超前支護(hù)施工技術(shù)在高速公路隧道施工中的應(yīng)用

秦金龍

（核工業(yè)華東建設(shè)工程集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000）

引言

超前支護(hù)在當(dāng)前的公路隧道施工中起到越來越重要的作用，合理的支護(hù)施工有效降低了隧道施工過程坍塌的可能性，保證了施工安全。而在支護(hù)技術(shù)的分析中，超前施工作為一種早期支護(hù)方法，比其他的支護(hù)施工技術(shù)效果更好，能夠滿足工程建設(shè)的需求，現(xiàn)場施工中通過對施工工藝與施工技術(shù)的研究，能夠改進(jìn)支護(hù)效果，使得隧道的強(qiáng)度和承載能力達(dá)標(biāo)。因此在高速公路隧道施工過程中，加強(qiáng)對于超前支護(hù)施工技術(shù)的研究與分析，探討技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)很有必要。超前支護(hù)是開挖施工安全的關(guān)鍵措施，不僅對保證隧道工程的順利進(jìn)行和安全運(yùn)營，而且對保證施工質(zhì)量和工期都具有重要意義。

一、技術(shù)概述

超前支護(hù)顧名思義是一種提前的支護(hù)方法，是在實(shí)際開挖前的預(yù)處理過程中，其中主要有管棚支護(hù)、小導(dǎo)管支護(hù)等施工技術(shù)再結(jié)合多種輔助施工手段。因此能在支護(hù)過程中滿足支護(hù)要求，增加支護(hù)強(qiáng)度，在施工過程中對隧道進(jìn)行有效支護(hù)，已在隧道施工中得到充分應(yīng)用。目前超前支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是可以提前支護(hù)隧道施工，采用先支后施工法，大大提高了隧道施工的安全性。采用超前的支護(hù)施工技術(shù)，結(jié)合當(dāng)前隧道工程的實(shí)際發(fā)展，可以解決施工安全問題，避免隧道坍塌。由于技術(shù)的超前特點(diǎn)，所以必須根據(jù)高速公路隧道實(shí)際施工情況進(jìn)行施工，分析隧道開挖的要求以及重難點(diǎn)，根據(jù)建設(shè)施工情況選擇最合適的技術(shù)并規(guī)劃施工流程，選擇有關(guān)參數(shù)，確保支護(hù)效果。

二、應(yīng)用技術(shù)

（一）小管施工工藝

1.鉆孔小導(dǎo)管

在鉆孔和建造小管道之前，必須噴灌漿墻。通常，將3 至5 厘米厚的混凝土噴灑到開挖面上，以密封拱形開挖面的裂縫。鉆孔需要根據(jù)設(shè)計(jì)室和外部插入的角度，沿著基坑的輪廓制作一個(gè)鉆頭，頂管采用氣動(dòng)鑿巖機(jī)沖擊振動(dòng)方式。小管施工分兩個(gè)周期，按奇數(shù)和偶數(shù)順序完成奇數(shù)鋼管安裝和灌漿后，將偶數(shù)鋼管投入運(yùn)行。方便檢查一次灌漿質(zhì)量，適當(dāng)補(bǔ)償灌漿。當(dāng)鋼管灌漿完成并達(dá)到強(qiáng)度后，進(jìn)行開挖。

2.灌漿

為了更方便地連接注漿管，在安裝過程中應(yīng)將小管露出一定長度，并嚴(yán)密密封管子周圍的孔隙。它通常用塑料泥密封，用工作面混凝土封閉。同時(shí)，確保機(jī)械設(shè)備工作正常，管路連接正確，接口嚴(yán)密，注漿機(jī)調(diào)試符合標(biāo)準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)配漿配比。要求。當(dāng)上述指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)并確認(rèn)無誤后，將配制好的水泥漿倒入注漿機(jī)的漿槽中，水泥漿濃度為1：1 水泥漿，啟動(dòng)注漿機(jī)，對周圍加壓巖石水泥漿通過一根小導(dǎo)管。

為避免灌漿過程中因沉降、分層而造成漿液濃度不均，操作人員必須不斷攪拌漿液，使其混合均勻。漿料的濃度和凝結(jié)時(shí)間必須符合設(shè)計(jì)要求。灌漿完成后，必須及時(shí)關(guān)閉鋼管的孔口，防止灌漿流出[1]。另外，在注漿時(shí)，施工人員要經(jīng)常檢查泵口和孔口注漿壓力的變化情況，及時(shí)排除故障。

3.施工要求

在開始灌漿工作之前，現(xiàn)場工作人員必須保持機(jī)器和設(shè)備的良好保養(yǎng)，并用干凈的水測試灌漿機(jī)。如果發(fā)現(xiàn)問題，必須及時(shí)拆除和維修，以確定問題是否存在。灌漿管道系統(tǒng)應(yīng)多加注意，包括接頭、閥門等主要部件，無破損、老化、銹蝕等不良情況，及時(shí)更換，以免灌漿時(shí)發(fā)生事故。

為避免出現(xiàn)變形、拉絲等異?，F(xiàn)象，施工人員在灌漿過程中必須密切注意灌漿壓力。端壓必須滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，且端壓必須保持足夠的時(shí)間。漿料的滲透范圍符合標(biāo)準(zhǔn)。如果注漿不正常，主要的處理方法有：通過降低灌漿壓力或間隙灌漿，可以減少異?，F(xiàn)象，通過改變灌漿材料，可以縮短漿體的固化時(shí)間，減緩滲漏現(xiàn)象的惡化。如有串漿現(xiàn)象，可用兩臺灌漿機(jī)同時(shí)灌漿，或暫時(shí)堵住串漿孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)拔掉堵塞的塞子[2]。使用灌漿管，小心鐵絲或細(xì)鋼棒清除管內(nèi)雜物，然后用高壓空氣或水沖洗后再灌漿。

在灌漿過程中，現(xiàn)場工作人員必須通過戰(zhàn)后合作統(tǒng)一指揮，如果灌漿液設(shè)定時(shí)間不符合要求，必須及時(shí)查明原因并排除?？卓诼┧畣栴}可以通過在花管末端用麻絲和固定劑堵住管孔縫隙來解決。注漿順序必須嚴(yán)格遵循自下而上和從兩側(cè)到孔中部的對稱順序。

如果漿液量大但壓力長時(shí)間不升高，就要檢測是否存在漏漿問題。如無滲漏，調(diào)整漿液濃度和混合比，縮短膠凝時(shí)間，同時(shí)適當(dāng)降低注漿機(jī)泵壓，或采用間歇注漿，使?jié){液相對于膠縫有停留時(shí)間[3]。

在注漿結(jié)束之后，應(yīng)該及時(shí)對于各種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，尤其是直接參與施工操作的攪拌機(jī)械以及注漿管道等，必須按照嚴(yán)格的程序進(jìn)行清洗，確保無渣漿殘留，防止設(shè)備堵塞。收集好設(shè)備后，將其帶出洞穴，并定期檢查和保養(yǎng)，使其處于良好狀態(tài)，以備下一步灌漿使用。

（二）隧道入口施工過程

1.隧道洞口施工

隧道入口開挖時(shí)，先應(yīng)用超前支護(hù)，隧道入口開挖時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求開挖上坡和明洞，先開挖等高線。這樣能為防止雨水沖刷邊坡，避免堵住雨水溝，保證雨水排水良好。洞口應(yīng)從頂部依次開挖，配備專用開挖設(shè)備，并根據(jù)巖石硬度和土壤特性合理選擇開挖方式。如果巖石堅(jiān)硬，難以開挖，可采用爆破法開挖。隧道洞口的開挖是高速公路隧道施工的起始環(huán)節(jié)之一，為了在施工開始階段就確保質(zhì)量，避免坍塌并為后續(xù)施工提供支持，應(yīng)該通過上述有效手段來確保支護(hù)的有效性[4]。在超前支護(hù)的技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)該嚴(yán)格分析場地情況以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高開挖質(zhì)量。

2.隧道開挖施工

隧道口開挖后應(yīng)立即支護(hù)，根據(jù)超前支護(hù)特點(diǎn)和隧道口實(shí)際情況，采用管棚支護(hù)。鉆孔必須沿著開挖路線鉆孔。必須將鋼管插入鉆孔中。目前，用于管棚支架的無縫管長度可以調(diào)節(jié)，合理保證管棚間隙。在實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用過程中，通過管棚支護(hù)技術(shù)可以對隧道周圍的圍巖進(jìn)行支護(hù)，從而避免坍塌，提高后續(xù)施工的安全性，因此這種技術(shù)能夠有效提高支護(hù)質(zhì)量。在實(shí)際施工中對于接縫的比例以及支護(hù)的位置選擇應(yīng)該注意合理科學(xué)。

（三）開挖技術(shù)應(yīng)用

超前支護(hù)在隧道開挖中的應(yīng)用較為復(fù)雜。在開挖工作之前應(yīng)該先進(jìn)行小導(dǎo)管的調(diào)整，確定其位置，然后檢查放置的角度是夠滿足要求，合格后進(jìn)行注漿工作。準(zhǔn)備工作完成后，用鉆具沿鉆孔驅(qū)動(dòng)小管，分析土壤的軟硬程度，調(diào)整小管的直徑和間距。小管灌漿完成后，進(jìn)行符合性測試，即可開挖孔。由于隧道洞深的開挖需要達(dá)到強(qiáng)度的目標(biāo)要求，所以超前支護(hù)的技術(shù)選擇是非常重要的環(huán)節(jié)，應(yīng)該在洞口的處理基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，以滿足洞深開挖工作中的承載力要求。

（四）錨桿安裝

1.灌漿

為保護(hù)灌漿管道，灌漿開始或停止灌漿30 分鐘以上時(shí)，應(yīng)將灌漿罐及管道用水潤滑。砂漿螺栓連接的工作方式是先灌漿，然后插入錨桿。在實(shí)際操作中，需要先調(diào)整好牛角泵等設(shè)備，在其中加入水，然后加入少量砂漿，檢查運(yùn)行效果，正常后開始將注漿管道插入錨孔開始[5]。這樣利用了氣壓實(shí)現(xiàn)了更好的注漿操作，避免干燥管道內(nèi)的漿液流動(dòng)緩慢。

插入錨桿時(shí)不要左右晃動(dòng)，以免錨桿與孔壁產(chǎn)生間隙。注漿管不能放在人面前，氣閥打開前注漿管不能移動(dòng)，接頭關(guān)閉密封，防止高壓噴出傷人。攪拌促進(jìn)劑砂漿時(shí)，一次攪拌的砂漿數(shù)量不應(yīng)超過三孔，使砂漿在泵管內(nèi)凝固的時(shí)間不要太長。

2.錨桿安裝

當(dāng)螺栓頭進(jìn)入孔內(nèi)時(shí)，桿體迅速插入并安裝到位。在安裝錨之前，桿必須被移除并重新填充。插入孔中的錨桿長度必須至少為95%。安裝錨桿后，不可隨意敲擊。在控制質(zhì)量方面，應(yīng)該注意注漿的操作流程，判斷注漿的飽滿程度。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)該先把注漿管伸入孔中距離孔底五厘米處，然后再開始注漿后緩慢地抽出注漿管，不宜過快拔出使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)中空，同時(shí)如果砂漿不足需要及時(shí)補(bǔ)充。此外，砂漿錨桿安裝完成之后，不能夠?qū)U體進(jìn)行移動(dòng)或打擊，以免破壞結(jié)構(gòu)。

（五）力學(xué)模型分析

在超前支護(hù)的施工中，為了滿足質(zhì)量要求并起到支護(hù)效果，需要從力學(xué)模型的角度進(jìn)行理論計(jì)算與分析，為實(shí)際施工提供參數(shù)支持，并可以及時(shí)分析出現(xiàn)問題的原因。在當(dāng)前的應(yīng)用中分析，超前支付主要由圍巖鋼管組成，或者是箱體結(jié)構(gòu)通過整體化來作為獨(dú)立結(jié)構(gòu)起到承載作用。超前的支護(hù)提高了圍巖的承載能力和抗剪強(qiáng)度，是一種支撐隧道前后的梁狀結(jié)構(gòu)，可以形成殼式防護(hù)結(jié)構(gòu)來保護(hù)隧道。除此之外，通過管棚支護(hù)以及小導(dǎo)管支護(hù)能夠有效提高整體的支護(hù)強(qiáng)度，滿足隧道開挖施工中的隧道強(qiáng)度要求，能夠提高整體施工效果。

三、技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）技術(shù)優(yōu)勢

通過前文的分析，可以看出超前支護(hù)施工技術(shù)在高速公路隧道的施工中能夠起到良好的支撐作用，對于施工過程中的坍塌風(fēng)險(xiǎn)能夠有效規(guī)避，使得高速公路隧道建設(shè)順利推進(jìn)。在技術(shù)的應(yīng)用效果方面進(jìn)行分析，超前支護(hù)施工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)開挖工作中的有效保護(hù)，提高隧道周圍結(jié)構(gòu)中巖石的承載力，使得工程結(jié)構(gòu)的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。超前支護(hù)不僅是提前對于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，也能夠在后續(xù)的隧道穩(wěn)定中起到良好的作用，對于隧道整體的承載力有一定程度的提高。因此超前支護(hù)技術(shù)是當(dāng)前高速公路隧道施工的重要支護(hù)方法之一，優(yōu)勢突出，值得進(jìn)行研究與分析，應(yīng)用也逐漸廣泛，在各種隧道施工中發(fā)揮了優(yōu)點(diǎn)。

（二）技術(shù)的缺點(diǎn)

通過分析可以看出，超前支護(hù)具有良好的應(yīng)用效果，但是沒有任何一種技術(shù)是完美適應(yīng)所有情況的，超前支護(hù)施工在應(yīng)用中也存在其問題與缺點(diǎn)，導(dǎo)致施工效果下降或者出現(xiàn)問題，因此需要現(xiàn)場施工人員仔細(xì)判斷技術(shù)應(yīng)用條件，提高應(yīng)用的規(guī)范性，最大化發(fā)揮優(yōu)勢并避免缺點(diǎn)影響。從技術(shù)方面分析，以管棚支護(hù)為例，管棚施工的剛度大，同時(shí)施工技術(shù)復(fù)雜，出現(xiàn)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)較高。而小導(dǎo)管施工中，對于注漿操作的要求較高，注漿過程中出現(xiàn)問題可能質(zhì)量就會(huì)下降，形式單一，不能完全滿足復(fù)雜條件的施工。另外，超前支護(hù)技術(shù)前端仍在畫面內(nèi)，這樣就導(dǎo)致支護(hù)效果下降，所以超前支護(hù)的選擇需要充分考慮現(xiàn)場情況，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整[6]。

四、結(jié)束語

綜上所述，通過對高速公路隧道的施工中超前支護(hù)的概念分析，以及通過實(shí)際情況下的施工技術(shù)應(yīng)用研究展開分析，發(fā)現(xiàn)超前支護(hù)能夠有效在施工前提高隧道周邊圍巖的強(qiáng)度，保證施工中的安全性，并最終提高隧道的強(qiáng)度。施工后能有效支撐隧道，整體施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。因此，要為公路隧道提供有力的支護(hù)，解決公路隧道支護(hù)不足的問題，此外還需要了解超前輔助技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，根據(jù)超前的輔助技術(shù)優(yōu)勢，最大限度地發(fā)揮支護(hù)特性。