桥梁隧道中注浆拱棚超前支护技术研究

曾小志

（宜丰县交通运输综合行政执法大队，江西宜春 336300）

0 引言

注浆拱棚超前支护技术在桥梁隧道工程中的应用需要考虑众多复杂的细节问题，整个施工流程相当繁琐。因此，必须根据具体情况进行有针对性的优化和调整。由于隧道开挖受到断面场地的限制以及水平旋喷施工的复杂性等挑战，桥梁隧道施工通常并不顺利。本文旨在研究与注浆拱棚超前支护技术密切相关的设备体系，实现技术应用的高效稳定推进。

1 注浆拱棚超前支护技术概述

注浆拱棚超前支护技术是一种在桥梁隧道工程中广泛应用的高级地质工程技术，旨在确保在复杂地质条件下的施工过程中提供坚固的支撑和安全的工作环境。这一技术的核心目标是在地下工程挖掘进行的同时，通过注浆和拱棚的结构支护，在地下空间中创造出稳定的工作区域，以减轻地层变形、支持地质围岩、控制地下水位，并防止地表沉陷等问题的发生。在注浆拱棚超前支护技术中，关键步骤包括预测和识别地下障碍和地质风险，合理设计支护结构，选择合适的注浆材料，并通过精密的注浆施工方法将材料注入地层，形成坚固的注浆拱棚结构。这个结构将在开挖过程中起到关键作用，保护施工人员的安全，防止地下水渗入，稳定周围地质环境，以及支持和保护桥梁隧道的施工[1]。

2 注浆拱棚超前支护设备配置

2.1 液压双摇臂高压喷射注浆钻机

在桥梁隧道注浆拱棚超前支护工程中，配置液压双摇臂高压喷射注浆钻机具有重要的技术意义。

第一，液压双摇臂高压喷射注浆钻机应当具备强大的动力系统。此设备需要在不同地质条件下进行工作，因此必须具备足够的功率和扭矩，以应对不同类型的地层。同时，高效的动力系统可以提高钻机的工作效率，加快施工进度。

第二，配置时应充分考虑动力头行程的设计。动力头行程的长度需要根据具体工程需求和桥梁隧道的设计要求确定。合理的动力头行程可以确保喷浆作业的精准性和一致性，从而保证支护工程的稳定性。

第三，液压双摇臂高压喷射注浆钻机的安全性和操作便捷性也至关重要。设备的配置应考虑到安全防护措施，以降低操作过程中的风险。操作面板和控制系统应设计得简单直观，以便施工人员能够轻松掌握操作技巧。此外，液压双摇臂高压喷射注浆钻机的工作面转动范围也需要合理设计，以适应不同工作场地的需要。此外，设备还应具备足够的稳定性，以应对施工现场可能的不平坦地形和复杂地质条件。

2.2 孔口止浆器

在桥梁隧道注浆拱棚超前支护工程中，配置孔口止浆器是保障项目正常进行的基础。孔口止浆器的配置需要考虑以下几个方面的因素，以确保超前支护过程的顺利进行。

第一，孔口止浆器应根据具体工程情况进行合理的布置和设置，这包括确定孔口的位置、数量和间距，以适应桥梁隧道结构的设计要求和地质条件。

第二，孔口止浆器需要具备多功能性。它应当能够通过溢流管截止阀来控制超前支护中废浆液的排放量，以及调节孔口的压力，这有助于避免废浆液过多排放，降低环境污染风险，同时保证注浆过程的稳定性。此外，孔口止浆器还应具备密封腔，以提高钻孔和旋喷期间高压旋喷浆液的密封性，防止浆液泄漏和浪费，这对于保持施工现场的清洁和安全至关重要。

第三，孔口止浆器的配置还应注重旋喷注浆的质量和精准度。它应当能够确保浆液的均匀混合和均匀注入，从而提高支护效果和结构的稳定性。此外，孔口止浆器还应具备高度可控性，以便根据施工需要进行实时调整和监测，确保支护工程按照设计要求进行[2]。

3 桥梁隧道注浆拱棚超前支护技术分析

第一步，定位。在桥梁隧道注浆拱棚超前支护的施工中，钻机定位是至关重要的工序。首先，需要确保钻机的主钻架精准地定位在施工现场，以满足设计要求的准确度和位置。其次，止浆器与预埋钢管之间的连接必须稳固可靠，以确保在后续的施工过程中不会发生松动或漏浆的问题。

第二步，钻孔。首先，进行钻孔前的准备工作，包括检查和准备所需的钻具、注浆材料以及相关设备。其次，确定钻孔的位置和深度，根据设计要求进行测量和标记。最后，选择合适的钻孔方法，通常采用冲击回转等特定方式进行钻孔，确保孔径和深度符合规范要求。在钻孔过程中，需要不断监测钻孔的进度和质量，确保每个钻孔都满足质量标准。同时，要及时清理废浆液和渣土，以维持工作面的整洁和施工环境的清洁。完成钻孔后，需要进行孔口的处理，通常采用棉布或木塞进行封闭，以防止杂质进入孔道。整个钻孔施工流程需要精确、谨慎地执行，确保钻孔的质量和准确度，为后续的高压喷射注浆工序和超前支护提供可靠的基础支持，保障桥梁隧道工程的安全和稳定。

第三步，高压喷射注浆。钻孔完毕后，进行高压喷射注浆设备的设置和校准，确保其工作参数和压力符合规范。注浆材料通常包括水泥浆液、固化剂等，这些材料需要按照正确的比例混合，并在设备中进行搅拌。然后，将混合好的注浆材料通过管道输送到注浆孔道位置。在施工过程中，需要根据具体情况和要求，调整注浆设备的工作压力和流量，以确保注浆的均匀性和稳定性。注浆的过程中要仔细监测和记录注浆量、注浆压力、注浆速度等关键参数，以便及时调整和控制。注浆完成后，需要等待一定的固化时间，以确保注浆材料充分硬化和固化。这个时间通常会根据注浆材料的性质和施工环境的温度等因素进行合理设置。最后，进行质量检验和验收，确保注浆的质量符合设计和规范要求。如果存在问题或不合格情况，需要及时进行修复和调整。

第四步，封缝。对于这一处理环节而言，其自身的质量会对缝隙注浆加固效果产生直接影响，因此，施工人员需要加以重视。在进行裂缝封闭时，施工人员需要使用JN-F 封口胶，并且要按照科学的比例进行调配，通常情况下，配胶比例为A∶B=100∶30，这种配胶在25℃的环境中，会保持50～60min 范围内的操作时间，若是逐渐增加B 剂的用量，那么操作时间也会随之减少，因此，施工人员要保证适当的配胶量，确保其能够在可操作的时间范围内用完[3]。另外，施工人员需要对封口胶的表面进行涂刮，保持其表面的清洁性与干燥性，避免存在污垢、砂砾等污物。在进行灌注裂缝施工时，施工人员需要借助油灰刀沿着裂缝，来回反复的涂刮，还要均匀地涂抹一层JN-F 胶泥，确保厚度在1～2mm，宽度在2～3cm，同时还要避免产生小气泡，以及砂粒等杂质混入其中，影响密封度[4-5]。

4 桥梁隧道中注浆拱棚超前支护施工控制要点

4.1 施工方案控制

首先，施工方案的制订应始于详细的工程勘查和地质调查，以充分了解工程所在地的地质和地貌特点。这将有助于确定合适的超前支护技术和设备选择。根据地质情况，选择合适的注浆材料、孔口止浆器、高压喷射注浆钻机以及其他必要的设备。

其次，施工方案应考虑到工程的时间表和进度安排。在紧密的时间表下，需要合理分配施工工序，确保高效推进，同时保证质量。定期检查和维护设备，以减少潜在的故障和延误。

最后，质量控制计划是关键的一部分，应包括对钻孔、高压喷射注浆、孔口止浆器、密封和封闭等方面的详细规范。必须确保每个工序都按照规范执行，注重泥浆的配比、压力的控制和孔口的密封，以确保拱棚的质量和稳定性。

4.2 施工过程控制

第一，在施工过程中，需要对施工过程进行严格的监控和管理。设立质量控制检查点，对钻孔、高压喷射注浆、孔口止浆器、密封等关键工序进行定期检查和测试。注浆过程中需要准确控制泥浆的配比和压力，确保注浆的均匀性和完整性。同时，要定期校验和维护施工设备，确保其正常运行。

第二，对施工人员进行培训和指导，强调施工质量的重要性。结合项目的需求，采取措施防范潜在的危险和事故，确保施工现场的安全环境。同时，要建立健全的沟通机制，保持施工团队之间的协作和信息沟通。

第三，定期进行技术监测和质量检验，采用现场检测和试验，确保施工的质量符合设计要求和相关标准。根据验收标准和规范，对每个工序进行验收，确保工程的质量和稳定性。

5 工况实践

本文所涉及的案例位于某市西北郊区的公路桥梁隧道工程。在实地勘查中，发现隧道开挖的作业面地基是第四系冲洪积地层，其主要由素填土和砂质粉土组成。这些地层的压缩模量在4.5～10MPa 之间变化，而孔隙比则在0.67～0.91 之间。考虑到这些地质特征，施工决策是采用高压旋喷注浆拱棚超前支护技术。在施工中，高压旋喷注浆钻孔被设置，同时拱棚采用旋喷桩的结构。具体而言，钻孔的直径为0.15m，深度达到8.5m。此外，项目还包括小导管和钢拱架的设置，这些布局可以参照图1 来查看。

图1 小导管与钢拱架位置

该工程试验区的超前支护涉及高压喷射注浆钻机、孔口止浆器以及高压泥浆泵等多种设备，因此需要在施工前充分准备各个方面的工作。在注浆过程中，选用了普通硅酸盐水泥（标号P·O32.5R）作为主要材料，控制水灰比为1。为了确保施工的准确性，高压喷射注浆钻机必须保持固定状态，同时需要根据具体施工要求灵活调整旋喷桩的位置和方向，以便更好地进行定位和导向。通常情况下，泥浆泵的工作压力被设定为40MPa，并采用跳打施工方式，需要仔细控制成孔速度和旋喷转速等参数，以确保技术处理的科学性和规范性。

为了全面准确地评估注浆拱棚超前支护技术的应用情况，通常会在技术施工后的30d 内对拱棚顶部和隧洞内部进行开挖校验。经过开挖校验，可以确认旋喷桩的质地均匀，桩径的平均值符合要求，纵向和横向的搭接紧密，咬合尺寸在0.2m 以上（具体施工现场情况见图2）。

图2 喷射施工

6 结论

综上所述，可以明显看出，注浆拱棚超前支护技术在桥梁隧道工程中具有重要的地位和作用。通过该技术的应用，能够有效地避免施工过程中可能出现的各种不良情况，显著提高工作面结构的安全性和稳定性。所以，可以得出以下三个结论：

第一，孔口止浆器作为注浆拱棚超前支护技术的关键组成部分已成功研发，并在实际工程中得到广泛应用。

第二，配合注浆拱棚超前支护技术的技术工艺设备体系已经形成，液压双摇臂高压喷射注浆钻机和孔口止浆器等设备在超前支护中表现出色，特别是在流量和压力控制方面有显著的效果。

第三，通过大规模试验的验证和注浆拱棚超前支护技术的实际应用情况检验，确认该技术操作方法显著提高了结构施工质量，尤其是在控制周围岩土体变形作用力方面，因此该技术在众多隧道工程中得到广泛应用。