浅议高速公路隧道的开挖与支护

彭雷

[摘要] 高速公路属于高等级公路,其建设情况代表着一个国家和地区的交通发达程度、乃至经济文化发展的整体水平。为了加快实现我国交通运输高速化、重载化，大力开发基础设施建设步伐的加快， “安全、优质、快速、高效”地修建高速公路隧道,是所有建设者的共同目标。本文阐述了高速公路隧道的开挖与支护技术。

[关键词] 公路隧道喷锚构筑法开挖与支护

我国高速公路建设的进程速度加快，为避免“大建设、大破坏”的局面，更好地实现高速公路建设的可持续发展，更好地“构建和谐交通”，必须重视高速公路隧道开挖与支护中各项技术指标的合理运用。公路隧道的施工方法有明挖法和暗挖法两大类。先将地面挖开,在露天情况下修筑隧道结构,然后再覆盖回填的方法是明挖法。施工时，不挖开隧道上面的地层,在地下进行开挖和修筑隧道结构的方法是暗挖法。暗挖法又分为矿山法、隧道掘进机法和盾构法等。隧道进洞方案采用大断面开挖的方式即明挖法，这种开完方法简单易行，土石方量很大，对周边的植被破坏性较大。因为对于埋深较大的隧道,采用“明挖法”施工将是难以想象和不能接受的，山岭道路隧道必须采用矿山法施工, 喷锚构筑法是矿山法中的最重要、最常用、最有效的一种开挖方法。下面就谈谈自己对高速公路隧道的开挖与支护的肤浅看法。

1.喷锚构筑法的内涵

喷锚构筑法常用于大断面开挖，减少对围岩的扰动，通常采用光面爆破法或大中型机械进行掘进。初期支护参数要据量测数据提示的围岩动态发展趋势来确定。为了增强围岩的自承载能力，控制围岩松弛变形，要对围岩进行加固，初期常用锚杆和喷射混凝土等柔性构件组合加固。初期支护适应性强，工艺较复杂，对围岩的动态量测要求较高。随着挖掘的加深，可增加双层小导管注浆支护。初期支护和围岩共同构成隧道的复合式承载结构体系。[1]

1.1喷锚暗挖构筑法的施工方案

喷锚暗挖洞体要严格执行“管超前”“严注浆”“短开挖”“强支护”“快封闭”“勤量测”的十八字方针。当洞体开挖面比较稳定时,施工顺序是：开挖→柔性衬混凝土浇筑→施工量测(位移、应力等量测) →锚杆施工→防水施工→二衬混凝土浇筑。

1.2 喷锚构筑法的主要特点

喷锚构筑法能有效地支护围岩，同时又允许围岩变形。锚喷支护可以应用于破碎岩体、弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩。也适用于微裂隙的，但很少粘土的岩体、强风化的岩石、刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩体。喷锚构筑法先施做薄的辅助混凝土来做衬砌，监测变形过程，待变形稳定后才可修筑永久性支护，通过测量围岩和支护变形动态，控制隧道的稳定性。 [2]

2.隧道光面爆破施工

光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。应用光面爆破技术对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，减少对围岩的扰动，保持围岩原有承载能力。围岩壁平整，应力均匀、防止局部落石，确保施工安全，同时，隧道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出碴工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了工程质量和进度，光面爆破可减轻振动和保护围岩，是目前在松软及不均质的地质岩体中最成熟的隧道开挖爆破技术。采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖，一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。开挖作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。

2.1 光面爆破层厚度

即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的10～20倍。岩质软弱、裂隙发育者，眼距应小而抵抗线应大； 坚硬、稳定的岩石上，眼距应大而抵抗线应小。

2.2 定位开眼

采用钻孔台车辅以风动凿岩机钻孔，其轴线与隧道轴线要保持平行。就位后按炮眼布置图正对钻孔。炮眼深度的确定取决于岩石的性质、钻眼机具、循环作业方式、炸药的类别等，对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它炮眼要高，开孔偏差控制在5cm以内。孔距一般为光面爆破层厚度的0.75～0.90倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。钻眼要 “平、直、齐、准”。 所有周边眼应彼此平行，并且在其深度不比其它炮眼深。

2.3 循环作业方式

合理的炮眼深度应与循环作业方式相适应，保证实施正规循环作业，每班工作任务明确，便于组织和管理，配合锚网喷支护及其掘支作业方式，在合理的炮眼深度内，力争达到一班多循环或中深孔爆破一班一循环。

2.4 光爆施工

光面爆破是要使相邻炮孔之间用裂隙连通起来，以形成平整的断裂面。空孔的作用主要是对裂隙的伸展起导向作用。空孔与装药孔距离，一般在400mm以内。装药前，用炮钩和高压风将炮眼内石屑、水及其它杂质全部清理净。装药需分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，不得乱装药。所有炮眼用炮泥堵塞，长度不小于30cm。起爆网络采取孔内延期微差、孔外簇联的起爆方式，邻近周边眼的一排炮眼的药量要比其他炮眼的药量少，以控制围岩爆震裂隙的发展。配合锚喷支护，光面爆破使开挖面平整、准确，便于锚喷成形，并减少回弹量。

3.隧道支护方法

3.1 喷射混凝土支护

喷射混凝土是按一定比例，将水泥、沙、石、水及外加剂，经过特定工艺方法混合搅拌再喷射到受喷面上，在短时间内凝结、硬化后达到一定强度的快速支护方法。向洞室内表面围岩喷射混凝土，使被裂隙分割的岩块体粘接起来，保持岩块体的咬合和镶嵌作用，缓和了应力集中现象的发生，防止围岩松动，喷射混凝土自身有一定的刚度，能够抵抗岩土体的坍塌。喷射混凝土施工简便，具有加固、止水等效果。能够和其它支护方法共同作用，承受支护结构的受压变形。喷射混凝土支护是现代隧道施工中最常用的方法之一。

3.2 双层小导管注浆支护

在隧道洞门开挖施工中广泛应用双层小导管注浆支护。沿隧道拱部周边环向打双层小导管，小导管里的注浆液，通过小导管上的梅花孔扩散到松散岩体上，利用浆液使岩体固结和小导管形成稳定的固结拱体。外层较大角度的小导管主要发挥较大范围的注浆作用和斜锚杆作用，来固结松散岩体，提高围岩的承载力。内层较小角度的小导管除浆液通道作用外，主要发挥“梁效应”，钢管起到超前管棚和注浆加固的双重作用。将淤泥层的水疏干，使淤泥由液塑状态变为干硬状态。为加强支护强度，在小导管内安装φ22锚杆后注浆，解决小导管刚度不足的问题。锚杆从拱架中穿过，并与前后环超前焊接，与拱架形成整体受力，防止隧道断面拱部发生坍塌。[3]

3.3 管棚支护

管棚支护是一种在软弱围岩中进行隧道掘进的超前支护技术。为防止隧道或地下硐室开挖引起的地表下沉和围岩松动，在洞口部位施工管棚，在开挖的外轮廓线采用直径较大的钢管超前布置，超前的距离较大，形成纵向钢梁的作用，减小由于岩土体自重产生的侧向压力，稳定前方地层。开挖掘进前沿开挖工作面的上半断面设计周边打入厚壁钢管，钢管壁厚以10～30毫米、管径以80～180毫米为宜。如不进行大管棚超前支护，一般都会在顶部产生边挖边塌的现象，甚至引起边坡的大面积失稳，对施工造成很大的威胁。在软岩隧道施工中穿越破碎带、松散带、软弱地层，涌水、涌砂层发挥了重要作用。为后续的隧道开挖奠定了坚实的基础，工期短、施工快、安全性高，作用在开挖面上的渗透力显著降低。被认为是隧道施工中解决冒项的最有效最合理的施工方法。

总之，隧道施工主要包括开挖和支护两大部分。开挖是隧道施工的龙头，是隧道主要控制方法，开挖符合要求，支护才有一个顺利的保证基础。变被动支护为主动支护，以达到堵水、引水、排水、防止渗漏。隧道洞口采取恰当的施工工艺，发挥超前支护作用，增加了施工安全性，具有显著的经济效益和社会效益。