高速公路隧道建設中的超前支護施工技術

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容，采用到超前支護施工技術，包含大管棚支護和超前小導管支護兩種方式，共同創設安全的施工環境。

二、超前長管棚施工技術分析

超前長管棚材料選用的是Φ108×6mm熱扎無縫鋼管，按照40cm的環向間距有序設置。在明洞襯砌外設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，鉆孔方向適當向上偏1～3°。

1.測量放樣。以設計圖紙為準，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，用于控制導向管的外插角，使該值穩定在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，為保證連接的穩定性，焊縫長度至少為5d。考慮到鉆孔和注漿的便捷性要求，在明洞開挖環節預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。

3.鉆進成孔。按從左至右的順序對導向管編號，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，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1號孔，再鉆右側51號孔，在此過程中同步對已鉆進成型的1號孔注漿；隨后，鉆左側的2號孔，期間對右側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落實到位。巖層條件較好時，一次成孔。因地質條件欠佳或是施工方法不當等原因而坍孔、卡鉆時，先根據實際情況補注漿，再繼續鉆進。

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

5.管棚的制作與安裝。根據設計要求，在加工場分節制作管棚，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號，無孔注漿管為偶數號。管棚安裝時注重對順序的控制，先將奇數號的注漿管安裝到位，再進一步安裝剩余的管道（偶數號）。

6.注漿。注漿設備為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，后續適當提升壓力，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，及時清除管內漿體，以免凝固，并用M30號水泥砂漿填充密實。

注漿施工環境復雜，可能出現異常狀況，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參數做靈活的調整，避免跑漿。若注漿壓力異常升高，則只注純水泥漿或清水。若有堵管現象，開啟孔口泄壓閥，將孔口進漿閥關閉，停機后，查明具體原因并處理。巖土對管壁產生較大阻力時，前段可采用φ125mm鉆頭，后段則轉為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擋圈，同時用膠泥麻筋箍成楔形，經過相關處理后，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、超前小導管注漿施工技術分析

根據隧道洞口Ⅴ級圍巖段的地質特點，確定與之相適應的注漿施工方法，即超前小導管注漿支護。通過漿液的注入，改善圍巖的力學性能，保證圍巖的穩定性，同時封堵地下水，規避水損害問題。加之鋼架支護結構的聯合應用，共同構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），管口預留1m作為止漿段；注重對小鋼管兩端的處理，將前端加工成錐形，在尾端設加勁箍；用鑿巖機鉆孔，由施工人員將加工成型的小鋼管打入孔內，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：作業設備采用的是風洞鑿巖機，在預設的點位處鉆進成孔；鉆孔后，向孔內注入高壓風，有效清理堆積在孔內的巖粉等雜物，將孔內沉渣量控制在合理范圍內。

（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備是否異常，隨后再壓水試驗，此舉可沖洗巖石裂隙內的雜物，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。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，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，避免注漿管路或泵體遭堵塞。

（5）注漿：注漿設備采用的是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容，首先啟用注漿泵，待該設備維持正常運行狀態后，關閉泵口閥門，暫停泵的運行，由專員結合實際情況旋轉壓力調節旋鈕，準確調節油壓（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，對應的泵壓應有所提升。

（6）注漿結束標準：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，方可結束注漿作業。以單管設計注漿量為標準，若實測注漿壓力達到終壓值且穩壓時間維持20min及以上，盡管此時的進漿量不達標，也依然可結束注漿作業。

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

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

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，可能出現堵管現象，此時隨即停機，檢查實際情況，采取可行的處理措施。

（3）進漿量在短時間內異常增加、注漿壓力長期維持相對穩定的狀態（未按照要求提升）時，則對漿液的配合比、濃度做合理的調整，縮短凝膠時間，并轉變注漿施工方法，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、結語

綜上所述，高速公路隧道施工環境復雜，潛在圍巖失穩、變形等諸多隱患。在工程實踐中，需結合實際情況，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要點，希望可作為同仁的參考。