高速公路隧道工程中的超前支護(hù)施工技術(shù)

葉道華

（廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧）

在高速公路隧道建設(shè)過程中，為了能夠規(guī)避路基坍塌現(xiàn)象，需要通過有效應(yīng)用支護(hù)技術(shù)，滿足工程施工的各項(xiàng)需求。支護(hù)技術(shù)能夠嚴(yán)格要求支護(hù)效率以及穩(wěn)定性，由于以往常規(guī)支護(hù)技術(shù)難以達(dá)到項(xiàng)目發(fā)展需求，而超前支護(hù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)的目的，使隧道的穩(wěn)定性、荷載力得到顯著提升，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)?；诖耍诠匪淼拦こ探ㄔO(shè)中采用超前支護(hù)施工技術(shù)利于工程穩(wěn)定發(fā)展。

1 項(xiàng)目特點(diǎn)

本次工程項(xiàng)目以樂業(yè)至望謨（樂業(yè)段）高速公路項(xiàng)目為例，該工程項(xiàng)目在具體建設(shè)時所具有的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下5 點(diǎn)：（1）平面線位敏感點(diǎn)多，可選擇走廊帶窄。（2）沿線高程變化劇烈，設(shè)計(jì)縱坡大。（3）橋隧比例高，建設(shè)難度大。（4）地質(zhì)復(fù)雜，不可控因素多。（5）涉及省界交接，協(xié)調(diào)工作難度大。

2 超前小導(dǎo)管施工

2.1 施工方法

本次工程采用小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)，通過不斷加固隧道圍巖，確保高速公路隧道的地層承載力、穩(wěn)定性。該項(xiàng)技術(shù)施工流程見圖1。

圖1 整體施工流程

在具體施工過程中，施工可利用風(fēng)筒鑿巖機(jī)鉆孔作為首選方式。施工人員需要根據(jù)相關(guān)要求、標(biāo)準(zhǔn)安裝超前小導(dǎo)管，按照12°控制外插角，通過采用焊接的方式有效結(jié)合鋼架的穩(wěn)定性，施工材料選擇注漿泵進(jìn)行高效注漿，以水泥單液漿為重點(diǎn)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)施工，在性能狀態(tài)最佳的情況下，對具體注漿參數(shù)進(jìn)行明確，并以此作為重要參考，利于后續(xù)施工的順利開展[1]。在制定加工中，提前對小導(dǎo)管進(jìn)行制作時，需要對前端進(jìn)行加工，使其成為尖椎樁，按照15 cm 的距離，在管壁上進(jìn)行交錯鉆眼，保持8 cm 的直徑范圍。鉆孔作業(yè)完成后，將小導(dǎo)管插入孔徑內(nèi)，保證鋼架、尾部焊接穩(wěn)定，形成預(yù)支護(hù)體系。注漿作業(yè)時，提前組織對水壓進(jìn)行試驗(yàn)，確保該項(xiàng)工作的有效性，對地下吸漿、擴(kuò)散這兩方面的情況進(jìn)行具體判斷，明確施工參數(shù)是否足夠合理，具體包括注漿壓力、漿液濃度等。在注漿時，需要嚴(yán)格按照相關(guān)要求以及標(biāo)準(zhǔn)，通過對試驗(yàn)進(jìn)行參考，并將參考操作作為重要條件，對各項(xiàng)數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行詳細(xì)記錄并分析，確保整體施工質(zhì)量，針對質(zhì)量問題從源頭積極避免。

2.2 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

超前鋼管實(shí)測項(xiàng)目檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 超前鋼管實(shí)測項(xiàng)目檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 超前錨桿施工

超前錨桿施工參數(shù)見表2。

表2 超前錨桿施工參數(shù)

2.3.1 測量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測量開挖面、標(biāo)高以及中線，明確輪廓線、錨桿孔位，使后續(xù)作業(yè)能夠正常、順利開展，針對施工過程中可能出現(xiàn)的誤差等問題，盡可能避免。

2.3.2 鉆孔

風(fēng)槍鉆孔方式實(shí)施鉆孔作業(yè)，以設(shè)計(jì)要求保證深度，清理孔內(nèi)各種雜物，確?？變?nèi)干凈[2]。在管棚鉆孔作業(yè)中，施工需要按照先奇數(shù)孔、后偶數(shù)孔的方式進(jìn)行施工，偶數(shù)孔需要在完成注漿作業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。并且，在改過程中，需要對鉆孔作業(yè)方向嚴(yán)格控制，避免不良操作導(dǎo)致鉆孔精度的準(zhǔn)確性[3]。在鉆進(jìn)階段中，需要全面、詳細(xì)、嚴(yán)格的檢查偏斜度，避免發(fā)生偏差。一旦出現(xiàn)偏差，及時糾正。按照順序?qū)@桿、鉆頭穿過導(dǎo)向管，對準(zhǔn)孔位啟動鉆機(jī)?？刂菩笨貢r，發(fā)揮導(dǎo)向管的導(dǎo)向作用。成孔后，清理孔內(nèi)雜物，開展后續(xù)工作。

2.3.3 超前錨桿安裝

超前錨桿安裝工作主要以兩方面為主：第一，填塞錨固藥卷。對早強(qiáng)錨固劑藥卷的質(zhì)量進(jìn)行明確，確保能夠達(dá)到具體要求與規(guī)定，在水中置入后，在浸泡處理一定時間后需要將其取出，此時，早強(qiáng)錨固劑藥卷狀態(tài)呈現(xiàn)為軟而不散[4]。對藥卷填塞可通過人工持炮棍進(jìn)行，孔深達(dá)到1/3～1/2 位置處。灌漿底部、孔底之間的距離為：50～100 mm，組織進(jìn)行注漿作業(yè)，有效的送至漿液至孔底[5]。發(fā)揮漿液作用，可更好地?cái)D出孔內(nèi)多于的水，注入水泥砂漿中。緩慢拔除注漿管。注漿時，壓力保持在<0.4 Mpa，壓力不可過低，避免無法有效注入漿液。第二，安裝錨桿。人工操作后，需要打入錨桿，該過程可通過鐵錐進(jìn)行，當(dāng)錨桿觸底并孔位位置有漿液留出時，需要及時停止。錨桿施工工藝流程見圖2。

圖2 錨桿施工工藝流程

2.3.4 其他

除了以上內(nèi)容，錨桿施工內(nèi)容具有廣泛性，具體如下：

（1）環(huán)向鋼筋與錨桿外部、系統(tǒng)錨桿連接時，可利用焊接方式進(jìn)行，通過該種方式使兩者能夠形成一個完整性的整體，將支護(hù)作用的特點(diǎn)充分發(fā)揮。（2）在搭建超前錨桿的過程中，保證其長度在1 m 以上，布置時需要沿著開挖輪廓線周邊進(jìn)行，使其足夠均勻，通過采用焊接的方式穩(wěn)定連接尾端、鋼架，提高固定性。（3）超前錨固需要有效配合鋼架支撐，外插角保持在12°，沿著開完輪廓周邊均勻布設(shè)錨桿，牢固焊接鋼架、尾端，使錨桿錨固長度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。（4）安裝鋼架，在通過穿過鋼架腹部鉆孔、安裝錨桿。

3 超前小導(dǎo)管的加工安裝要求

超前小導(dǎo)管加工安裝具體要求包括以下幾點(diǎn)：

（1）材料。以φ108 mm×6 mm 的熱軋無縫鋼管為主要材料，奇數(shù)孔為有孔鋼管, 偶數(shù)孔為無孔鋼管。鋼筋籠由固定環(huán)和鋼筋構(gòu)成, 超前小導(dǎo)管加工樣式。（2）管棚鋼管的加工。根據(jù)鋼管接頭的錯位要求,加工6 m 編號為奇數(shù)孔位的第一節(jié)鋼管以及3 m 編號為偶數(shù)孔位的第一節(jié)鋼管。為提高施工的便捷性，用有孔花管的奇數(shù)孔安裝管棚鋼管, 孔眼直徑8 mm，間距按7.5 cm 控制，遵循梅花形布置原則。前端鋼管呈15 cm 長的錐形，尾端焊φ10 mm 的加強(qiáng)箍。合理組織鋼筋籠的加工作業(yè)，成型后用于安裝。實(shí)際安裝期間，向管棚內(nèi)插入固定環(huán)，利用鉆機(jī)頂進(jìn)，絲扣連接鋼管，相鄰兩孔的鋼管接頭相互錯開。需注意的是,頂進(jìn)期間嚴(yán)格控制鉆桿的前進(jìn)傾角, 要求其與導(dǎo)管傾角保持一致，成孔后隨即將導(dǎo)管插入孔內(nèi),待完成某孔的鉆進(jìn)和導(dǎo)管安裝作業(yè)后，在確保無誤的前提下方可移動設(shè)備，進(jìn)入下一孔施工環(huán)節(jié),按照此方式重復(fù)操作。

4 超前支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 導(dǎo)向墻的施作

為了能夠使導(dǎo)向墻施工質(zhì)量得到顯著提升，需要加大前期準(zhǔn)備工作。針對導(dǎo)向墻拱腳外側(cè)區(qū)域，需要在其進(jìn)行漿砌片石填筑，以此為后續(xù)導(dǎo)向墻的施工創(chuàng)造穩(wěn)定的基礎(chǔ)[6]。通常，地基承載力的最低值需要達(dá)到0.3 MPa。在搭建管棚時，需要根據(jù)導(dǎo)向墻作為重要基礎(chǔ)開展，基于此，需要充分考慮作業(yè)流程角度，起初需要加大管棚位置的測量工作，并關(guān)注放樣工作，在該過程中，需要對管棚、隧道開挖線之間的間距進(jìn)行嚴(yán)格的管控，以此減少后續(xù)管棚施工的難度[7]。在開展各項(xiàng)測量工作后，需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案中的軸線基準(zhǔn)作為參考，實(shí)施鋼拱架的架設(shè)，在拱圈位置配備相應(yīng)數(shù)量的孔口套管。為加大鋼管打入的精準(zhǔn)性，需要對孔口套管的直徑進(jìn)行嚴(yán)格控制，將管棚鋼管作為參考，需要比其超過2～3 cm。在該基礎(chǔ)上，需要對各個套管之間的對應(yīng)位置、彼此間的距離進(jìn)行明確，以此充分滿足準(zhǔn)確定位，在此后安裝套拱模板。在實(shí)施澆筑作業(yè)后完成套拱拱頂?shù)暮淆埞ぷ?。在該過程中易出現(xiàn)導(dǎo)向墻下沉的位置發(fā)生偏差的問題，基于此，可通過輔助應(yīng)用臨時支撐措施進(jìn)行。澆筑完成后，需要覆蓋處理導(dǎo)向墻套拱，材料主要將土工布作為主材料，開展一周的灑水作業(yè)，以此規(guī)避導(dǎo)向墻出現(xiàn)開裂的問題。導(dǎo)向墻施工工序見圖3。

圖3 導(dǎo)向墻施工工序

4.2 鉆孔施工

在鉆孔作業(yè)過程中，尤其是隧道施工圍巖段時，存在圍巖破碎、裂隙發(fā)育等不良地質(zhì)見圖4，需要對以下3 點(diǎn)內(nèi)容加以重視。

圖4 V 級圍巖斷面布置

（1）按照“逐節(jié)鉆進(jìn)”的方式開展。在正式進(jìn)行鉆孔前，需要確保現(xiàn)場始終保持低壓低速狀態(tài)，當(dāng)鉆進(jìn)深度達(dá)到1 m 后，逐漸加強(qiáng)鉆進(jìn)壓力[8]。在整個鉆孔過程中，需要通過測斜儀的方式對鉆孔位置準(zhǔn)確度進(jìn)行提升。（2）做好鉆孔質(zhì)量把控。在正式進(jìn)行鉆孔前，需要通過噴涂混凝土處理形成止?jié){墻，其厚度需要保持在15 cm，減少后續(xù)漏漿、坍塌事故的發(fā)生概率。鉆機(jī)對鉆孔質(zhì)量造成不同程度的影響?；诖?，在開展作業(yè)時，需要對鉆機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，在對易塌孔位置區(qū)域開展作業(yè)的過程中，需要通過采用泥漿護(hù)壁的方式使鉆孔正常進(jìn)行。一旦鉆進(jìn)難度過大的情況下，可通過采用跟管鉆進(jìn)法進(jìn)行輔助。為了能夠?qū)A鉆現(xiàn)象進(jìn)行有效規(guī)避，需要有效控制鉆進(jìn)速度，確保在合理范圍內(nèi)。（3）做好清孔、驗(yàn)孔工作。通過采用巖芯鉆桿的方式實(shí)施掃孔作業(yè)，以此加大浮渣清除工作，在清理整個孔道的過程中，需要采用高壓風(fēng)進(jìn)行。在完成清孔作業(yè)后，需要對孔位偏差進(jìn)行詳細(xì)檢查，其對應(yīng)的孔位偏差≥±50 mm，需要合理控制對應(yīng)的鉆孔偏差，保持在該范圍內(nèi)。

4.3 注漿施工

為了能夠避免施工過程中發(fā)生巖面漏漿的現(xiàn)象，在注漿前期工作中，需要有效開展噴射工作，所應(yīng)用的混凝土強(qiáng)度需要保持在C25 水平以上，除了開挖作業(yè)面，噴射對象還涉及到孔口巖面、拱圈等區(qū)域。

（1）嚴(yán)選注漿材料。材料選擇以固化收縮性好的材料為主，同時需要著重考慮其與圍巖等結(jié)構(gòu)的粘合性、可灌性，這些均作為重要指標(biāo)。為了能夠加強(qiáng)注漿固結(jié)體牢固性、抗?jié)B性，在對注漿材料進(jìn)行選擇時，需要充分了解當(dāng)?shù)氐乃臈l件，完成注漿施工（見圖5）。（2）提升注漿施工工藝水平。在正式注漿作業(yè)中，水泵試漿、注水測試作為該項(xiàng)工作的前提基礎(chǔ)，另外準(zhǔn)備的漿液需要通過利用曬網(wǎng)的方式開展過濾處理。漿液對應(yīng)的參數(shù)較為廣泛，包括壓力、擴(kuò)散度等均需要在合理范圍內(nèi)有效控制。在單鋼管注漿過程中，可按照式（1）實(shí)施。

圖5 注漿超前小導(dǎo)管加工示意

式中：鋼管總長度（m）為L；鋼管半徑（m）為r；漿液擴(kuò)散半徑（m）為R；隧道地層孔隙率為η；漿液損耗系數(shù)為β；漿液有效填充系數(shù)為α。

結(jié)束語

綜上所述，由于高速公路隧道施工地質(zhì)特殊，且該項(xiàng)作業(yè)危險(xiǎn)性較大，易影響施工整體質(zhì)量，通過利用超前支護(hù)施工能夠提升作業(yè)的安全性，構(gòu)建受力支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保每一環(huán)節(jié)的作業(yè)都能夠順利開展，提升隧道施工質(zhì)量。