超前支护施工技术在高速公路隧道施工中的应用

李爱民

(贵州远航交通工程有限公司，贵州 贵阳 550001)

1 超前支护施工技术概述

超前支护施工技术包括管棚支护、钢管支护、锚杆支护、注浆支护等，该技术涉及到的小型技术手段比较多，但是其实际支护效果比较出色，而且能够在正式施工之前进行提前支护，有效提高了高速公路隧道施工的安全性。超前支护主要包括导向墙、管棚、钻孔、注浆等施工技术组成。

2 超前支护施工技术在高速公路隧道施工中的优缺点

2.1 超前支护施工技术在高速公路隧道中的优点

超前支护施工技术可以帮助高速公路隧道施工降低安全事故发生的几率，防止施工人员在隧道洞深施工时发生坍塌事故，该技术可以有效保障隧道施工人员的生命安全。超前支护施工技术为高速公路的隧道提供辅助的支撑措施，提高了其隧道的强度和实际支撑能力，降低了隧道围岩强度和支撑能力不够所造成的潜在风险。超前支护施工技术是保障高速公路隧道施工安全稳定进行的重要手段，目前该技术被广泛使用在高速公路的隧道施工中。

2.2 超前支护施工技术在高速公路隧道中的缺点

超前支护施工技术对导向墙、管棚、钻孔及注浆施工的技术要求比较高，如果任何一个超前支护措施存在质量问题都会对其他结构的支护效果产生极大影响，最后威胁到高速公路隧道施工人员的生命安全。而且超前支护施工技术中很多都要结合施工现场进行调整，并不能直接应用其他高速公路隧道工程中的施工案例，必须结合实际施工环境进行调整才能保证其质量符合要求。

3 超前支护施工技术在高速公路隧道施工中的应用

3.1 超前支护施工技术在高速公路隧道洞口施工

(1)高速公路隧道洞口开挖施工

超前支护施工技术应用在高速公路隧道施工的各个阶段中，而高速公路隧道施工的第一步是洞口开挖施工，所以该阶段同样要使用超前支护施工技术。高速公路隧道洞口开挖施工首先应该按照隧道设计图纸的需求对其仰坡和明洞两个位置进行施工，然后按照设计图纸在这两个位置上画出开挖的轮廓线，在隧道顶部位置设置好截水管道，防止山体中的水流影响隧道施工，最后根据施工现场的地质情况选择合适的施工技术开挖隧道。高速公路隧道雨水引流工作十分重要，渗水漏水导致围岩强度降低，最终其支撑力不足而导致隧道整体坍塌，因此在隧道顶部要做好雨水预防措施，防止雨水从边坡渗入隧道顶部，最后腐蚀围岩和土层，降低硬度和粘度，不利于隧道安全施工。如果高速公路隧道洞口开挖施工时因岩石或者土质强度过大导致无法顺利挖掘，可以结合施工现场的实际情况判断是否能够使用炸药或者雷管进行爆破，洞口开挖的施工质量必须得到保证，否则无法保证洞深施工的安全性。

(2)高速公路隧道洞口导向墙施工

高速公路隧道洞口开挖之后需要进行超前支护，而超前支护使用的就是管棚支护。管棚支护需要使用钢管和导向墙两种结构，钢管需要以管棚支护的形式插入钻孔。而导向墙是钢管管棚支护的基础，只有先保证好导向墙的支撑能力和强度符合标准，才能保证在管棚钢管浇筑合龙后不会导致导向墙沉降。导向墙的外侧区域应该使用浆砌片石填充，提高导向墙的稳定性，导向墙作为承载管棚支护的地基必须要保证其实际承载能力大于0.3 MPa时，才能进行后续的超前支护施工，否则超前支护的稳定性得不到保障。管棚支护位置应该与导向墙保持一致，而且管棚支护与开挖线之间的距离应该保持不变，最后以管棚支护的轴线为基础架设钢管。管棚钢管应该保证能够插入孔洞中，所以在打洞时应该使孔洞的直径大于钢管直径，否则不利于后面的钢管插孔工作。管棚支护施工完成浇筑后还要对导向墙进行保护，通常使用公布材料覆盖到导向墙上，防止后面的洒水工作影响导向墙的结构强度和支撑性能。

3.2 超前支护施工技术在高速公路隧道洞深施工

(1)高速公路隧道超前支护钻孔施工

超前支护施工在高速公路隧道洞深施工时需要使用钻孔施工技术，钻孔施工需要保持低压低速的钻进状态，防止钻进产生的振动影响整个隧道的施工质量。钻孔工作在持续钻进1 m后应当逐渐提高钻进压力，防止钻孔的精度随着深度的增加而降低，当钻孔工作钻进一定深度时需要使用测斜仪来修正钻孔精度，防止钻孔完成时与设计图纸差距过大，影响后续施工的稳定性和安全性。在钻孔之前应该做好止浆准备， 在钻孔过程中会产生泥浆，如果钻孔工作人员对泥浆不进行封堵，会导致隧道钻孔坍塌。所以高速公路隧道钻孔人员要在钻孔的同时喷涂15 cm厚的混凝土，可以对钻孔起到超前支护的作用，有利于保证钻孔围岩的强度和支撑性能不受影响。钻机的工作状态同样会影响钻孔的质量，如果钻孔工作人员发现钻机运行状态异常时应该立即查找原因，防止钻孔质量不符合隧道设计标准。高速公路隧道钻孔施工人员一般使用监测设备监控钻机的工作是否正常，当钻机钻进到岩石或者土壤性质较差的区域应该时刻注意混凝土层是否能够有效阻挡泥浆的渗漏，同时使用泥浆护壁保证钻机的运行状态稳定。当钻进难度过大时可以使用其他钻进方法，防止钻机被隧道岩石或者土壤夹住，整个钻进过程都必须严格控制，使其保持在低压低速的状态。钻孔工作还要及时对其钻孔中的杂质进行清理，防止钻机被钻孔中的杂质干扰，影响正常的钻进速度。钻孔可以使用高压风辅助清理，同时对钻孔的精准度进行校正，防止钻孔的偏差超出一定范围。

(2)高速公路隧道超前支护注浆施工

高速公路隧道超前支护工作中还要做好注浆施工，注浆施工是保证施工岩面不会发生漏浆的基础，注浆施工可以有效降低隧道坍塌的几率。高速公路超前支护隧道注浆施工应该保证其混凝土强度达到C25等级，防止其混凝土不能防止隧道中的泥浆渗漏，最后威胁到隧道洞内施工人员的人身安全。注浆施工一般以喷射的形式进行，除了钻孔过程中的混凝土注浆施工，还要对其他岩面、开挖、拱圈等部位进行注浆。注浆施工对材料的要求比较高，注浆混凝土必须要保证自身与围岩的黏合性良好，同时注浆混凝土材料必须保证可以进行浇灌。高速公路隧道超前支护工作中需要使用注浆施工提高隧道围岩的强度和承载能力，所以其注浆施工使用的混凝土材料的配比需要结合隧道的水土情况进行调整，尽量保证其混凝土材料的性能不受施工现场水土环境的影响。注浆施工正式投入使用之前需要对其进行水泵和注水测试，查看其是否可以由水泵抽灌至指定位置以及在受到隧道渗水的影响下是否能够保持自身性能不受影响。注浆施工使用的混凝土材料混合液在使用前需要经过过滤，防止浆液堵塞灌浆管道，当注浆管道堵塞后可以使用泄压法停止灌浆设备的运行，待清理好注浆管道后才可以继续进行注浆施工。如果注浆管道出现裂缝可以使用浸水后的麻丝对其裂纹进行封堵，注浆作为超前支护的一种，在使用前必须对其材料配比进行测试，保证注浆混凝土的压力、扩散度、强度、承载能力等参数均符合超前支护的要求。

3.3 超前支护施工技术在高速公路隧道施工受力模型

高速公路隧道施工人员在进行超前支护施工之前需要对隧道结构进行受力分析，构造出当前隧道的力学模型，根据力学模型可以分析出该隧道哪些结构的强度和支撑力等参数不符合施工要求，然后再使用超前支护施工技术对这些部位进行加固，防止施工人员在高速公路隧道施工中出现安全事故。超前支护施工技术包括开挖施工、导向墙施工、钻孔施工及注浆施工等，这些施工技术需要由钢管、锚杆和箱体等结构组成，每个结构的强度和承载能力参数必须达到一定值才能保证该结构能够起到超前支护的作用。超前支护可以增加隧道围岩的承载能力，其箱体和导向墙可以从支持力和抗剪应力两个方面提高隧道围岩的参数，所以可以将其箱体和导向墙看作一个独立的超前支护结构。超前支护的结构多为梁式保护壳结构，该结构可以以支点的形式支撑起围岩，防止围岩在重力的作用下塌方，有效降低了高速公路隧道施工中安全事故发生的几率。超前支护施工还可以根据力学模型分析出强度和支撑力薄弱的点，然后再使用支护施工技术对其注浆，提高高速公路隧道围岩的强度，有利于提高隧道围岩整体的支撑力。

4 结 论

综上所述，超前支护施工技术在高速公路隧道施工中可以分为洞口施工和洞深施工两个方面，其中高速公路隧道洞口施工可以分为开挖施工和导向墙施工、洞深施工可以分为钻孔施工和注浆施工。超前支护施工技术可以提高高速公路隧道施工的质量，根据高速公路隧道施工的受力模型还可以设置超前支护结构，保证高速公路隧道洞深施工人员的人身安全。