高速公路隧道工程中的超前支护施工技术

叶道华

（广西交通投资集团有限公司，广西 南宁）

在高速公路隧道建设过程中，为了能够规避路基坍塌现象，需要通过有效应用支护技术，满足工程施工的各项需求。支护技术能够严格要求支护效率以及稳定性，由于以往常规支护技术难以达到项目发展需求，而超前支护技术能够实现标准支护的目的，使隧道的稳定性、荷载力得到显著提升，达到标准。基于此，在公路隧道工程建设中采用超前支护施工技术利于工程稳定发展。

1 项目特点

本次工程项目以乐业至望谟（乐业段）高速公路项目为例，该工程项目在具体建设时所具有的特点主要表现在以下5 点：（1）平面线位敏感点多，可选择走廊带窄。（2）沿线高程变化剧烈，设计纵坡大。（3）桥隧比例高，建设难度大。（4）地质复杂，不可控因素多。（5）涉及省界交接，协调工作难度大。

2 超前小导管施工

2.1 施工方法

本次工程采用小导管超前支护技术，通过不断加固隧道围岩，确保高速公路隧道的地层承载力、稳定性。该项技术施工流程见图1。

图1 整体施工流程

在具体施工过程中，施工可利用风筒凿岩机钻孔作为首选方式。施工人员需要根据相关要求、标准安装超前小导管，按照12°控制外插角，通过采用焊接的方式有效结合钢架的稳定性，施工材料选择注浆泵进行高效注浆，以水泥单液浆为重点，通过现场试验施工，在性能状态最佳的情况下，对具体注浆参数进行明确，并以此作为重要参考，利于后续施工的顺利开展[1]。在制定加工中，提前对小导管进行制作时，需要对前端进行加工，使其成为尖椎桩，按照15 cm 的距离，在管壁上进行交错钻眼，保持8 cm 的直径范围。钻孔作业完成后，将小导管插入孔径内，保证钢架、尾部焊接稳定，形成预支护体系。注浆作业时，提前组织对水压进行试验，确保该项工作的有效性，对地下吸浆、扩散这两方面的情况进行具体判断，明确施工参数是否足够合理，具体包括注浆压力、浆液浓度等。在注浆时，需要严格按照相关要求以及标准，通过对试验进行参考，并将参考操作作为重要条件，对各项数据、信息进行详细记录并分析，确保整体施工质量，针对质量问题从源头积极避免。

2.2 检验标准

超前钢管实测项目检验标准见表1。

表1 超前钢管实测项目检验标准

2.3 超前锚杆施工

超前锚杆施工参数见表2。

表2 超前锚杆施工参数

2.3.1 测量放样

根据设计图纸测量开挖面、标高以及中线，明确轮廓线、锚杆孔位，使后续作业能够正常、顺利开展，针对施工过程中可能出现的误差等问题，尽可能避免。

2.3.2 钻孔

风枪钻孔方式实施钻孔作业，以设计要求保证深度，清理孔内各种杂物，确保孔内干净[2]。在管棚钻孔作业中，施工需要按照先奇数孔、后偶数孔的方式进行施工，偶数孔需要在完成注浆作业的基础上进行。并且，在改过程中，需要对钻孔作业方向严格控制，避免不良操作导致钻孔精度的准确性[3]。在钻进阶段中，需要全面、详细、严格的检查偏斜度，避免发生偏差。一旦出现偏差，及时纠正。按照顺序将钻杆、钻头穿过导向管，对准孔位启动钻机。控制斜控时，发挥导向管的导向作用。成孔后，清理孔内杂物，开展后续工作。

2.3.3 超前锚杆安装

超前锚杆安装工作主要以两方面为主：第一，填塞锚固药卷。对早强锚固剂药卷的质量进行明确，确保能够达到具体要求与规定，在水中置入后，在浸泡处理一定时间后需要将其取出，此时，早强锚固剂药卷状态呈现为软而不散[4]。对药卷填塞可通过人工持炮棍进行，孔深达到1/3～1/2 位置处。灌浆底部、孔底之间的距离为：50～100 mm，组织进行注浆作业，有效的送至浆液至孔底[5]。发挥浆液作用，可更好地挤出孔内多于的水，注入水泥砂浆中。缓慢拔除注浆管。注浆时，压力保持在<0.4 Mpa，压力不可过低，避免无法有效注入浆液。第二，安装锚杆。人工操作后，需要打入锚杆，该过程可通过铁锥进行，当锚杆触底并孔位位置有浆液留出时，需要及时停止。锚杆施工工艺流程见图2。

图2 锚杆施工工艺流程

2.3.4 其他

除了以上内容，锚杆施工内容具有广泛性，具体如下：

（1）环向钢筋与锚杆外部、系统锚杆连接时，可利用焊接方式进行，通过该种方式使两者能够形成一个完整性的整体，将支护作用的特点充分发挥。（2）在搭建超前锚杆的过程中，保证其长度在1 m 以上，布置时需要沿着开挖轮廓线周边进行，使其足够均匀，通过采用焊接的方式稳定连接尾端、钢架，提高固定性。（3）超前锚固需要有效配合钢架支撑，外插角保持在12°，沿着开完轮廓周边均匀布设锚杆，牢固焊接钢架、尾端，使锚杆锚固长度达到标准。（4）安装钢架，在通过穿过钢架腹部钻孔、安装锚杆。

3 超前小导管的加工安装要求

超前小导管加工安装具体要求包括以下几点：

（1）材料。以φ108 mm×6 mm 的热轧无缝钢管为主要材料，奇数孔为有孔钢管, 偶数孔为无孔钢管。钢筋笼由固定环和钢筋构成, 超前小导管加工样式。（2）管棚钢管的加工。根据钢管接头的错位要求,加工6 m 编号为奇数孔位的第一节钢管以及3 m 编号为偶数孔位的第一节钢管。为提高施工的便捷性，用有孔花管的奇数孔安装管棚钢管, 孔眼直径8 mm，间距按7.5 cm 控制，遵循梅花形布置原则。前端钢管呈15 cm 长的锥形，尾端焊φ10 mm 的加强箍。合理组织钢筋笼的加工作业，成型后用于安装。实际安装期间，向管棚内插入固定环，利用钻机顶进，丝扣连接钢管，相邻两孔的钢管接头相互错开。需注意的是,顶进期间严格控制钻杆的前进倾角, 要求其与导管倾角保持一致，成孔后随即将导管插入孔内,待完成某孔的钻进和导管安装作业后，在确保无误的前提下方可移动设备，进入下一孔施工环节,按照此方式重复操作。

4 超前支护施工技术的应用

4.1 导向墙的施作

为了能够使导向墙施工质量得到显著提升，需要加大前期准备工作。针对导向墙拱脚外侧区域，需要在其进行浆砌片石填筑，以此为后续导向墙的施工创造稳定的基础[6]。通常，地基承载力的最低值需要达到0.3 MPa。在搭建管棚时，需要根据导向墙作为重要基础开展，基于此，需要充分考虑作业流程角度，起初需要加大管棚位置的测量工作，并关注放样工作，在该过程中，需要对管棚、隧道开挖线之间的间距进行严格的管控，以此减少后续管棚施工的难度[7]。在开展各项测量工作后，需要根据设计方案中的轴线基准作为参考，实施钢拱架的架设，在拱圈位置配备相应数量的孔口套管。为加大钢管打入的精准性，需要对孔口套管的直径进行严格控制，将管棚钢管作为参考，需要比其超过2～3 cm。在该基础上，需要对各个套管之间的对应位置、彼此间的距离进行明确，以此充分满足准确定位，在此后安装套拱模板。在实施浇筑作业后完成套拱拱顶的合龙工作。在该过程中易出现导向墙下沉的位置发生偏差的问题，基于此，可通过辅助应用临时支撑措施进行。浇筑完成后，需要覆盖处理导向墙套拱，材料主要将土工布作为主材料，开展一周的洒水作业，以此规避导向墙出现开裂的问题。导向墙施工工序见图3。

图3 导向墙施工工序

4.2 钻孔施工

在钻孔作业过程中，尤其是隧道施工围岩段时，存在围岩破碎、裂隙发育等不良地质见图4，需要对以下3 点内容加以重视。

图4 V 级围岩断面布置

（1）按照“逐节钻进”的方式开展。在正式进行钻孔前，需要确保现场始终保持低压低速状态，当钻进深度达到1 m 后，逐渐加强钻进压力[8]。在整个钻孔过程中，需要通过测斜仪的方式对钻孔位置准确度进行提升。（2）做好钻孔质量把控。在正式进行钻孔前，需要通过喷涂混凝土处理形成止浆墙，其厚度需要保持在15 cm，减少后续漏浆、坍塌事故的发生概率。钻机对钻孔质量造成不同程度的影响。基于此，在开展作业时，需要对钻机运行状态进行实时监测，在对易塌孔位置区域开展作业的过程中，需要通过采用泥浆护壁的方式使钻孔正常进行。一旦钻进难度过大的情况下，可通过采用跟管钻进法进行辅助。为了能够对夹钻现象进行有效规避，需要有效控制钻进速度，确保在合理范围内。（3）做好清孔、验孔工作。通过采用岩芯钻杆的方式实施扫孔作业，以此加大浮渣清除工作，在清理整个孔道的过程中，需要采用高压风进行。在完成清孔作业后，需要对孔位偏差进行详细检查，其对应的孔位偏差≥±50 mm，需要合理控制对应的钻孔偏差，保持在该范围内。

4.3 注浆施工

为了能够避免施工过程中发生岩面漏浆的现象，在注浆前期工作中，需要有效开展喷射工作，所应用的混凝土强度需要保持在C25 水平以上，除了开挖作业面，喷射对象还涉及到孔口岩面、拱圈等区域。

（1）严选注浆材料。材料选择以固化收缩性好的材料为主，同时需要着重考虑其与围岩等结构的粘合性、可灌性，这些均作为重要指标。为了能够加强注浆固结体牢固性、抗渗性，在对注浆材料进行选择时，需要充分了解当地的水文条件，完成注浆施工（见图5）。（2）提升注浆施工工艺水平。在正式注浆作业中，水泵试浆、注水测试作为该项工作的前提基础，另外准备的浆液需要通过利用晒网的方式开展过滤处理。浆液对应的参数较为广泛，包括压力、扩散度等均需要在合理范围内有效控制。在单钢管注浆过程中，可按照式（1）实施。

图5 注浆超前小导管加工示意

式中：钢管总长度（m）为L；钢管半径（m）为r；浆液扩散半径（m）为R；隧道地层孔隙率为η；浆液损耗系数为β；浆液有效填充系数为α。

结束语

综上所述，由于高速公路隧道施工地质特殊，且该项作业危险性较大，易影响施工整体质量，通过利用超前支护施工能够提升作业的安全性，构建受力支护结构，确保每一环节的作业都能够顺利开展，提升隧道施工质量。