高速公路隧道施工支护技术

李　钢

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西太原　030006)



高速公路隧道施工支护技术

李钢

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西太原030006)

摘要:结合长邯高速牛王垴隧道工程的水文地质条件，从初期支护、超前支护、洞身二次衬砌三方面，阐述了隧道施工的支护技术，介绍了施工中的操作要点及注意事项，为同类工程的施工积累了经验。

关键词:隧道，支护结构，锚杆，钢拱架，二次衬砌

1　工程概况

1．1工程概述

牛王垴隧道全长1 540 m，含明洞150 m，采用高速公路技术标准设计，计算行车速度80 km/h，路基顶宽16 m，设计车辆荷载为公路—Ⅰ级，主洞建筑限界净宽14 m，净高5 m。紧急停车带建筑限界净宽16．75 m，净高5 m。

1．2气象水文

项目区属暖温带湿润大陆性气候区，四季分明，冬长夏短，雨热同季。降水量年际变化大，秋季温和凉爽，冬季寒冷雪少。

1．3地形与地质

项目区位于山西省东南部，东连太行山脉，西连黎城、长治盆地。太行山区海拔为900 m～1 250 m，盆地区海拔为810 m～1 027 m。线路处于两个低山区、两个盆地区。

2　隧道支护施工技术

2．1初期支护

1)中空注浆锚杆施工。中空注浆锚杆直径25，长3．0 m～4．0 m，一般主要设在拱部范围，采用锚杆钻机钻孔，注浆泵注浆施工。

a．锚杆位置、锚杆方向。根据锚杆的环向及纵向间距要求定出孔位，并作出标记，采用锚杆钻机钻孔，钻孔要注意方向与围岩壁面以及岩层的主要结构面垂直。

b．钻孔及安装锚杆。成孔后及时检测孔深是否达到设计要求，孔深允许偏差为±50 mm，杆体插入锚杆孔应保持居中位置，锚杆杆体露出岩面的长度应不大于喷层厚度。

c．水泥净浆液。杆体钢筋保护层厚度不小于8 mm，注浆材料为水泥净浆液，水泥水灰比0．5∶1～1∶1，水泥为42．5普通硅酸盐水泥，注浆压力初压0．5 MPa～1 MPa，终压1．0 MPa，注浆顺序自拱两边向拱顶。

2)φ22药卷砂浆锚杆施工。锚杆施工工艺:先钻孔→再清孔，并在孔中填入锚固剂→最后杆体插入。施工时先用凿岩机按照设计要求钻凿孔眼，达到设计的标准后，先清除孔内的碎屑细岩，然后进行锚固，最后进行杆体插入，一定要将锚杆与钢筋网焊接为一个整体。锚杆抗拔试验要待锚固剂终凝后，按规范要求抽样进行。

3)钢筋网加工与安装。

a．为了防止钢筋网片锈蚀、污染，应在钢筋堆放现场搭建临时的遮雨棚，在堆放时钢筋下方应垫方木进行防潮。

b．钢筋网的加工应严格按照设计要求的尺寸，将钢筋焊接成200 mm×200 mm的钢筋网片。网格尺寸应保证在允许误差范围之内。

c．钢筋网的安装必须在系统锚杆施工质量验收合格后方可进行，安装时钢筋网与被支护岩面的间隙应控制在2 cm左右，锚杆与钢筋网采用铁丝绑扎或点焊，以保证钢筋网在喷射混凝土的时候不晃动。

4)工字钢架施工。先按设计尺寸将工字钢架加工成型备用，初喷混凝土之后将加工好的工字钢架拉入洞内进行安装，安装时钢架与定位的钢筋要焊接牢固。在钢拱架间应设纵向连接筋，钢架间用混凝土填平。

a．现场加工制作。先在洞外布置结构件加工厂，用C15混凝土硬化加工场地，按照设计要求的尺寸先放出大样再将工字钢架加工成型。工字钢冷弯成形要做到尺寸准确，弧形圆滑顺直，放样时应预留焊接收缩余量及加工余量。钢拱架加工好以后应进行试拼，由拱部、边墙及各单元钢构件拼装而成;沿隧道周边轮廓允许误差应控制在3 cm以内;各单元间用螺栓连接，栓孔中心间误差应控制在±0．5 cm以内;钢拱架平放时，平面翘曲控制在±2 cm以内。

b．钢拱架架设要求。钢拱架应放置于稳固的地基上，当地基不达要求时应在钢拱架基脚处设置槽钢以增加基底的承载力。钢拱架架设应垂直于隧道中心线，上下左右偏差应控制在±5 cm以内，钢拱架的倾斜度应小于±2°;回填应在拱脚标高符合要求后方可进行，为确保安全，钢拱架的安设应在开挖后2 h内完成。钢架之间用钢筋纵向连接，钢拱架与围岩之间留2 cm～3 cm保护层。钢拱架架设处若有锚杆时应尽量利用锚杆定位，没有锚杆时钢拱架架设前需打设定位系筋。系筋的一端与钢拱架焊接，另一端应锚入围岩中用砂浆锚固。钢拱架架立后应立即喷射混凝土，并将钢拱架包裹覆盖，使其共同受力来达到质量要求。钢拱架与锚杆焊接，并且设置纵向连接钢筋以确保其整体稳定性。

5)喷射混凝土。

a．喷前应用高压风或高压水清洗岩面，将附着在岩面上的粉尘、硝屑冲洗干净，以保证混凝土与岩面粘结牢固。若用高压水清洗会引起岩面软化时，只能用高压风清扫岩面杂物(视地质情况而定)。

b．喷锚支护分初喷和复喷两次进行。喷射混凝土需紧跟开挖面的时候，下一次爆破距喷射混凝土作业的完成时间间隔不应小于4 h。

c．喷射顺序一般采用先下后上，先墙后拱。先用高压水冲洗再进行，喷射混凝土终凝2 h后，喷水养护不少于7 d。

d．喷嘴移动轨迹应因地制宜，横条、竖条、圆圈等应交替使用，移动速度要慢，使混凝土“堆”起来，有了一定厚度再移开，然后逐块扩大其喷射范围。

2．2超前支护

1)明洞进暗洞部位设套拱，套拱采用4榀Ⅰ20b工字钢，纵向间距50 cm，用Φ22钢筋连接。管棚纵向长2 m厚70 cm，采用C30混凝土浇筑，预留变形量10 cm～15 cm，套拱内预埋φ127×4导向管，管棚外插角为1°～3°，管棚末端与超前小导管搭接长度不小于2 m。

2)洞身超前支护采用φ50×4超前小导管或φ25超前砂浆锚杆进行超前支护。a．钢管前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋，以满足小导管插入围岩。严格按照设计尺寸，间距保证在15 cm，沿着对角线钻φ8 mm注浆孔。b．超前小导管注浆，沿开挖外轮廓线向前以一定角度打入管壁带有小孔的导管，且以一定压力向管内压注起胶结作用的浆液，待其硬化后岩体得到预加固。c．注浆前应检查机械设备是否能正常运转，管路的连接是否正确，并对注浆机进行水压试验。d．注浆时的压力应控制在0．5 MPa～1．0 MPa，在注浆的过程中要随时观察并做好书面记录的项目有:注浆压力、注浆泵排浆量的变化，如有堵管、跑浆、漏浆的现象应及时采取措施。e．注浆采用一次升压法，从注浆开始要在最短时间内将压力升高至设计规定值，直到注浆结束。

2．3洞身二次衬砌

1)施工工艺流程。a．二次衬砌作业前，应检查围岩及初期支护的变形是否稳定，分析监控数据，直到位移率明显减缓、收敛值拱脚附近小于0．2 mm/d和拱顶下沉小于0．1 mm/d，位移值已达到总位移的80%时，方可进行二次混凝土衬砌。b．测量放样要在测量工程师和隧道工程师共同参与下进行。c．二次衬砌进行前，应先启动衬砌台车液压系统，使钢模准确定位，确保钢模衬砌台车的中线与隧道中心线一致后，方可进行衬砌施工。d．衬砌前应先清理基底杂物、浮碴和积水，按照设计要求安装好橡胶止水带，并对防水系统设置进行自检，合格后方可进行。e．灌注混凝土应在前道工序自检合格，并经监理工程师签字同意后方可进行。f．混凝土二次衬砌在强度达到设计强度的70%时，方可拆模;若二次衬砌处于受力状态，混凝土强度须达到设计强度100%时方可拆模。

2)二次衬砌。二次衬砌采用自行式、全断面液压钢模衬砌台车进行泵送混凝土灌注，衬砌台车长度约9 m。混凝土衬砌施工时，尽量采用两台输送泵对称灌注，这样既缩短衬砌时间，又能防止钢模台车跑偏。在衬砌混凝土接缝处必须进行凿毛处理。衬砌混凝土应由下至上、先墙后拱对称进行灌注，混凝土的自由倾落高度不超过2．0 m。在混凝土浇筑过程中，技术人员应勤观察模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的位移等情况，发现有变形、移位时，应及时采取措施。因故混凝土灌注作业受阻需停工时不得超过2 h，否则要按接缝处理。混凝土衬砌泵送灌注施工中辅以插入式振动棒捣固。挡头模板采用制式钢模，确保施工缝处混凝土质量。二次衬砌混凝土灌注后，混凝土强度达到8 MPa以上时，即可拆模，并进行养护。

3)混凝土仰拱的施工。为了确保支护结构的稳定性，施工时混凝土仰拱应及时进行施工，并使衬砌尽早闭合，从而达到整体受力。仰拱采用大模板，由中心向两侧对称进行施工。与侧墙连接处要捣固密实。仰拱的一次施工长度应控制在5 m左右，仰拱施工采用过梁形式，以保证掌子面开挖、支护正常进行。

3　结语

隧道是高速公路施工中重要的组成部分，支护技术在隧道施工中又占有举足轻重的地位，所以在隧道施工中要加强支护或早进行衬砌，洞内支护宜随挖随支护，随着隧道各部分开挖工作的推进，应及时进行衬砌或压浆，以确保隧道衬砌顺利进行。

参考文献:

［1］JTG F60—2009，公路隧道施工技术规范［S］．

［2］隧道施工安全操作规程［S］．

［3］隧道施工安全技术规程［S］．

［4］隧道施工通风规范［S］．

Concerning on highway tunnel construction support technologies

Li Gang
(Shanxi Highway＆Bridge 1st Engineering Co．，Ltd，Taiyuan 030006，China)

Abstract:Combining with hydrological conditions of Niuwangnao tunnel engineering on Chang-Han highway，starting from three aspects of preliminary support，advanced support and secondary tunnel lining，the paper describes tunnel construction support technologies，and introduces operation points and matters needing attention in construction，which has accumulated experience for similar engineering construction．

Key words:tunnel，support structure，anchor，steel arch，secondary lining

作者简介:李钢(1973-)，男，工程师

收稿日期:2015-10-25

文章编号:1009-6825(2016)01-0175-02

中图分类号:U455．7

文献标识码:A