隧道初期支護工程的施工技術探討

官則淞

（廈門中平工程監理咨詢有限公司）

隧道作為交通和基礎設施建設的重要組成部分，承載著人們出行和貨物運輸需求。隧道通常處于地下，承受來自周圍土體和水的壓力，以及地震和其他自然災害的影響。因此隧道的結構安全和穩定性是至關重要的。

1 隧道初期支護工程概述

1.1 隧道初期支護的定義和重要性

隧道初期支護是為了在隧道開挖后圍巖穩定能力不足時，通過施加支護措施使其進入穩定狀態。它的重要性在于增加隧道的承載能力，降低圍巖突變風險，并提供良好的行車和通行條件，確保隧道的結構安全和穩定性[1]。初期支護工程通過設置鋼支撐、混凝土襯砌、巖體錨固等措施，增加隧道的承載能力，防止巖石破裂和塌方，減少地表沉降和拱頂下沉風險。同時，它為車輛安全通行提供良好條件，便于維護和修復工作進行。

1.2 初期支護的分類

根據現場圍巖情況，可以采用不同形式的初期支護結構。一般使用錨桿和噴射砼進行支護，可輔以鋼纖維噴射砼、鋼筋網、鋼架或輔助施工措施如超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地面砂漿錨桿、超前小導管注漿等。圍巖級別II、III 一般采用噴射混凝土進行封閉，IV、V 級則采用由噴射混凝土、錨桿和鋼架組成的錨噴網結構作為主要承載結構。初期支護結構應具備適應上述作用的構造力學特性，并具備施工可行性。

2 隧道初期支護施工技術管控

2.1 隧道初期支護工藝流程

隧道初期支護工藝流程如圖1所示。

圖1 隧道初期支護工藝流程

2.2 隧道初期支護結構的施工技術和要點的管控

⑴初期支護需及時，保圍巖穩定和施工安全，施工作業臺架要牢固可靠并設安全圍欄。

⑵當掌子面自穩能力差時，應采取增加輔助工程措施或改變開挖方法等措施。

⑶軟弱圍巖地段施工應堅持“先支護、后開挖、快封閉、勤量測”的施工原則，初期支護緊跟掌子面。Ⅳ～Ⅵ級圍巖初期支護應保證盡早封閉成環。

⑷隧道支護宜根據現場監控量測結果，分析施工中的各種信息，及時調整支護措施和支護參數。

⑸系統錨桿鉆孔方向應為設計開挖輪廓法線方向，垂直偏差不宜大于20°。

⑹在淺埋、嚴重偏壓、自穩性差的地段以及大面積淋水或涌水地段施工時，應按設計采用穩定地層和處理涌水的輔助工程措施。

⑺鋼筋網應隨受噴巖面起伏鋪設，與初噴混凝土面的最大間隙不宜大于50mm，不宜將鋼筋預焊成片后鋪掛。

⑻鋼架與圍巖緊密貼合支護效果好。當實際開挖輪廓較設計大時，鋼架內輪廓可根據實際調整，但不得小于設計半徑。

⑼控制好混凝土的配合比和噴射工藝，保證噴射混凝土的均勻性和強度，注意噴射參數的調整，由下至上進行，鋼架背后與圍巖之間的空隙不得填塞雜物，應噴密實。保證噴射混凝土的質量和厚度。噴射混凝土應將鋼架包裹、覆蓋。

2.3 隧道施工監控量測預報對支護施工的影響

隧道監控量測工作程序如圖2 所示，監控量測的主要目的是掌握圍巖和支護工作狀態、判斷圍巖穩定性、支護結構的合理性和隧道整體安全性，確定二次襯砌合理的施作時間，為在施工中調整圍巖級別、變更設計方案及參數、優化施工方案及為施工工藝提供依據，直接為設計和施工管理服務。同時也確保隧道施工及運營安全與經濟[2]。

圖2 隧道監控量測工作程序

監測拱頂的變形和位移情況，及時發現拱頂變形過大的情況，防止發生崩落。監測鋼支撐的應力情況，確保支護結構的穩定性和安全性。對混凝土進行抽樣檢測，確定其強度，確保混凝土的質量滿足設計要求[3]。現場監測與數據分析的目的是為了及時發現問題，及時采取措施解決問題，確保隧道初期支護工程的安全穩定和質量可控，為施工管理和決策提供科學依據，保障隧道工程的順利進行[4]。

3 工程項目實例分析

3.1 大磨山隧道概況

大磨山隧道為長隧道，跨廈門與漳州市境，全長1461.733m，隧道洞身大部分位于碎塊狀強風化凝灰巖中，局部位于中風化凝灰巖。洞頂土層為坡殘積粘土、碎石層、土狀強風化凝灰巖、碎塊狀強風化凝灰巖。其中大磨山隧道與F1、F3 兩條斷層破碎帶交叉，整個隧道IV、V地質情況與設計地勘情況相符，但III及圍巖差距較大，施工過程中采用的初期支護方法為：

隧道Ⅴ級圍巖支護采用錨桿、噴混凝土、鋼筋網、鋼拱架相結合。

隧道Ⅳ級圍巖支護采用錨桿、噴混凝土、鋼筋網、鋼拱架相結合。

隧道III 級圍巖支護采用錨桿、噴混凝土、鋼筋網相結合。

大磨山隧道地下水不豐富，施工過程未出現較大的水量變化，施工過程未出現突泥涌水等突發狀況，開挖支護嚴格按設計進行。施工過程中地表、洞內等監測無異常情況，安全、質量措施到位[5]。

3.2 大磨山隧道施工期間的安全和質量控制措施

⑴每循環開挖進尺嚴格按設計及規范要求進行，Ⅴ級圍巖采用中隔壁法開挖時，各部開挖進尺不應大于1榀鋼架間距；采用上下臺階法開挖時，各臺階開挖進尺不應大于1 榀鋼架間距。Ⅳ級圍巖采用上下臺階法開挖時，各臺階開挖進尺不應大于2 榀鋼架間距。Ⅲ級圍巖采用全斷面法、上下臺階法開挖時，開挖進尺不應大于3m。

⑵下斷面跳槽開挖，初期支護雙側交錯落底，避免上半斷面兩側拱腳同時懸空，單側每次落底長度視圍巖情況而定，一般不大于3榀拱架間距[6]。

⑶工序變化處之鋼架應設鎖腳鋼管，以確保鋼架基礎穩定。

⑷鋼架之間縱向連接鋼筋應及時施作并連接牢固。

⑸鋼支撐應分節段安裝，連接鋼板平面應與鋼架軸線垂直，鋼板連接緊密。

⑹鋼架立起后，校正位置、定位固定，并用縱向連接筋將相鄰鋼架連接牢靠。鋼架安裝時應垂直于隧道中線，豎向不傾斜、平面不錯位、不扭曲。上、下、左、右允許偏差±50mm，鋼架傾斜度應小于2°。

⑺噴射支護前撬去表面松土和欠挖部分，用高壓風清除雜物。

⑻施工期間的安全措施包括施工現場的安全保障、作業人員的安全培訓、施工設備的安全操作和緊急救援等。質量控制包括材料的質量檢驗、施工工藝的控制、施工過程的記錄和監測等。

⑼同時，還需要進行定期的施工質量評估和檢查，及時發現和解決問題，確保施工質量。

3.3 大磨山隧道現場監測與數據分析

為了及時掌握固巖的穩定性和臨時支護的力學動態，項目實施過程有專業的第三方監測機構對超前地質預報及初期支護和臨時支護的位移、應力等進行監控量測，及時反饋量測信息，并堅持以量測信息指導施工，為調整支護參數和施工組織提供依據。每天第三方監測機構根據方案布設點位采集監控量測數據后，及時進行處理，結合施工工況綜合分析圍巖和支護的工作狀態，對工程安全性進行評價，并提出相應工程對策和建議。

4 成果評價與經驗總結

4.1 隧道初期支護工程的成果與效果評價

通過監測數據和分析，評價隧道初期支護結構的穩定性。檢查承載能力和穩定性是否符合設計要求，判斷安全性和可靠性。評估施工工藝和質量，檢驗工程的優劣。通過趨勢、波動和相關性分析，了解工程變化和問題解決措施的有效性。評估成本、工期和資源利用效率，判斷經濟可行性和效益。分析車流量、速度和事故率等數據，評估支護工程對交通效果和服務功能的改善。

4.2 隧道初期支護工程中取得的經驗和教訓總結

為避免沖突和浪費，提高施工效率和質量，建議優化施工順序，監控施工參數，并選擇適合地質條件的可靠材料。同時，加強安全教育和培訓，提高施工人員安全意識和技能水平。推動技術創新和工藝改進，引入新材料、設備和施工技術，提高工程效率、質量和安全。

4.3 隧道初期支護施工技術的優化和改進建議

隨著科技和實踐的發展，隧道初期支護技術不斷進步。引入新材料和技術，如新型鋼材和聚合物，減輕自重、增加剛度；采用新的錨桿和噴射混凝土技術，提高效率和結構穩定性；加強信息化管理，科學化施工數據采集、監測和分析；推廣機械化施工，提高效率和安全性。加強人才培養和技術交流，促進創新和應用。通過優化和改進，提高效率、降低成本，提升質量和安全，推動隧道工程發展，為未來提供可持續解決方案。

5 結語

5.1 研究工作的貢獻和局限性

本次研究主要從隧道初期支護工程概述、施工技術管控、成果評價與經驗總結等方面進行了探討和闡述。通過對隧道支護的定義和重要性、隧道支護方法的選擇與比較以及隧道支護工藝流程等內容的介紹，大致了解了隧道支護工程的基本情況和相關技術。同時，對現場監測與數據分析、成果評價與經驗總結提供了一些指導和建議。然而，本次研究的局限性在于對每個方面的詳細討論還不夠深入，還有一些細節和具體操作的內容未能充分涉及。

5.2 對未來隧道初期支護工程施工技術的展望

隨著科技進步，自動化和機械化施工將廣泛應用，減少人力投入，提高效率。信息化技術推動施工管理和決策智能化，實現精確監控和數據分析。新材料和技術提供多種解決方案，如輕型復合材料和3D 打印構件，提升初期支護結構強度和耐久性。注重節能減排和資源循環利用，降低環境影響。人工智能和大數據應用促進施工智能化和優化，通過數據分析和模型預測實現精準施工管理和質量控制。