高速公路隧道洞身开挖施工与初期支护措施

2021-06-24史雄博

运输经理世界 2021年34期

史雄博

（甘肃省交通工程建设监理有限公司，甘肃兰州730000）

0 引言

随着我国各地区城市化进程的不断加快，道路交通体系也在不断地发展和完善。在这样的背景下，各地区都在不断进行高速公路修建，而在高速公路修建过程中，经常需要进行各种隧道的施工。要想保证隧道的施工质量，应做好隧道施工过程中的洞身开挖工作，采取合适的方法挖掘隧道。在隧道施工初期，应借助各种类型的支护结构实现隧道整体的稳定，从而保证高速公路整体的工程质量，发挥出高速公路的作用，推动社会的发展。

1 高速公路隧道施工的特点

高速公路隧道施工难度大，主要是因为隧道工程埋于地下，工程地质和水文地质条件非常复杂。在这样的情况下，负责施工的技术人员，往往很难准确把控山体内的结构，对施工区域的地下水等特殊地理、水文条件的了解，也存在较大难度。所以，在进行高速公路的隧道施工时，整体难度较大。此外，由于高速公路的隧道施工属于地下施工，不利于施工方随时掌握施工的实际情况，对施工过程中存在的各种安全隐患，也无法提前预知。在隧道施工过程中，施工区域周围的地质和水文条件，随时都可能因施工情况的变化而发生变化。所以，在施工过程中，如果无法对隧道的内部做好支撑和稳定，那么将会给施工埋下巨大的安全隐患。

除此以外，由于隧道施工时环境较为封闭，施工区域空气流通不畅，所以，在实际施工过程中，必须要采取合适的手段加强隧道内的空气流动，保证施工人员的人身安全。但这样一来，也造成了隧道施工成本比其他工程的施工更大的局面，同时对施工方案也提出了更高的要求。

2 高速公路隧道工程的施工原则

在高速公路建设过程中，负责隧道施工的工作人员在施工时，必须严格遵循施工原则，从而最大限度地保证施工安全，更好地处理安全隐患。在这一过程中，首先应确保从事施工活动的有关单位，具备符合要求的施工资质，并在正式施工前，安排专门的技术人员对工程的实际情况进行全面调查和分析，然后再根据现场的实际情况，结合工程的要求，制定出具体的施工方案。其次，对施工过程中可能存在的安全隐患，应安排人员制定应急预案，保证施工顺利进行。最后，必须对于施工现场做好控制和管理，特别是对某些黄土含量较大、含水量较高的区域，在这些特殊的情况下进行隧道的施工，必须严格按照工程的实际需求控制好仰拱距掌子面的距离。同时，还应安排工作人员随时对施工现场的地质和水文条件进行全面考察，控制好施工现场的人数，如果发现施工过程中处存在较大安全隐患，应及时撤离，避免发生安全事故。

3 高速公路隧道工程洞身开挖策略

隧道施工过程中，洞身开挖是最重要的一环，其工作量较大，施工风险较高。因此，只有做好这一环节的施工，才能保证后续工程的顺利进行。在进行隧道洞身开挖时，施工的基本原则和策略主要有以下几方面：

3.1 施工的基本原则

施工前，必须做好工程现场的调查工作，并做好工程设计图纸的核对工作，为隧道施工做好准备。在正式开挖隧道时，必须安排全断面模板台车、锚杆机、湿喷机和通风机提前进入施工现场。通风机应设在隧道洞口附近，当隧道的挖掘深度达到50m 后，就应以适当的风速向隧道内部送风。对施工过程中出现的地下水，应做好化学分析，从而准确判断地下水对于工程的整体结构是否存在较为严重的侵蚀问题。

3.2 洞身开挖

在洞身开挖前，技术人员应做好测量放样，开挖过程中必须随时对隧道的轴线位置和高度进行测量，在隧道内部每隔50m 设置一个水准点，确保工程施工可以严格按照设计图纸进行。在这一过程中，还应安排独立的监理人员，对施工全过程做好监督和管理工作。在洞身挖掘过程中，应选择合适的开挖方法，一次成形，并预留足够的沉降量，为后续工序提供良好的工作环境。最重要的是，在挖掘过程中必须做好逃生管道的设置，确保一旦出现意外事故，施工人员可以及时撤离。从隧道挖掘的实际情况来看，经常会出现超挖现象，一旦出现超挖，必须采用同等强度的混凝土进行回填，以保障工程整体的安全和质量[1]。

3.3 挖掘方法

挖掘的方法主要有三种，分别是全断面开挖法、台阶法及环形开挖留核心土法。采用全断面开挖法，应将工程的施工尺寸控制在3～4m 之间，并通过大型机械设备配套作业。借助大型机械设备，在同一平面上以恒定的速度进行隧道挖掘。在进行超前开挖导洞时，还应控制好开挖的距离，确保工程的施工质量；在隧道内围岩整体性较强的情况下，可以通过台阶法进行挖掘，上台阶的长度不得大于30m，借助悬臂掘进机，可以最大限度地减少对围岩的扰动；环形开挖留核心土法，指的是将隧道的开挖面依照上、下、底划分为四个部位，每一步做好核心土的预留后，再进行挖掘。挖掘的过程中，核心土的面积应占断面面积的50%以上。每完成一部分的挖掘后，应及时采用初衬混凝土将围岩封闭。

在不同的情况下进行隧道施工，所使用的挖掘方法也不一样。负责隧道施工工作的人员在日常工作过程中，必须做好对施工现场的调查和研究工作，根据施工现场的实际情况，选择最合适的施工方法。

4 高速公路隧道施工初期支护措施

隧道施工中非常重要的一点，就是支护工作。只有做好支护工作，才可以保证工程整体的安全性。进行高速公路隧道施工时，初期的支护措施，主要划分以下几类：

4.1 钢筋网的制作和安装

钢筋网是支护措施中的重要组成部分。在进行钢筋网制作时，应严格按照设计图纸执行，在钢筋网片中进行点焊的节点数量应不低于全体节点数量的20%。除了点焊的节点外，其他节点应当用扎丝进行捆绑，在完成锚杆的安装后，再将制作好的钢筋网运输到施工现场，开始挂设。搭设钢筋网时，钢筋网片之间的搭接长度不得小于2 个网格，且在搭设过程中，应预先在岩壁上铺设混凝土层，然后再根据地势的起伏安装钢筋网。如果利用双层钢筋网，那么第二层钢筋网的安装，应当在第一层钢筋网被混凝土覆盖后进行，并且在安装过程中，必须要将钢筋网和其他固定结构之间充分连接，保证喷射混凝土时，钢筋网不会晃动[2]。

4.2 锚杆施工

进行锚杆安装，应在隧道内第一次混凝土喷射后就进行。如果是在V 级围岩区域进行锚杆施工，那么应在完成第一次混凝土喷射的3h 后进行施工。在岩壁上钻孔时，必须根据工程设计要求和施工现场的实际情况，选择合适的孔洞。

为保证锁脚锚杆设计拉拔力，应减少对围岩的扰动，加快作业循环时间，保障洞内施工人员作业环境安全。锁脚锚杆采用气动手持式钻机，单孔3～4m长，钻孔时间在5～10min 左右，且确保干钻无水，不会浸泡拱脚，不会对围岩的稳定产生破坏。钻孔过程中，孔位允许偏差应控制在设计规范内。在正式施工前，还需采用高压风枪将孔内岩粉、碎屑等杂物清理干净。

4.3 钢拱架的安装

在正式安装钢拱架前，必须对钢拱架的整体质量进行全面检测，确保在质量符合施工要求的前提下再安装。安装钢拱架时，应和第一次喷射的混凝土之间进行紧密接触，接触过程中存在的空隙应借助垫块进行嵌实处理。钢拱架两侧的架脚，也应放在较为牢固的地基上。正式安装前，还必须全面清理钢拱架底部的地面。除此以外，还要确定钢拱架的标高符合工程的实际需求，如果无法满足，可以通过钢板对标高进行调整（见图1）。

图1 钢拱架的安装

为了更好地保证钢拱架上、下导竖直连接，不产生扭曲变形，更好地受力，防止开挖下导时喷射混凝土堵塞螺栓孔、机械破坏上导拱脚连接钢板，造成下导连接困难，且避免对拱架整体成环受力造成影响，应增加钢拱架拱脚保护砂箱。如此，既保证了钢拱架上、下导连接的顺直度，使之更好地受力，又能防止螺栓孔堵塞，方便施工，还能防止拱架下沉，节约材料的同时，还能保证钢拱架的施工质量[3]。

4.4 喷射混凝土施工

喷射混凝土施工是高速公路隧道施工中初期支护过程中最重要的一环。在这一过程中，应选择合适的原材料，尽可能选择PO.42.5 普通硅酸盐水泥。在水泥正式使用前，还要做好相应的试验工作。制作混凝土的过程中所使用的砂的细度模数应大于3，整体的含水率应控制在5%～7%之间。为了使制作的混凝土更好地满足工程的实际需要，应选择高效减水剂来控制混凝土整体的坍落度和品质。混凝土制作过程中，要选择符合质量标准的速凝剂，采购人员在完成了速凝剂的采购后，应做好保管工作，避免其品质出现变化。速凝剂在正式投入使用前，应进行试验。在混凝土制作过程中所使用的水，也应控制好品质，确保水源质量不会对施工造成不利影响[4]。

完成原材料的选择后，就应借助试验的方式来选择喷射混凝土内部各种材料的配比。为了更好地满足工程的实际需要，试验人员应尽量选择符合需求的两种以上的材料配比，再通过试验进行对比，选择最符合要求的配比方案，在投入应用时应随时根据施工要求进行调整。正式进行混凝土喷射前，必须对隧道断面的整体尺寸以及隧道内部的断裂破损部位进行全面检查和分析。对于隧道内影响作业活动的障碍物，应及时拆除。

喷射混凝土施工应分段进行。按照由下至上的顺序，将隧道内部以6m 为标准长度进行划分。初次喷射的厚度不得小于40mm，混凝土喷射的最终厚度应满足设计要求。首次混凝土喷射应注重将隧道壁上出现的坑洞等进行填平处理，第二次混凝土喷射应在初次喷射完成最终凝固后进行。如果隧道内部的岩壁表面出现了渗水现象，那么就应对混凝土的配合比进行调整，增加混凝土内水泥速凝剂的含量。如果在局部区域出现了非常大的出水现象，应增设盲管或排水板，并结合凿槽埋管，将水引入侧沟。