高速公路隧道施工支护技术措施研究

陈德才

（龙岩百通工程技术有限公司，福建龙岩364000）

0 引言

高速公路建设是现代社会交通建设过程中的一项重要内容，高速公路具有十分广泛的覆盖范围，对比普通公路，在建设过程中会有许多障碍存在，其中山体障碍最为严重。通过充分研究高速公路隧道施工技术，对施工质量控制方法的采用具有重要意义。

1 高速公路隧道施工特点

首先，在隧道施工过程中，存在许多不可预见的风险因素。由于地质地层条件十分复杂，应用超前预测技术具有较大难度，进而导致隧道施工有着许多不可避免的风险因素。例如，在隧道施工过程中，容易有坍塌、涌水以及突泥等安全事故发生，这都是由于不可预见性风险因素所导致的。

其次，隧道施工具有较大难度。隧道施工与路面施工不同，其施工环境相对比较恶劣，而且施工空间比较有限，因此对施工人员的技术操作水平具有较高要求。同时由于有许多风险因素存在，进而导致隧道施工难度有所增加。

最后，对于隧道施工而言，其具有许多隐蔽性工程。隧道施工的各项环节具有紧密连接，如果某项环节出现问题，将会对后续施工产生影响。但由于一些环节具有较强的隐蔽性，进而导致施工管理和质量控制等工作难度有所增加，无法使相关隐蔽性工程要求得到有效满足[1]。

2 高速公路隧道支护施工技术措施

2.1 大管棚和超前小导管注浆的工程实例应用

某高速公路隧道工程，双洞四车道，全长1180m，单洞净宽10.5m，净高7.05m，纵坡度为1.89%。左、右两侧进洞口段30m 为V 类软岩，岩体裂隙发育，属浅埋段；表层为砂性土，下层为强风化岩，洞身两侧山体陡峭、植被茂密，且地下水较丰富，围岩开挖后易坍塌，施工时采用大管棚超前支护，辅以小导管超前注浆的方式进洞，并设置防、排、截水设施。

2.1.1 大管棚支护技术设计

（1）管棚套工字钢支撑施工。通过对隧道开挖断面位置的高度和宽度进行测量，可以采取弯曲冷加工方式，按照T 字钢弧段设计原则有效对工字钢进行加工。

（2）大管棚设计参数。在对大管棚进行设计时，管棚长度设计为41m（实际长度30m+搭接5m+超前支护5m+管棚外露段1m 帽檐）。管棚按两环设计，第一环22m，第二环19m。环向间距设计为35cm，管棚导管外插角度需要大于1o。热轧无缝钢管外径为φ 127mm，壁厚为4.5mm，纵向搭接采用厚壁管箍，同时在管壁四周钻取压浆孔，直径控制在φ20mm，孔间距300mm，按照梅花状进行分布，尾部留1.5m 不开孔作为止浆段。钢管内增设φ50mm 无孔钢管，提高大管棚的强度和刚度。注浆小导管φ50mm，长5m，无缝钢管，在管棚之间均匀布置，两根钢管之间布设一根，外插角为10o，两排小导管的搭接长度不小于1.5m。

2.1.2 注浆参数设计

对以下四个参数进行设置，首先灌注浆液选择，通常采用水泥灌注浆，当地下水资源丰富时，可采用水泥玻璃双浆液。其次，对于水泥浆和水灰的重量比，设计为1∶1，注浆压力设置为2.0～2.5MPa。再次，需要对注浆的扩散半径进行设置，确保其超过0.5m。最后，需要对注浆量进行设置，通过现场注浆试验的开展，对注浆参数进行合理调整，然后结合实际情况开展注浆操作。

3 大管棚支护施工要点

3.1 套拱施工

为了使钻孔方向得到保证，在进洞位置拱部开挖外轮廓线，在明洞衬砌外设置60cm 厚的钢拱架混凝土套拱，其纵向长度为2m。钢架安装垂直度允许误差±2o，中线及高程允许误差为±5cm，埋设的套管沿拱圈环向布设，间距、位置及方向满足设计精度要求。

3.2 钻机钻孔

钻孔需要两台钻机进行对称作业，需要对钻进过程中的下垂进行考虑，因此钻孔方向对比钢管设计方向需要上挑1o左右。开钻过程中先低速低压钻进，待孔深一定距离再逐步提高钻速，并在钻进时使用测量仪对偏斜度进行测定，及时进行纠正，避免对开挖和支护产生影响。

3.3 钢管安装

钢管打入顺序应沿拱顶开始，向两边对称、同时钻孔打入。钢管接头用管箍连接，丝扣长200mm，相邻钢管的接头沿隧道纵断面上错开不少于2m 左右，且沿隧道纵向同一断面内钢管接头率不大于50%。

3.4 注浆控制

合理选择浆液类型；控制水灰比1∶0.8～1∶1 之间；注浆压力初压和终压在0.5～2.2MPa 之间调整；小导管注浆压力控制在0.2～0.5MPa；注浆量根据管内径（r）、扩散半径（R）、管长（L），岩体孔隙率（η）、充填系数（α）及浆液的使用效率（β）算取，即公式Q＝πr2L+πR2L×η×α×β；单孔注浆压力达到设计终压并持压5min，注浆量达计算值的85%以上，可停止注浆，利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固；所有注浆孔符合单孔结束条件且无漏注时，即可停止注浆。

4 应用效果

经过上述工程实践，大管棚和超前小导管注浆在处理软弱破碎围岩、洞口浅埋段、地下水丰富等方面有着良好的应用效果。管棚法不但可以加强周围土体的固结效果，而且依靠自身巨大的强度和刚度作为支撑，为隧道进洞提供了一种安全可靠的支护，是保证隧道施工质量的一种高效方式。

4.1 初期支护

在隧道开挖之后，为了对变形问题进行有效控制，在保证结构安全的同时，需要为工程施工提供方便，其所采取的措施具体包括中空锚杆、型钢钢架、钢筋网以及喷射混凝土。

4.1.1 中空锚杆

中空注浆锚杆的直径为25m，长度在3～4m，通常在拱部范围进行设置，并采用相应的锚杆钻机进行钻孔，同时还需要使用注浆泵进行注浆施工。锚杆位置和方向，需要结合锚杆的环向和纵向间距要求对孔位进行明确，并进行标记，使用锚杆钻机进行钻孔，而且钻孔需要确保其方向和岩层围岩壁面等结构面保持垂直。钻孔和安装锚杆。在成孔后需要对孔深进行检测，确保其符合设计要求，而孔深的允许偏差范围在±50mm，当杆体插入到锚杆孔后，需要确保其处于居中位置，而且锚杆杆体在岩面的露出长度需要小于喷层厚度。水泥净浆液。杆体钢筋的保护层厚度需要超过8mm，而注浆材料则需要采用水泥净浆液，水泥的水灰比应该控制在0.5∶1～1∶1。水泥材料主要使用普通硅酸盐水泥，其注浆压力的初压应维持在0.5～1MPa。终压则需要保持在1MPa，其注浆顺序则应按照从拱两边向拱顶位置进行注浆。

4.1.2 锚杆和钢筋网

施工工艺：初喷混凝土（4cm）—打入锚杆—挂钢筋网—复喷混凝土（1～3 次达到设计厚度）—二次衬砌

4.1.3 锚杆、钢筋网加钢拱架

支护用型钢的钢架需要在预制厂内进行统一的加工成型，然后运输到现场，使用螺栓进行连接。在实际安装之前，还需要将地面杂物有效清除，在地面对钢架安装进行加固，从而确保其满足设计要求。与此同时，还需要采取有效的定位措施，不得出现错位和偏斜等现象，对钢架安装误差进行严格控制，从而使其和混凝土能够保持一体。

施工工艺：初喷混凝土（4cm）—打入锚杆—挂钢筋网—立钢拱架—复喷混凝土（1～3 次达到设计厚度）—二次衬砌

或初喷混凝土（4cm）—挂钢筋网—立钢拱架—复喷混凝土（1～2 次）—打入锚杆—再复喷混凝土（2cm达到设计厚度）—二次衬砌

4.1.4 喷射混凝土

在隧道初期支护中，对混凝土进行喷射，通常采取湿喷的方式进行，从而提升喷射效率。通常来说，需要对喷射区域进行分别喷射处理，并要对松土和杂物等进行处理。在实际施工前，需要充分检查设备，对喷射施工速度进行控制，而喷嘴和岩面角度则需要有效进行控制，确保压实混凝土。在混凝土终凝以后，还需要做好洒水养护。

4.2 明洞与边坡开挖

在隧道施工过程当中，明洞与边坡的开挖施工，是十分重要的一项内容。在开挖施工过程当中，首先施工人员应准确测量放线，一方面需要确保坡顶线位置的精确性，另一方面还需要确定截水沟的位置。在测量放线工作完成后，需要结合坡度设计，按照自上而下的流程进行分层开挖。与此同时，施工人员还应对边坡的防护加大注意，使边坡裸露时间得到缩短，并结合实际施工情况对防护设施进行设置。对于防护面积，需要结合边坡开挖面积和防护形式来进行明确，而其支护强度则可以通过对锚杆间距进行调整以及加密钢筋网、加厚混凝土厚度等相关措施来得到有效提升。在开挖施工中，相关施工人员需要对土方挖掘机进行使用，同时还需要经过人工修坡、小药量爆破、风钻大眼、自卸车出渣等相关环节，从而使明洞和边坡的开挖施工得以有效完成。除此之外，在开挖施工期间还应对沉降观测位进行设置，保证明洞和边坡开挖的稳定性。

5 结语

综上所述，高速公路隧道施工具有较高的综合性复杂性和特殊性。对此，相关施工企业需要对隧道施工技术要点进行明确，严格控制工程施工质量，合理应用施工技术，从而使高速公路隧道工程的整体建设质量得到有效提高。