測試，經(jīng)檢驗，除了極少數(shù)的管道有絲扣破裂、沉陷的問題外，其他的都符合規(guī)定，損壞的管道占比不足1%。另外，對灌漿澆筑的產(chǎn)品質(zhì)量及管棚的變形情況進(jìn)行了檢驗，通過測試，得出了灌漿后的最大固結(jié)強度為13.6MPa，最低為12.3MPa，全部滿足了施工的需要。綜合以上檢驗，表明該工程的預(yù)支護(hù)法盡管有局部缺陷，但總體質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期的要求。

5 高速公路隧道施工的安全要點

5.1 做好質(zhì)量管控

在施工過程中，應(yīng)加強對灌漿材料的質(zhì)量管理，保證灌漿材料的水灰比。注漿期間應(yīng)密切監(jiān)控注漿速度、注漿壓力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍建筑物的變形、沉降，并依據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整注漿程序，保證注漿質(zhì)量。

注漿完畢后，按設(shè)計圖及時對注漿效果進(jìn)行細(xì)致的檢驗，保證注漿的實際效果符合設(shè)計要求。在檢查注漿效果時，要對所有的資料進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄，并對施工中的施工資料進(jìn)行檢驗，以確定注漿過程中有無漏漿、跑漿等問題。檢查時，可以在兩個注漿孔之間的灌漿質(zhì)量差的地方進(jìn)行鉆孔，并對其穩(wěn)定性和滲漏狀況進(jìn)行監(jiān)測。

5.2 構(gòu)建合理的規(guī)章制度

為了順利地進(jìn)行隧洞施工，應(yīng)建立健全安全保障體系，必須設(shè)立專門的警衛(wèi)部門。另外，還要保證各安全體系的正常運行，保證每個設(shè)計都能達(dá)到安全規(guī)范和文明建筑的要求。

5.3 對施工現(xiàn)場進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督

為了保證公路隧道工程的順利進(jìn)行，并對施工現(xiàn)場進(jìn)行嚴(yán)格的管理，可以采取隧道施工安全管理制度。除了保證滿足建筑材料和工程機械的極限要求之外，施工期間，施工人員要嚴(yán)格按照施工規(guī)程，加強施工管理，保證施工安全。

6 結(jié)語

總之，隧道施工難度大，影響因素多，施工過程中容易受到地形、水文地質(zhì)等因素的影響，導(dǎo)致隧道圍巖變形而崩塌。在高速公路隧道工程中要依據(jù)工程概況、地質(zhì)條件和環(huán)境條件，選擇最適宜的超前支護(hù)技術(shù)，并對施工工藝、要素等進(jìn)行管理和控制，還要對預(yù)支護(hù)效果進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗，保證工程建設(shè)的正常進(jìn)行。