高速公路隧道建設(shè)中的超前支護施工技術(shù)

呂巖

一、工程概況

莆炎高速三明尤溪中仙至建寧里心段工程YA3標段起點（K297+900）標段線路總長11.720km。設(shè)計速度100km/h，雙向四車道，整體式路基寬26m，分離式路基2×13m，最大縱坡3.85%。隧道為該標段的重點施工內(nèi)容，采用到超前支護施工技術(shù)，包含大管棚支護和超前小導(dǎo)管支護兩種方式，共同創(chuàng)設(shè)安全的施工環(huán)境。

二、超前長管棚施工技術(shù)分析

超前長管棚材料選用的是Φ108×6mm熱扎無縫鋼管，按照40cm的環(huán)向間距有序設(shè)置。在明洞襯砌外設(shè)C30鋼架混凝土套拱（厚度為70m、縱向長3.0m），以保證鉆孔方向的合理性。鉆孔過程中有一定的下垂變化趨勢，為抵御該部分變化，鉆孔方向適當(dāng)向上偏1～3°。

1.測量放樣。以設(shè)計圖紙為準，測定縱向中軸線的位置、拱架腳高程及拱架的縱向間距。對于導(dǎo)向管的測量放樣，先準確確定其平面位置，定在工字鋼架外輪廓線上；引入前后差距法，用于控制導(dǎo)向管的外插角，使該值穩(wěn)定在1～3°。

2.套拱施工。厚度為70cm、縱向長2m的C30鋼架混凝土套拱，內(nèi)埋四榀I20b工字鋼，間距均為50cm。Φ14固定鋼筋與Φ133孔口管、I20b工字鋼焊接于一體，為保證連接的穩(wěn)定性，焊縫長度至少為5d?？紤]到鉆孔和注漿的便捷性要求，在明洞開挖環(huán)節(jié)預(yù)留合適尺寸的施工平臺，以便在該處高效開展管棚和套筒的施工作業(yè)。

3.鉆進成孔。按從左至右的順序?qū)?dǎo)向管編號，共形成51個編號。自下而上用鉆機鉆孔，鉆進初期保持低速、低壓的運行狀態(tài)，隨著鉆進深度的增加，若無異常則逐步提高鉆進速度。鉆進期間加強對鉆機偏斜度的檢測與控制，及時糾偏。鉆孔順序為：先鉆左側(cè)1號孔，再鉆右側(cè)51號孔，在此過程中同步對已鉆進成型的1號孔注漿；隨后，鉆左側(cè)的2號孔，期間對右側(cè)已鉆進完成的孔進行注漿。按照前述方法對稱施工，及時將鉆孔和注漿作業(yè)落實到位。巖層條件較好時，一次成孔。因地質(zhì)條件欠佳或是施工方法不當(dāng)?shù)仍蚨住⒖ㄣ@時，先根據(jù)實際情況補注漿，再繼續(xù)鉆進。

4.清孔。鉆孔過程中產(chǎn)生的巖粉等雜物易堆積在孔內(nèi)，不利于管棚的安裝以及注漿，因此需清孔。用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭掃孔，并向孔底注入高壓風(fēng)，有效清理鉆渣。

5.管棚的制作與安裝。根據(jù)設(shè)計要求，在加工場分節(jié)制作管棚，鋼管接頭用絲扣連接，相鄰鋼管接頭錯開量至少為1m。為注漿管編號，其中有孔注漿管為奇數(shù)號，無孔注漿管為偶數(shù)號。管棚安裝時注重對順序的控制，先將奇數(shù)號的注漿管安裝到位，再進一步安裝剩余的管道（偶數(shù)號）。

6.注漿。注漿設(shè)備為KBY-50/70注漿機，材料為水泥漿液，水灰比1∶1。注漿時，分階段控制注漿壓力，初壓保持在1.0MPa，后續(xù)適當(dāng)提升壓力，終壓2.0～2.5MPa，通過壓力的作用，將漿液推送至指定位置。注漿完成后，及時清除管內(nèi)漿體，以免凝固，并用M30號水泥砂漿填充密實。

注漿施工環(huán)境復(fù)雜，可能出現(xiàn)異常狀況，此時需及時分析具體情況，采取合適的處理措施。若有小裂漿，則用麻絲（提前用水浸泡）填塞裂隙，并對漿液的配比等相關(guān)參數(shù)做靈活的調(diào)整，避免跑漿。若注漿壓力異常升高，則只注純水泥漿或清水。若有堵管現(xiàn)象，開啟孔口泄壓閥，將孔口進漿閥關(guān)閉，停機后，查明具體原因并處理。巖土對管壁產(chǎn)生較大阻力時，前段可采用φ125mm鉆頭，后段則轉(zhuǎn)為φ120mm鉆頭，此時能夠有效頂入鋼管，順利施工。此外，在鋼管末端以焊接的方法增設(shè)擋圈，同時用膠泥麻筋箍成楔形，經(jīng)過相關(guān)處理后，有利于鋼管順利頂進孔，同時也能夠保證鋼管外壁與孔壁的緊密貼合。

三、超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)分析

根據(jù)隧道洞口Ⅴ級圍巖段的地質(zhì)特點，確定與之相適應(yīng)的注漿施工方法，即超前小導(dǎo)管注漿支護。通過漿液的注入，改善圍巖的力學(xué)性能，保證圍巖的穩(wěn)定性，同時封堵地下水，規(guī)避水損害問題。加之鋼架支護結(jié)構(gòu)的聯(lián)合應(yīng)用，共同構(gòu)成完整性較好的棚架式支護體系。

具體操作要點為：在加工場加工注漿小導(dǎo)管，外徑50mm，壁厚5mm，長度5.0m，于管壁上鉆φ8mm壓漿孔（呈梅花形布置，間距為15cm），管口預(yù)留1m作為止?jié){段；注重對小鋼管兩端的處理，將前端加工成錐形，在尾端設(shè)加勁箍；用鑿巖機鉆孔，由施工人員將加工成型的小鋼管打入孔內(nèi)，再制備漿液，用注漿泵注入其中。

1.施工要點

（1）布孔：以噴射混凝土的方式封閉掌子面；測放孔位，做好標記。

（2）鉆孔：作業(yè)設(shè)備采用的是風(fēng)洞鑿巖機，在預(yù)設(shè)的點位處鉆進成孔；鉆孔后，向孔內(nèi)注入高壓風(fēng)，有效清理堆積在孔內(nèi)的巖粉等雜物，將孔內(nèi)沉渣量控制在合理范圍內(nèi)。

（3）封口、試泵：由施工人員將鋼管推送入孔，到位后用麻絲和錨固劑封堵管口；隨后，旋上孔口閥，將注漿管路連接成型，使其具有通暢性與嚴密性。注漿前試運行20min，判斷注漿系統(tǒng)的實際使用情況。注漿泵壓水，用于檢查管路是否滲漏以及設(shè)備是否異常，隨后再壓水試驗，此舉可沖洗巖石裂隙內(nèi)的雜物，形成更加通暢的注漿通路。

（4）漿液配制：提前組織試驗，確定合適的漿液配合比。本次施工中，漿液為C30水泥漿，用臥式攪拌機生產(chǎn)。制備漿液時，嚴格控制原材料的用量以及加料的順序、速度，予以充分的攪拌，以防漿液結(jié)塊。遵循隨拌隨用的原則，在保證供料充足的前提下，避免漿液過量供應(yīng)，否則會造成浪費。對于制備好的漿液，先對其做過濾處理，此后方可進入泵體，此舉目的在于篩除漿液中不利于施工的雜質(zhì)，避免注漿管路或泵體遭堵塞。

（5）注漿：注漿設(shè)備采用的是UB-3型注漿泵，在清孔到位的前提下，按照自下而上的順序注漿，且漿液的濃度做到先稀后濃。若注漿期間有串漿或跑漿的異常狀況，則隔孔灌注漿液。注漿壓力的控制是注漿施工中的重點內(nèi)容，首先啟用注漿泵，待該設(shè)備維持正常運行狀態(tài)后，關(guān)閉泵口閥門，暫停泵的運行，由專員結(jié)合實際情況旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)旋鈕，準確調(diào)節(jié)油壓（使其達到特定的油壓要求）。正式注漿時，若注漿阻力增加，為將漿液注入指定位置，對應(yīng)的泵壓應(yīng)有所提升。

（6）注漿結(jié)束標準：注漿施工采取的是“雙控方法”，即注漿壓力和注漿量均要同時滿足要求，只有在此前提下，方可結(jié)束注漿作業(yè)。以單管設(shè)計注漿量為標準，若實測注漿壓力達到終壓值且穩(wěn)壓時間維持20min及以上，盡管此時的進漿量不達標，也依然可結(jié)束注漿作業(yè)。

（7）注漿裝置的清洗：經(jīng)過注漿施工后，及時將注漿混合器及注漿系統(tǒng)清洗干凈，以免固結(jié)在裝置上。

（8）注漿質(zhì)量檢驗：以開挖的方法檢查，判斷漿液的滲透以及固結(jié)情況；根據(jù)注漿施工數(shù)據(jù)生成壓力漿量曲線圖，據(jù)此展開分析。

2.注漿施工中異常狀況的處理思路

（1）串漿時，同時啟用多臺泵，同步注漿；除此之外，也可堵塞串漿孔，隔孔注漿。

（2）注漿壓力異常增加時，可能出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，此時隨即停機，檢查實際情況，采取可行的處理措施。

（3）進漿量在短時間內(nèi)異常增加、注漿壓力長期維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)（未按照要求提升）時，則對漿液的配合比、濃度做合理的調(diào)整，縮短凝膠時間，并轉(zhuǎn)變注漿施工方法，以小量低壓力注漿的方法為宜，或是采取間歇式注漿的方法，延長漿液在裂隙中的停留時間，使其凝膠。但需注意的是，漿液在裂隙中的停留時間不宜過長，即不可超過混合漿的凝膠時間。

四、結(jié)語

綜上所述，高速公路隧道施工環(huán)境復(fù)雜，潛在圍巖失穩(wěn)、變形等諸多隱患。在工程實踐中，需結(jié)合實際情況，采取行之有效的超前支護措施，提升圍巖的承載性能，保證圍巖的穩(wěn)定性。通過本文的分析，提出一些高速公路隧道超前支護施工技術(shù)要點，希望可作為同仁的參考。