公路隧道衬砌支护与排水技术研究

戴晖

（江西省交通投资集团有限责任公司南昌西管理中心，江西 南昌 330000）

0 引言

某公路隧道项目的建设规模较大，是当地重点建设的交通项目，该隧道左线与右线的长度分别为866m与872m。经过地质勘查发现此次隧道工程分布着凝灰岩、凝灰质岩，强度性能高，且在陡坡的部位上，同时整个区域内的岩体完整性很差，有比较大的比例都处于风化的状态，以砂土的状态存在。该项目现场施工时，应用新奥法与复合式衬砌，所以要想提升工程质量水平，就要加强排水处理，提高衬砌质量水平[1]。

1 工程地质

通过对该隧道工程现场进行地质勘查，分析地质条件情况，在该隧道出口的部位上分布着硬塑性含碎石粉质黏土形成的崩坡基土，厚2.7～8.1m，并且有比较多的破碎带，内部有较多的积水，对于当地的结构性能造成较大的影响。隧道内部的含水量情况受到气候条件影响比较大，尤其是台风等产生较大的影响。根据设计方案的要求，选择合适的衬砌方式，结构45cm，使用材料为C20，喷射厚度25cm，达到初凝状态后再喷射一层C30 防水混凝土，达到整体结构强度性能的要求。

2 超前（初期）支护

现场的隧道出口部位上进行预留核心土的方法施工，使用超前小导管的支护施工方式，使用C20 混凝土覆盖岩体表面，厚25cm。

2.1 开挖前支护

在开展前的支护阶段，需要采用无缝钢管制作小导管，一般来说小导管的长度控制在4.5m 左右，端部制作为扁平的形状，安装的间距控制在40cm 左右。小导管环向间隔距离为50cm，岩层按照轮廓线外5～10°插脚打入内部。钻孔的深度严格控制，使用冲击锤进行，并将内部杂物清理干净。上述工作结束后，进行导管口端的封闭处理，使用速凝混凝土胶泥封闭，且将掌子面的初喷混凝土封闭处理，厚度在5cm左右。喷射工作全部完成后，强度性能合格，再应用30 号水泥浆注浆施工。 在注浆时初压为0.5～1.0MPa，终压为2.0MPa，水泥浆的各方面性能符合要求，施工现场见图1。破碎围岩结构的作用力会随着水泥浆的强度升高而升高，且围岩总体来说达到稳定性的标准[2]。

图1 支护现场

2.2 开挖后支护

2.2.1 材料选定。经过对现场分析确定采用普通硅酸盐水泥材料进行施工，型号为P·032.5R，细集料使用中粗砂制作，而粗集料则采用粒径为5～15mm的碎石，为当地的采石场加工制作形成，洁净度方面符合要求。为了使工程的质量合格，水泥浆的配比极为重要，使用水泥量1.5%，水灰比为0.45 的混凝土速凝剂制作，以确保混凝土的性能合格。

2.2.2 初喷混凝土。要想全面提高支护的水平，在工程中选择应用湿喷的作业方式，将制作合格的混凝土材料均匀地涂抹到结构表面，减小回弹量，并且不会产生较多的粉尘，结构性能可以满足要求，要做好下述几个方面工作：第一，岩壁面清理干净，使用高压水或者高压风进行全面清理，没有任何杂物；第二，喷射环节将松动的块石清理掉；第三，在施工环节按照从上到下逐一进行喷射作业，同时以分段、分片的方式施工，单次施工作业长度不足5m；第四，遵循设计方案确定具体的喷射厚度，单次喷射为5cm；第五，合理调整喷射角度，与受喷面基本保持垂直的状态，以达到最佳的喷射效果，且两者间距0.6～1.0m 左右，采取螺旋的方法连续性喷射施工；第六，为了加快喷射的进度，选择分层作业的方法，上一层初凝后再继续喷射，但是该环节极易产生粉尘，要立即清理处理；如果岩层存在不平整的问题，要及时整理处理，达到平整后再进行喷射施工，施工现场见图2。

图2 湿喷现场

2.2.3 设置锚杆及挂网。将锚杆统一制作为4.5m 的长度，使用φ25×5mm 的中空注浆锚杆，采取环向布置的方式，环向间隔距离设定为0.75m。在钻孔后及时清理处理，使用水浸湿锚固后插入孔内，填充深度为2/3 时，通过手风枪送入内部，然后填充砂浆进行封闭处理。锚杆漏到外部长度在10cm 以内。为了使锚杆与网片稳定连接，通过焊接的方式连接控制，以达到结构稳定性、安全性标准。

2.2.4 安装U 型钢支撑。按照设计方案采用U25 钢材进行制作施工构件，相应尺寸、厚度需要达到标准要求。现场设置使用螺纹钢制作钢格栅，尺寸为φ25mm 的材料，间隔距离设定在0.5m，结构性能合格。钢支撑设置时需要严格地做好拱顶与拱脚的间距控制，针对上下台阶应用钢支撑稳定的连接，以达到结构性能的标准。为了确保连接的受力面积更大，在现场使用木板垫在拱脚的部位上，并应用锁脚锚杆完成固定处理。钢架与围岩的间隙设定在20～30cm 之间，还要预设混凝土保护层的结构；如果间隔距离比较大，则要设置混凝土垫块进行控制，预防产生不利的影响。在中间的缝隙部位使用C30 模筑混凝土填充。钢架始终和隧道中线垂直布置，倾斜要控制在20°以内，而后进行锚杆与网片的安装施工。随后开展混凝土喷射施工，施工时厚度要控制在10cm，且每一层的间隔施工时间要控制在10min[3]。

3 防排水

隧道内积水问题形成原因复杂，所以要按照防、堵、截的方式处理。

3.1 洞内防排水

3.1.1 开挖后排水。在隧道开挖的环节，在表面喷射5cm 厚度混凝土。考虑到漏水问题，可以采用砂浆在其表面进行覆盖涂抹。一般来说，具体的操作工艺方式如下；先进行打孔，孔位深度控制在1m，且间隔50cm 左右打第二个孔，再应用钢射钉把Yas 半圆管固定，在进行混凝土喷射时厚度2cm 左右。Yas 半圆管直接和集水槽连接，根据现场结构需要设置长度尺寸，以达到排水的标准要求。Yas 管节布置大样图如图3所示。

图3 Yas 管节布置大样图

3.1.2 复合式衬砌中间铺设防水层。在该环节施工中考虑到防水要求，选择E-VA 防水卷材进行施工，在具体施工阶段要严格控制焊接温度与施工速度，不能发生漏焊、过焊的问题。在现场施工前，进行接头部位密封性检测，保证水压在0.2MPa 以上，且经过24h 的观察没有任何渗漏问题，表面密封性合格。经过现场的试验检测，在防水卷材投入使用后，渗水的速度符合要求，达到正常的控制要求。加强现场施工的管控，如果现场施工环节发生无纺土工布损坏的问题，则应先将现场存在的混凝土尖角、钢筋、锚杆头清理掉，然后重新铺设施工，以达到密封性效果。在铺设时按照先拱顶、后边墙的顺序实施铺设施工，确保结构的性能符合要求。在施工阶段若遇到伸缩缝裂缝与沉降裂缝等情况，则需要采用止水带止水方式进行处理，减少渗透水问题出现[4]。

3.1.3 做好防水混凝土填充控制。在现场施工中，进行二次衬砌施工时主要采用强度为C30 的混凝土进行施工，同时添加部分添加剂使其能够提升混凝土强度。而后在施工环节要强化振捣、拌和施工。

3.1.4 隧道路面排水。按照施工要求，采用中央排水防水进行隧道路面排水处理。实际施工时选用直径为300mm 钢筋配合混凝土进行浇筑，且在每个暗井位置布设一个排水口，并且使用波纹管进行连通设置。此外，在路缘部位上使用排水沟的设置以及时排水处理。

3.2 洞外排水

在洞外排水施工阶段，工作人员要做好出口位置水文情况的调查。为了使地表水可以顺利排入河道内，需要在隧道约50m 的位置上布置截水沟，促进排水效果的提升。除了上述的措施外，还要在隧道洞口5m 的位置上布置天沟。如果截水沟的效果难以满足排水的标准，天沟则可以起到辅助性作用。为了预防在运行时出现截水沟与天沟渗漏的情况，选择使用M10 浆砌片石封闭处理，现场应用防水材料施工。该工序可以有效预防洞外水进入洞内，建设完善的排水系统，保证隧道内部结构达到安全、稳定性标准。

4 施工的质量控制措施

4.1 严格落实防排水施工处理

防排水施工的主要作用就是把隧道内的渗水及时排出，防止隧道内积水给衬砌混凝土结构造成不利的影响，以确保隧道的安全性。但是在防排水的施工之前，现场施工人员要及时进行清扫处理，特别是要将隧道内散落杂物清除掉，防止给隧道安全造成不利影响。与此同时，工作人员对于排水盲管的方位要有足够了解，以达到排水管的安装位置精度要求，其中纵向、横向、环向排水管进行连通，形成完善的排水系统[5]。此外，防水板的现场施工极为重要，确保防水板、土工布与基面稳定贴合，防止因为有空洞而导致工程的质量无法保证。在该基础之下，工作人员应认真检查防水板的焊接效果，加强焊接质量控制，达到气密性的标准要求。最后进行现场止水带的埋设施工，确保在安装的环节将其固定到挡头模板中，安装好一侧之后及时浇筑混凝土，规定钢筋结构，保证止水带的稳定性合格，不会发生偏移的问题，促进项目施工效果和质量的提升[6]。

4.2 加强隧道监控，全面检测初支断面质量

公路隧道项目中实施二次衬砌严格控制，在该环节应该加强隧道围岩质量的监测和控制工作，这是确保施工效果和质量的关键。因此，应组织工作技术人员进行隧道围岩支撑的全面检查，达到结构稳定性标准，还要对监测的结果和质量进行初步判定、客观评价，并且将测量与分析的数据整合应用，对于隧道内部结构的性能做出客观性分析，为后续工作开展提供基础。但是也要注意，二次衬砌施工需要在围岩变形或者收敛稳定性后才能施工，以达到结构承载力的标准要求，应力处于稳定的状态。此外，技术人员根据工作的要求展开初支断面检测工作，如果存在任何问题应及时返工处理，在确保二次衬砌厚度合格的条件下，满足整个工程的施工质量标准要求，确保隧道结构的安全性与稳定性[7]。

4.3 优化钢筋安装工艺

公路隧道项目开展二次衬砌施工时，应严格落实钢筋安装管控，提高安装施工效果。尽量减少钢筋接头的数量，所以要对钢筋材料的长度尺寸进行严格控制，且要采取分散接头的设置方式，接头数量不能超过规定的比例，以达到结构承载性能的要求，总体性能合格。在钢筋绑扎与焊接环节严格控制，以提升工程的质量标准要求[8-9]。与此同时，钢筋安装操作中，要做好间隔距离的控制，严格控制混凝土保护层厚度，防止出现钢筋裸露或者保护层厚度不合格的情况，以免影响钢筋的质量。此外，钢筋安装阶段加强防护，以免造成损坏而影响工程质量。

5 结语

综上所述，公路隧道在施工中，出口部位极易发生水平面破碎的问题，容易存在积水，影响围岩节理发育。因此，应在该位置应用衬砌支护与排水设施，确保积水不会给施工造成任何的影响，达到有效的治理效果，提高隧道工程的安全性，满足工程的运行标准，为今后隧道项目施工提供依据。