公路桥梁隧道施工中注浆拱棚超前支护技术探析

张煊峰

（义乌市中泽路桥有限公司，浙江 金华 322000）

在公路桥梁施工中经常遇到地质条件差、施工条件恶劣的情况，遭遇不良地质结构、土质松散、富水化、软弱地层等问题，对此需要采取一些措施对施工范围内的土体进行改良或进行支护措施，在公路桥梁隧道施工中，超前支护应用比较常见，使用范围也比较广泛。当前超前支护施工中注浆拱棚超前支护可以有效加强围岩强度、控制围岩变形，避免掌子面出现坍塌危险，为施工安全生产提供良好保障。工程技术经过多年的施工积累，技术上有了一定的改进，注浆拱棚超前支护技术可以更好地满足超前支护需要，规避传统超前支护的弊端，拥有更好的、安全高效的综合应用价值[1]。

1 注浆拱棚超前支护施工原理

公路桥梁隧道施工中经常应用注浆拱棚超前支护技术，其原理主要是通过钻孔及配套安装相应的钢管、钢板、螺栓等在隧道施工截面构筑成拱形连续体为后续施工提供超前支护，具体使用由此形成的承载力维持前方土体的稳定，减少施工影响的地面沉降。实际工作中确定隧道顶板轮廓，沿圆周方向打入钢管等设置，再通过注浆将基岩胶结成整体，提高施工范围围岩的物理力学强度，形成加固壳体，大大保证施工安全性。

2 注浆拱棚超前支护设备应用

由于一些人仍在注浆超前支护技术中存在实操盲区，下文所述的具体内容主要针对该技术配合工艺设备体系的合理融合，应用双摇臂高压喷射注浆钻机与孔口止浆器于超前支护施工中，更多地克服其对注浆流量与注浆压力的控制难点。

2.1 液压双摇臂高压喷射注浆钻机的应用

目前，液压双摇臂高压喷射注浆钻机已经应用于注浆拱棚超前支护施工中并取得了不错的效果。与同类设备相比，液压双摇臂高压喷射注浆钻机在动力扭矩、行程、装机功率、施工作业半径等方面都具有不小的优势，实际支持效果也更佳。其主钻架长度可达12m，转动十分灵活且具备较高的可靠性，便于操作，定向定位方便，可是实现钻喷一体化施工，降低了施工复杂程度。在施工作业范围方面，作业面最大高度可达5.6m，最大宽度可达7.2m，水平作业转动范围可达90 度，垂直作业转动范围在-15 度至90度[2]。此外，该钻机动力系统配置爽动力源，前进驱动装置采用柴油动力系统，在钻孔、旋喷工作方面的动力为电机驱动。在保障有限空间内空气质量方面提升明显，同时提高了前进机构的灵活程度。钻机还配有弹性支座，更加方便实现孔口止浆器与主钻架的有效衔接，联接与拆卸都更加方便，提高施工作业效率。

2.2 孔口止浆器的应用

在注浆拱棚超前支护技术中需应用孔口止浆器可以调剂孔口压力同时控制废浆液排放，这对于控制周边土体变形量至关重要。目前使用的孔口止浆器主要有三方面作用：首先，它可以通过溢流管截止阀实现对超前支护过程中产生的废浆液排放及孔口压力进行调节控制；其次，它可以利用密封腔在钻孔、旋喷作业期间保障高压喷射浆液的密封性，避免自溢流管渗漏等情况出现；最后，它可以利用溢流管控制旋喷注浆作业中产生的废浆液及钻孔废渣排放至预设区域，不仅促使超前支护施工更加高效，还对减少施工作业环境污染有积极作用[3]。

图1 隧道超前支护结构图示

3 注浆拱棚超前支护施工

3.1 施工流程

定位施工：施工人员对钻机钻架进行校准、定位定向，通过孔口止浆器、法兰盘与掌子面上预留的钢管进行紧密连接，保证定位定向的精确可靠。

钻孔施工：按照设计深度结合现场条件采用回转及冲击回转等方式进行钻孔施工，施工产生的渣土、废浆液等废料通过孔口止浆器的溢流管定点排放，控制废料范围，避免污染周边环境。

注浆施工：使用高压喷射注浆，从孔底进行高压旋喷，自下至上完成操作，距离掌子面1m～2m 时停止旋喷，整体过程中把控称重系统、搅浆系统、泥浆泵之间的配合。

分离孔口止浆器：关闭溢流管截止阀，钻头分离板阀腔同时切换板阀至关闭状态，后进行板阀腔及密封腔的分离工作，将钻架移动至相应孔位，根据注浆需求利用溢流管处理压力补浆。

分离板阀腔：加固体达到非流动状态后分离预埋钢管与板腔连接处，同时使用棉布、木塞进行封闭。

插入芯体施工：通过孔口插入钢筋、钢筋束、钢管等进旋喷桩体，满足超前支护需求。

上述工艺施工因为孔口止浆器等设备的优化，进一步完善了注浆拱棚技术，方便压力控制、固体流向控制、岩土体变形控制、废料排放控制，是公路桥梁隧道工程领域普遍推广的施工技术。

3.2 施工注意事项

3.2.1 监控量测

在公路桥梁隧道施工中，经常采用明洞施工，明洞开挖后，需要及时地进行套拱段开挖，开挖过程中基础梯形开挖，注意边坡及墙脚的支护工作，必要时进行加强、扩大仰角，必须满足地基承载需求。在开挖之前，分析地质报告，布置测量点测绘地表沉降，采集原始数据。依据相应规范结合现场实际情况，在洞口处设置3 个沉降监控量测面，各监控量测面再布置13 个观察点，各点之间建议间距3m～5m，中间相对密集，两侧相对稀疏，沉降精度控制在0.1mm 内。结合地质报告做好地质调查，进行直接剪切实验，现场取样进行现场实验，基于实验结果掌握施工段围岩的应力特性，具体包括物理力学性质、处应力状态等。施工中的量测主要是实时监测施工状态，通过量测坑道周边位移、围岩内松弛范围、支护结构与施工围岩的应力状态了解现场锚固效果与松弛范围。

3.2.2 套拱施工

套拱施工顺应自下至上，即先基础后拱身。基础强度必须满足规范要求后才可进行拱身施工。基础结构厚度应不小于1m，设计承载力一般不小于300kpa。如果未满足设计承载力要求则需要对基础进行加宽处理。洞口套拱规格一般为2m，混凝土规格不小于C25，制作导向墙。套拱中设计钢拱架辅助支撑，纵向间距为0.6m，钢拱架间使用钢筋纵向联接，钢筋规格Φ22，环向间距1m，沿钢拱架内外交错布置。在钢支撑设置长度为2m 导向管，规格Φ127×4mm，导向管沿拱圈进行环向排布，环向间距0.5m。同时采用钢筋焊接方式在工字钢外轮廓处进行固，方向与拱棚一致，导向管连接处建议使用双面焊，宽度不小于15cm，若使用单面焊，焊接宽度加倍。套拱厚度根据设计施工，混凝土浇筑需要做好砼料进场的连续性把控，以免提前固结影响质量，使用泵车入模，注意检查，保证泵管畅通。施工部位应对称进行，保证构筑体结构稳定。震动力度适中，长度把控，避免振捣不到位或混凝土离析，同时防止暴模情况发生，在控制成品外观方面，内外模使用竹胶板[4]。

3.2.3 注浆拱棚施工

管棚施工工艺一般包括：钻孔平台施工、钻机组装及试车、钻孔、清理、成孔检验、钢管施工、注浆、清孔、水汽砂浆填充。管棚施工一般在导向墙8m 范围内平整管棚平台作为施工作业面，为后续安装钻机留有空间，现阶段多使用液压双摇臂高压喷射注浆钻机。

钻孔阶段一般利用套拱中预留的孔口管作为导向管进行钻孔，外插角度根据具体情况考虑线路纵坡进行控制。首先在钻孔前需要检查钻孔机械设备情况是否正常，在导向管外侧的套拱面对孔位和孔号进行标记方便后续施工，施工顺序先单号后双号，过程中需要确保相互之间避免影响。钻机布置完成后，依据设计及施工方案放样定位开展钻孔。钻孔施工时，应该盯紧施工，保证施工精度，开孔操作时前期钻速适当降低，在钻入20cm 后恢复正常钻速。首节钻杆钻入20cm～30cm 后停止钻进，人工卡紧钻杆，后低俗反转脱离钻杆。钻机退回原位后装入第二节钻杆，同时固定好联接套，在低速运转至首根钻孔底部，校准后联接成整体。后续施工以此按照上述方法施工，直至设计深度。在更换钻杆时，需要检查钻杆的平直程度及损耗情况，发现不合格的要及时更换，保证成孔质量。同时钻孔需要把扶直器做好安装，同步钻杆水平推进以预防钻杆在推力与阻力导致上下振动双向作用下成孔不够平直。除此之外，在钻孔施工中，需要经常检查钻杆偏斜程度进行控制，确保误差在规范范围内，不合格的要及时退孔充钻。

清孔一般使用高压风力进行，自内而外进行，清孔必须彻底，保证后族钻孔及退杆通畅，出现卡钻现象时需要持续清孔直至清理干净。

注浆孔安装在清孔、成孔检验合格后进行，使用钻机的冲力进行插管。在管棚结长施工中，先将首根尖头钢管顶入孔中，后依次连接，管棚之间连接采用丝扣连接方式，长度一般为15cm。所使用的管件需保证受力要求，接头避免处于相同截面，前后错开布置，首批不同长度管节单双号排布，后排管节长度设置相同保证相近位置的接头不处于统一截面。在顶管过程中首节钢管推进至孔外35cm 左右时，安装后续钢管，后操作钻机对准首节管管端部低速推进，主控钻进角度，采用人工持钳连接，保证两节钢管通过联接套成为一个整体。钢管钻进必须逐孔逐根严格按编号推进，严禁混接。插管施工后，导向管与钢管中间空隙使用速凝水泥封堵严密，避免浆液流出，在进浆及排气处设置控制阀。

浆液制拌采用砂浆搅拌机，不建议人工搅拌，具体配比根据实际和现场试验确定，具体布置时，不同材料依据比例、用量做好标记，严格按照配比及规范进行操作。注浆过程中控制好初始压力和终止压力，注浆控制中进浆量小于20L/min～25L/min 时，升高注浆压力，达到终压后持压10min 以上，可以停止注浆，同时及时封堵注浆口，避免空气进入。当出现进浆量大、压力却长时间不升高的情况，需要及时调整浆液配合比，降低凝胶时间，建议采用小泵量注浆或采用间歇式注浆，留有浆液的相对停留时间，方便凝胶，但时长不可以超过混合浆的凝胶时间。施工后先对钢管清孔，清孔结束后及时使用水泥砂浆填充增加钢管强度，管口埋入注浆深度不得少于30cm[5]。

4 总结

综上所述，在公路桥梁隧道施工中使用注浆拱棚超前支护技术，可以加固开挖面前方土体强度，稳定开挖区域围堰荷载，控制岩土体沉降。实际施工中依据现场客观情况结合设计要求及相应施工规范，合理制定相应施工方案，规范落实各具体工序，保障施工安全，避免土体坍塌，引发安全事故。