基于杭长高速公路隧道衬砌支护与排水施工探究

裘高松

浙江交工集团股份有限公司铁路分公司 浙江杭州 310000

杭长高速公路隧道的路段很长，沿线环境也不同，这使得隧道施工很困难。一些隧道岩石的地质条件适合采用先进的支护技术。先进的支护技术于排水施工可以保证隧道的安全施工，达到施工质量。标准化要求以减少安全事故的发生。

1 杭长高速公路隧道工程地质及水文地质概况

杭长高速公路隧道位于低坡陡坡的山脚下。岩石是凝灰岩和粉砂岩。岩石质量相对较硬。完全风化的沙土。风化接缝和裂缝发生使得岩体破碎较差。在基岩中主要发育出两组构造面：①节理产状155°∠56°，密度1 条/m：②假流纹岩发生345°∠30°。隧道的出口部分为崩塌岩石层，主要由含有碎石的硬质塑料粉质粘土组成，厚度通常为2．7-8．1m。NNE 走向断层F20 发生在基岩中，断层倾角陡峭，断层断裂面积及影响带宽约40m，岩体疏松，影响边坡稳定性。

隧道峡谷通常具有恒定的流量，这与水原地区的地下水泛滥和水原谷地表水的积累有关。地下水与地下断层数之间存在一定的水力关系。隧道区内的地下水主要富含结构裂缝和结构裂缝区域，三个断层裂缝区域F，F7A，F8 主要由大气降水供应，影响了洞穴体的水文学。隧道所在的地理位置是温暖湿润的气候，有四个明显的季节和大量降雨，季风与台风交汇处的气候影响很大，年平均气温约为12．2°-16．2°C，降雨量为1456．6-1575．2mm。杭长高速公路隧道出口由V 级围岩，25 厘米厚的C20 喷射锚，45 厘米厚的衬砌和第二层衬砌的C30 防水混凝土制成[1]。

2. 杭长高速公路隧道超前支护施工技术

2.1 超前小导管施工

φ42×4mm 热轧无缝钢管用于先进的小型管道建设。具体的构建过程如下。①根据设计图加工小管，并使用自动成型机将其制成尖锥，以提高施工质量。②在准备子管的准备阶段，在隧道表面附近挖出轮廓线，并根据设计图确定小管的位置，并用红色油漆标记。③安装和钻孔工作。准备好施工手推车后，请使用YT-28 气腿凿岩机打孔，并将钻头对准预先标记的位置，以形成10 至15°的外推角。施工完成后，使用高压风进行拆除工作。及时安装管道，以免孔塌陷。此外，管道安装采用手动定位方法，将机器钻头推入孔中。④借助灌浆机完成灌浆操作。该材料通过添加水泥浆和水玻璃来调节固化时间。灌浆参数为：灌浆压力为0．5-1．5MPa，水泥浆的水灰比为1：1-0．5：1[2]。⑤检查灌浆效果，开挖后无塌落或渗漏现象，已施工完毕。如果不满足要求，必须立即进行灌浆。

2.2 开挖后支护

（1）材料选定。该水泥是由浙江缙云红石P0325R 普通硅酸盐水泥制成，细料为安吉县后溪沙坑的粗砂，粗骨料为隧道的5-15mm 碎石，符合规范要求。喷射促进剂为UNF-2A，生产于安徽，掺和量为水泥含量的1．5%，经过多次实地测试和比较，水灰比估计为0．45 较合适。

（2）初喷混疑土。使用具有低弹性，低粉尘和良好混凝土均匀性的湿喷涂技术，可以大大提高锚固和喷涂支撑的质量。混凝土的喷涂操作必须满足以下要求：①在喷涂混凝土之前，请使用高压水或高压风将岩石壁表面的污垢和碎屑清除掉；②喷涂过程中发现的松散的石头必须及时清除；③喷涂工作应分为几节。从下到上划分，每个部分的长度为5m 或更短；④根据设计厚度和喷涂位置确定喷涂厚度，初始喷涂的厚度通常为5cm 或更大；⑤喷嘴的喷涂方向与岩棉之间的偏转角为应该小于10°，喷嘴到喷涂表面的距离控制在0．6-1．0m 以内，喷嘴以螺旋状缓慢且均匀地移动。通常，圆的直径在30 到35 厘米之间；⑥如果最终凝结时间过长，并且初始喷射面被灰尘覆盖，请用高压气体或高压水清洁喷射面，并且在岩体不很严重时，请通过初始喷射将其压平[3]。

（3）设置锚杆及挂网。锚杆采用φ25×5mm 空心注浆锚杆，沿周向无轮廓线布置，周向距离0．75m，每个循环之间的间隔为1m，长度为3．5m，Y28 气动钻机带基岩。钻孔完成后，用高压空气清洁孔，将固定剂浸入孔中，填充至孔深度的2/3，然后用手风枪将锚杆插入孔中直至固定。药剂与锚杆紧密接触后，注入水泥砂浆，安装后锚杆的裸露长度不超过10 厘米。钢网由A6 型钢焊接网制成，网眼尺寸为10cmx10cm，锚固件和网必须紧密焊接。丝网应在喷涂表面上起伏，并且喷涂表面与喷涂表面之间的间隙应小于3cm。

（4）安装U 型钢支撑。U25 在现场或工厂由A3 型或15 锰钢制成。钢格栅使用φ25 加强筋，腹板用φ14 加强筋，而φ10加强筋用作箍筋。格栅的横截面为20×20cm，每开挖0．5m 就竖起一个钢格栅。钢支架的安装应基于“三项控制”原则。即，严格控制拱形基座的高度，拱形支腿的高度，中心线和两个拱形支腿之间的距离，以使钢制支撑不会倾斜，并且便于钢制支撑与上下台阶的连接。使用两个25×25×5cm 的钢制支撑基板来增加支撑连接板力的面积，并在两个拱形基座上放置四个φ22 锁定脚锚。竖起钢支架后，将φ25 纵向连接的钢筋焊接在一起，以将每个钢支架整体连接起来。钢框架和围岩应尽可能靠近，并留有20 至30 厘米的间隙作为混凝土保护层，如果钢框架和围岩之间的间隙太大，则应安装混凝土垫层，并使用C30 模制混凝土回填隧道。钢框架应垂直于隧道的中心线，上下允许的偏差为50mm，斜度不得超过20。

在安装锚杆，网孔和金属丝网后，混凝土的重新喷涂与初始喷涂和固化过程相同。喷涂操作分为4 层，每个喷射混凝土的厚度控制在6 厘米左右，每次间隔为10 分钟[4-6]。

3 影响排水的不利因素

在排水施工过程中，隧道的平衡可能被人为地破坏，而隧道平衡的丧失会导致地下水的流失，大大降低了施工的安全性。同时，岩石事故，地下水位下降，水位异常等不仅破坏当地的生态环境，而且造成严重的水源流失，严重影响排水施工的建设。

在排水施工期间，来自地下水的黄土，沙子和岩石的碎屑总是出现在隧道出口位置，堵塞了排水沟，使排水沟修复困难。解决该问题的关键是在喷嘴附近的填充剂不被地下水冲刷的前提下，增加喷嘴附近的填充剂的压力以确保喷嘴的安全性。

4 杭长高速公路隧道排水施工技术方案

隧道内水害的风险取决于隧道内外的各种条件，影响因素非常复杂，只有依靠综合处理方法才能在将来不造成任何问题的情况下加以预防。

4.1 洞内防排水

（1）隧道开挖后排水。挖掘隧道后，首先向其喷涂5 厘米厚的混凝土层，并用M10 砂浆沿泄漏处和裂缝进行平整。在没有裂缝的情况下，以40cm 至50cm 的间隔钻一个长3 厘米深1 米的排水管，用钢钉固定，然后立即在低压下喷洒2cm 厚的速效混凝土。将Yas半圆管的排水端插入集水槽。贮槽的垂直长度分为两个阶段。对于60 厘米长的管道：必须配备4 个或更多Yas 半圆管，并带有一个集水箱，两个集水箱之间的净距离必须至少为2m，如图1 所示[7]。完成上述步骤后，继续逐层喷涂混凝土直至达到设计厚度。对于各层的泄漏，有必要根据上述条件处理Yas 半圆管，并通过水平排水管将水从集水箱进入隧道的中央排水管。

图1 纵向排水管

（2）复合式衬砌中间铺设防水层。隧道设计为密封且防水的。在浇筑第二层衬砌混凝土之前，铺设复合E-VA 防水卷材材料。防水卷材通过热封机焊接。包裹的长度是10 厘米。在焊接过程中必须控制热合机的温度和焊接速度，以免漏焊或过度焊接。焊接时，焊接宽度为10cm。接头的水密性试验，质量标准为：在0．2Mpa 的水压下24 小时无渗漏：防水膜的水平透过系数（20Kpa）≥0．28cm/s，防水膜的水平透过系数（100Kpa）0．12cm/s；无纺布土工织物单位面积质量为400g/m2，横向伸长率≥55%。在铺设防水卷材之前，必须从初始支撑表面上去除裸露的钢筋头，锚杆头和抛丸混凝土的尖角，以防止在施工过程中损坏防水卷材。埋入防水膜的顺序是先安装圆顶，然后将其安装到侧壁上，将箍松弛率调整为10%至15%，将纵向松弛率调整为5%至8%，并且必须根据表面的平整度进行适当调整。在二次衬砌混凝土浇筑中，箍橡胶止水带和止水带用于工作缝，伸缩缝和下沉缝，双层后附接止水带用于严重泄漏。

（3）防水混凝土提高抗渗能力。隧道次衬混凝土的强度为C30，防渗设计为S10。因此，请检查混凝土的配合比。在施工现场将混凝土充分振摇和搅拌，水泥由缙云P．042．5 制成膨胀型水泥，其混合量为水泥消耗量的1%。

（4）隧道路面排水。隧道排水是中央排水。将φ300 钢筋混凝土管埋在隧道的中心，并以25m 的间隔安装中心暗井，水平φ100HDPE 双层波纹管与φ100HDPE 多孔波纹管的两侧以及三通通过第二衬砌连接，如图2[8]。

4.2 洞外排水

根据隧道出口段的地质和水文条件，在距隧道入口50m 处的隧道顶部安装了一条阻塞沟，在雨季，来自山体的地表水会流入天然河流。在距隧道入口5m 的隧道入口壁的后方安装有水槽。阻塞沟不能满足入水要求，流水可以完全进入天然河道。排水沟为M10 平板石材，复合防水膜置于基础地板上以防止泄漏。严格禁止来自隧道外部的水进入隧道，以使隧道内部和外部的防水和排水形成一个完整的系统[6]。

图2 中央排水立面图

5 结语

杭长高速公路隧道出口处的围岩水平面易碎，裂隙中富含水分。施工中应采用超前小导管注浆、U 型钢支撑、锚喷网相结合的支护手段，使得隧道施工能够顺利进行。

隧道中的漏水会对交通安全，隧道本身的稳定性以及项目的社会和经济效益造成严重的负面影响。鉴于当前实施的有效性，杭长高速公路隧道的治水管理计划相对经济，简便且有效，并为将来的隧道排水设计提供了有用的参考和参考资料。