高速公路隧道襯砌支護與排水施工技術

陳江濤

中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 710075

某工程中涉及的隧道屬于貴州都香第T15合同段重點控制工程，左線、右線分別長866m和872m。該隧道基巖以凝灰質粉砂巖和凝灰巖為主，質地堅硬，且處于陡坡之上，位于低丘陵坡麓。從隧道的地質環境來看，巖體不完整、風化嚴重，導致地質呈現沙土狀。此次工程利用了新奧法和復合式襯砌，因此，為了保證施工質量，在施工中要注意排水處理以及襯砌施工。

1 工程地質

在基巖中，兩組結構面的具體情況如下：①節理產狀155°∠56°，密度為1條/m；②假流紋構造產狀345°∠30°。在該隧道出口是由硬塑狀含碎石粉質黏土組成的崩坡積體，有2.7～8.1m厚。

隧道的構造裂縫以及破碎帶中儲存了大量因為降雨積蓄的地下水，而且設計中3條斷層破碎帶即F7、F7A、F8均是在水文的影響之下產生的。隧道建造在四季分明、氣候溫暖但降水充沛的地域，該區域易受季風以及臺風的影響。隧道出口圍巖大多為V級，襯砌厚45cm，C20噴錨25cm厚，而C30防水混凝土則全部用在二襯上。

2 超前（初期）支護

利用預留核心土的方法對隧道出口展開施工，支護則需要利用超前小導管注漿以及U25型鋼支撐，C20混凝土噴厚25cm。

2.1 開挖前支護

一般利用大約長4.5m的φ42mm×4mm熱軋無縫鋼管制成超前小導管，同時要保證其前端是扁尖形，約有40cm的間距。溢漿孔的直徑為φ10mm，布置成梅花形狀，且不能設置在距孔口端100cm的地方。小導管以2根/m的間距環向設置，巖層需要在輪廓線外大約5°～10°插腳打入。鉆孔采用Y28型風鉆，小導管在沖擊錘的幫助下深入預計深度，之后便可以清理孔內雜物。

上述工序完成之后，需要封堵導管口端，此時需要利用速凝塑膠泥，同時需要封閉掌子面初噴混凝土進行封閉，噴厚5cm。噴射結束后，待混凝土強度符合要求，就可以利用30號水泥漿進行注漿。此時初壓維持在0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa，注漿水中需要讓水玻璃濃度保持在40°Bé，模數保持在2.4，而水泥漿水灰比為1∶1，水泥漿和水玻璃體積比為1∶0.5。破碎圍巖自身的作用力會隨著水泥漿強度的增大而增大，此時圍巖便會達到穩定狀態。

2.2 開挖后支護

（1）材料選定。該工程所利用的水泥為普通硅酸鹽水泥，類型為貴州豪龍P·032.5R，細料選擇中粗砂，粗骨料則選取5～15mm碎石，產自該標段自建采料場，且出場時粗集料應水洗干凈。為了讓工程效果達到最佳水平，需要選取水泥量在1.5%，水灰比為0.45的UNF-2A混凝土速凝劑，產自貴州（貴陽）科健。

（2）初噴混凝土。為了提高錨噴支護的質量，需使用濕噴技術，該技術具有混凝土均勻性好、彈率小以及粉塵小的優點。該工序需要注意以下幾點：①清理巖壁面，在高壓水或者高壓風的幫助下清理粉塵及其他雜物；②噴射過程中快速處理松動的石塊；③噴射時要注意按照從上到下的順序，分段、分片進行，每段長度不能超過5m；④根據設計厚度和位置共同確定噴射厚度，初次噴射≥5cm；⑤巖面偏角和噴頭噴射的方向不能超過10°，一般噴面和噴頭需要距離0.6～1.0m，噴射時，噴頭要以螺旋式緩慢進行；⑥為了讓噴射更加順利，需要分層噴射，前一層終凝后再噴下一層，但是該過程中如果表面已經有粉塵，需要進行清潔；如果遇到巖石表面不平整的現象，需要在初噴時就整理平整。

（3）設置錨桿及掛網。所用錨桿為長4.5m，φ25×5mm的中空注漿錨桿，按照輪廓線環向進行布置，間距需在0.75m。完成鉆眼后就可以進行清孔工作，用水浸濕錨固劑之后將其迅速塞入鉆孔中，填充到孔深2/3時，就可以利用手風槍送錨桿充分入內，再注入水泥砂漿。錨桿漏到外部的長度不能超過10cm。為了讓錨桿和網片更加牢固地焊接在一起，所選用的網片是A6定型鋼筋焊接網，尺寸為10cm×10cm。

（4）安裝U型鋼支撐。U25選用A3型或15錳鋼現場或工廠彎制。φ25mm螺紋鋼、φ14mm螺紋鋼分別用于鋼格柵和腹筋，而φ10mm鋼筋則用于箍筋。鋼格柵之間的間距為0.5m，且斷面大小為20cm×20cm。鋼支撐架要本著以下三個原則，即嚴格控制拱頂、嚴格控制拱腳以及嚴格控制中線到兩拱腳的距離鋪設鋼支撐架，使上下臺階鋼支撐緊密連接。為了讓連接板受力面積更大，可以將25cm×25cm×5cm的木板墊在拱腳處，同時將4個φ22mm鎖腳錨桿安裝在拱腳上。

鋼架和圍巖之間的縫隙在20～30cm時，留該縫隙作為混凝土保護層；如果間距過大，則需要用混凝土墊塊，而對其間距進行回填時C30模筑混凝土為最佳選擇。鋼架的位置應始終與隧道中線垂直，不能有20°以上的傾斜。之后就可以同樣的工序對錨桿、網片、鋼格柵進行復噴。分層噴射時，每次約有10min的間隔，噴射厚度約為6cm[1]。

3 防排水

隧道內部積水產生的原因復雜，需要秉著排優先，防、堵、截為輔的方法進行綜合治理。

3.1 洞內防排水

（1）隧道開挖后排水。開挖隧道時，需要先噴5cm的混凝土。在出現漏水的裂縫處以及擬設Yas半圓管處，利用M10砂漿將其抹平。具體操作如下：需要提前鉆設深1m的排水孔，且間距約為40～50cm，在其上利用鋼射釘將Yas半圓管固定好，并噴射速凝混凝土，約2cm厚即可。

Yas半圓管出水端接到集水槽，其依照長度可以分為兩種：①Yas半圓管的數量在1～2根或者3～4根時，集水槽長度為40cm和60cm；②Yas半圓管數量＞4根時，需要另外設置集水槽，且2個集水槽之間的距離≥2m。之后便可以再次分層噴射混凝土，直到混凝土厚度符合規范要求。其余各層發生滲漏時，也需要利用Yas半圓管將集水槽內的水排入隧道中央排水溝。Yas管節布置大樣圖如圖1所示。

圖1 Yas管節布置大樣圖

（2）復合式襯砌中間鋪設防水層。隧道設計為封閉式防水。對二襯澆筑混凝土前，先要將E-VA防水卷材鋪設好，焊接時應控制好熱合機的溫度和焊接速度，以防止出現漏焊、過焊情況。在開始前，先試驗接頭的水密性，當將水壓設置為0.2MPa，24h內無滲漏時，說明水密性較強。經試驗，當防水卷材水平向滲透系數為20kPa時，該卷材的水平向滲透系數最小值為0.28cm/s；而在100kPa時，滲透系數的最小值為0.12cm/s[2]。

無紡土工布的橫向拉伸率最小為55%，而單位面積質量為400g/m2。施工時為了確保防水卷材不被雜物損害，需要先清理支護表面的噴射混凝土尖角、鋼筋頭及錨桿頭。需要按照拱頂、邊墻的順序鋪設防水卷材，松弛率在環向和縱向上均有不同，分別為10%～15%、5%～8%。對于二次襯砌混凝土澆筑過程中出現的沉降縫、工作縫及伸縮縫，需要利用止水帶、雙層式背貼式止水帶和環向橡膠止水條進行防水處理。

（3）防水混凝土提高抗滲能力。隧道二次襯砌混凝土所需強度是C30，而抗滲則是S10，因此需要注重混凝土的配置工作，水泥需要P·042.5膨脹水泥（產地為貴州豪龍），水泥用量為1%，在實際施工時要充分振搗、拌和。

（4）隧道路面排水。采用中央排水的方式，需先將φ300mm鋼筋混凝土管埋在隧道中央，每個中央暗井以間距25m進行設置，橫向用φ100mm HDPE雙壁波紋管與二襯兩側拱腳φ100mm HDPE打孔波紋管通過三通相連接。另外，利用路緣排水溝將路面面層流水引導至洞外。

3.2 洞外排水

結合隧道出口段自身的水文詳情，為了讓地表水流入其他河道，需要把截水溝安裝在距離隧道頂大約50m的地方。除此之外，還需將天溝安裝在離洞口大約5m的地方。如果截水溝無法充分發揮作用，天溝便可起到輔助作用。為了避免截水溝和天溝出現滲漏現象，采取的塊石是M10漿砌片，而且需要在其下方鋪設防水材料。該工序可以防止洞外水向洞內流去，使排水系統更加完善[3]。

4 結束語

綜上所述，在隧道出口處，水平層面易破碎，容易發生積水，而且圍巖節理發育。為了保證施工順利進行，需要利用錨噴網、超前小導管注漿、U型鋼支撐等支護技術，時刻以“管超前，嚴注漿，強支護，重防排水，早封閉”為原則。從現階段隧道治水的效果來看，該方案具有多方面的優點，值得被推廣使用。