高速公路隧道工程中的超前支護施工工藝

張 磊

(中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

元綠高速公路全長57.9 km，設計速度80 km/h，第六標段長9 980 m，主要含特長隧道1座(阿扎河1號隧道：9 885 m)、涵洞2座(2—8×6 m鋼筋混凝土箱涵59.01 m，1—3×2 m鋼筋混凝土蓋板涵67.99 m)，其中隧道超前支護施工采用超前大管棚+注漿小導管工藝。

2 超前支護技術優勢

1)將圍巖松動程度控制在合理范圍內，有效地降低了垮塌事故發生的概率。具體來說，超前支護技術使用大管棚支護在隧道內部施工，以構成一個圍繞隧洞輪廓的殼狀結構，從而在梁拱效應作用下，有效支撐起前方與后方圍巖。

2)降低爆破對圍巖造成的沖擊。一般來說，采用超前支護技術(如新奧法等)來實施隧道掘進施工時候，其在爆破后所造成的沖擊波與氣體可以被所應用的管棚材料形成的密集環形孔槽有效吸收，進而降低了爆破作業的干擾性[1]。

3)能夠保證隧道開挖與掘進的安全性。一般來說，隧道施工都會具有大支護剛度特點，若出現塌方情況則會造成很大損失。針對這一情況，使用管棚不僅能夠在發生塌方時起到一定緩沖支撐作用，而且有效確保了隧道施工作業的安全性。

3 超前大管棚支護

本項目在選擇超前長管棚時，采用的是環向間距42 cm的φ108×6 mm熱軋無縫鋼管。另外，為進一步確保鉆孔方向準確性，需于明洞襯砌外位置安裝鋼架混凝土套拱(厚度為72 cm、強度為C30、縱向長2 m)。

3.1 測量并定位鋼拱架

在該施工環節中，需在施工前確定的位置包括：①縱向中軸線；②拱架腳高程；③三榀拱架縱向間距。

在上述基礎上，可選用坐標法來測量并定位導向管位置：①確定導向管平面位置后，按照42 cm環距來將其定位于工字鋼架外輪廓線上；②使用坡度板與水準尺來確定導向管傾角，并運用差距法來確認導向管外插角(一般為1°～3°)。

3.2 套拱施工

明洞段上臺階開挖完成后及時清理洞口仰坡危石，對邊仰坡按設計要求進行錨噴支護，然后開展混凝土套拱施工。C30鋼架混凝土套拱厚72 cm、縱向長2 m，內埋設四榀I20b工字鋼，每榀間距52 cm。混凝土套拱和導向管安裝時精確測量定位，使鋼管位置和方向準確無誤。φ14 mm固定鋼筋與φ133 mm孔口管、I20b工字鋼進行焊接，焊縫長度不小于5 d(d為鋼筋直徑)，沒有孔口管部分的鋼拱架采用φ22 mm縱向連接鋼筋進行連接，連接鋼筋環向間距102 cm。為便于鉆機鉆孔、注漿作業，在明洞開挖時預留平臺，作為管棚及套拱施工的作業平臺，以滿足工作高度需要。

3.3 鉆 孔

1)鉆孔前先對預埋的導向管進行編號，從左到右，共51個編號，從下往上采用鉆機鉆孔，從導向管鉆進，開孔時低速底壓。

2)利用全站儀有效控制鉆孔質量，保證終孔偏斜率在1/2 000以內和孔向正確，每鉆完一孔即頂進一根鋼管，注一孔漿(有孔鋼管)。

3)在鉆進過程中，為了確保鉆孔深度能夠符合設計要求，需常規性檢查鋼管鉆機偏斜度是否正確，若出現超過設計偏差情況則必須立即糾正。

4)左側1號孔鉆孔完畢，鉆機調至右側鉆51號孔，同時1號孔注漿，51號孔鉆眼完畢，鉆機調至左側鉆2號孔，同時右側孔注漿，依次進行。

3.4 清 孔

為了確保鉆孔的孔徑和孔深能夠與設計要求相符，從而為后續施工提高有力保障，需使用地質巖芯鉆桿配合鉆頭來反復掃孔。與此同時，要及時清理干凈浮渣，以防止出現堵孔現象。

3.5 管棚制作、安裝

1)長管棚在加工場內分節加工，鋼管接頭用長15 cm的絲扣直接對口連接。奇數號孔為有孔注漿管，偶數號為無孔注漿管，各鉆孔均應做好記錄。

2)無孔鋼花管可作為檢查孔注漿質量，在每鉆完一孔后便頂進一根長鋼管。第一節鋼管前端加工成錐形，采用鉆機頂進，現場接管。

3.6 注 漿

1)注漿采用水泥漿液(添加水泥漿液體積5%的水玻璃或水泥砂漿；注漿參數為水泥漿水灰比1∶1；注漿壓力初壓1.0 MPa、終壓2.0～2.5 MPa)。

2)本項目在高壓注漿時，為了同時控制好注漿壓力與質量，要在注漿完成后及時清除管內遺留漿體，并充填進M30號水泥砂漿來加以密實。

3.7 特殊情況處理

1)當注漿時出現小裂漿狀況，可將水泥浸泡過麻絲填塞裂隙后，以調整注漿材料漿液配比、縮短凝膠時間等方式來處理跑漿。若注漿過程出現壓力瞬間升高現象，僅需注入水泥漿或清水即可[2]。

2)當鉆進過程出現特殊情況時，若巖土對管壁阻力較大，可分別采用φ125 mm和φ120 mm鉆頭來對前段與后段進行鉆孔，從而更好地為后續鋼管頂入施工提供便利性；若出現鉆進難以成孔情況時，要具體問題具體分析，但必須避免對松散軟弱土層使用注漿加固或加長芯管方式來完成成孔或處理塌孔；若遇到不可鉆進的大孤石，則需使用高壓風，不可以將其擊碎。

3)為了更有利于在便鋼管頂進孔后的外壁與孔巖壁間隙堵塞更具有嚴密性，鋼管末端部焊設擋圈并用膠泥麻筋箍成楔形。圖1為超前大管棚的具體布置圖。

圖1 超前大管棚

4 超前小導管注漿施工工藝

4.1 施工要點

一般情況下，為了改善隧道施工圍巖周圍的力學性能，從而達到加固與堵住地下水效果，可使用超前小導管注漿支護技術；此外，還可以結合鋼架支護技術來共同構成棚架式支護體系，從而進一步保障隧道施工過程中軟弱圍巖領域的安全性和穩定性。本項目中，施工要點如下。

1)在施工現場使用小鋼管加工，并在鑿巖機鉆孔完成后，采用人工方式來將小鋼管打入孔內；與此同時，要通過注漿泵來注入水泥漿。

2)在材料選擇上，本項目選擇了外徑φ50 mm、壁厚5 mm、長度5.0 m的小導管(鋼花管)；在設置安裝位置時，以15 cm間距梅花形、φ8 mm標準鉆設壓漿孔，管口預留1 m止漿段。

4.2 主要施工工藝

1)布孔：為了在測量布孔時候能夠更精確，必須要在鉆孔開始前先使用噴射混凝土來使掌子面處于密封性，從而防止出現漏漿情況。另外，要在設計孔位置的點上做好標記。

2)鉆眼：在該過程中，本項目選擇了風動鑿巖機為鉆孔設備，并在完成鉆孔后使用了高壓風管與掏勺，目的是排除可能造成堵塞的孔內砂石。

3)封口、試泵：由于該工序需要有一定的精確性，因此本項目采取了人工推送鋼管入孔方式，并用麻絲和錨固劑對孔口進行了封堵操作。完成該預備施工后，需旋上孔口閥并連接注漿管路。

4)在注漿前，要先進行20 min左右測試來保障注漿系統運轉的流暢性。具體來說，就是使用注漿泵來檢查是否存在漏水或設備失靈等狀況，確認無問題后再進行壓水試驗，即通過對巖石裂隙進行沖洗來將漿液通路擴大化，以進一步提高所填充漿液密實性，從而更精確地得出關于巖石滲透性相關參數[3]。圖2為小導管加工圖。

圖2 小導管加工圖

5)漿液配制：漿液采用C30水泥漿，用臥式攪拌機拌和。在注漿前通過試驗合理確定漿液配比、注漿壓力等注漿參數。漿液配比選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液擴散半徑，現場通過試驗確定。配制漿液時注意加料順序和速度，防止漿液結塊。漿液應隨配隨用，用多少配多少以免造成浪費。配制好的漿液需經過濾后方可進入泵體，以防雜物堵塞管路或泵體。

6)注漿施工：采用UB-3型注漿泵注漿。清孔后按由下至上的順序施工，漿液先稀后濃，如遇串漿或跑漿則隔孔灌壓。

7)注漿壓力控制：注漿壓力按分級升壓法控制，由注漿泵油壓控制調節。具體調法是：啟動注漿泵，正常運轉后關閉泵口閥門，泵停止運轉后旋轉壓力調解旋扭，將油壓調在要求的油壓刻度值上。隨著注漿阻力的增大，泵壓隨之增高，當達到調定值時自動停泵。

8)結束標準：采用終壓和注漿量雙控制。一般以單管設計注漿量為標準，當注漿壓力達到設計終壓不小于20 min，進漿量仍達不到設計標準時也可結束注漿[4-6]。

9)清洗注漿系統：達到結束標準后停止注漿，隨即卸下注漿混合器及注漿系統，并用清水清洗干凈，以保證下次注漿順利進行。施工中要加強勞動保護，防止漿液沾染人體。

10)效果檢查：開挖檢查漿液滲透及固結狀況，據壓力漿量曲線分析判斷，沒達到設計要求時須補注處理。

5 結束語

高速公路隧道工程是一項歷時周期長、施工復雜的工程。必須從具體的地質狀況出發，利用穩固、安全的超前支護途徑，這樣才能使隧道工程質量有所保障。本文全方位探究了高速公路隧道工程中的超前支護施工工藝，以期為類似工程提供有效借鑒。

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