超前支护施工技术在高速公路隧道施工中的应用

秦金龙

（核工业华东建设工程集团有限公司，江西 南昌 330000）

引言

超前支护在当前的公路隧道施工中起到越来越重要的作用，合理的支护施工有效降低了隧道施工过程坍塌的可能性，保证了施工安全。而在支护技术的分析中，超前施工作为一种早期支护方法，比其他的支护施工技术效果更好，能够满足工程建设的需求，现场施工中通过对施工工艺与施工技术的研究，能够改进支护效果，使得隧道的强度和承载能力达标。因此在高速公路隧道施工过程中，加强对于超前支护施工技术的研究与分析，探讨技术的优缺点很有必要。超前支护是开挖施工安全的关键措施，不仅对保证隧道工程的顺利进行和安全运营，而且对保证施工质量和工期都具有重要意义。

一、技术概述

超前支护顾名思义是一种提前的支护方法，是在实际开挖前的预处理过程中，其中主要有管棚支护、小导管支护等施工技术再结合多种辅助施工手段。因此能在支护过程中满足支护要求，增加支护强度，在施工过程中对隧道进行有效支护，已在隧道施工中得到充分应用。目前超前支护的优点是可以提前支护隧道施工，采用先支后施工法，大大提高了隧道施工的安全性。采用超前的支护施工技术，结合当前隧道工程的实际发展，可以解决施工安全问题，避免隧道坍塌。由于技术的超前特点，所以必须根据高速公路隧道实际施工情况进行施工，分析隧道开挖的要求以及重难点，根据建设施工情况选择最合适的技术并规划施工流程，选择有关参数，确保支护效果。

二、应用技术

（一）小管施工工艺

1.钻孔小导管

在钻孔和建造小管道之前，必须喷灌浆墙。通常，将3 至5 厘米厚的混凝土喷洒到开挖面上，以密封拱形开挖面的裂缝。钻孔需要根据设计室和外部插入的角度，沿着基坑的轮廓制作一个钻头，顶管采用气动凿岩机冲击振动方式。小管施工分两个周期，按奇数和偶数顺序完成奇数钢管安装和灌浆后，将偶数钢管投入运行。方便检查一次灌浆质量，适当补偿灌浆。当钢管灌浆完成并达到强度后，进行开挖。

2.灌浆

为了更方便地连接注浆管，在安装过程中应将小管露出一定长度，并严密密封管子周围的孔隙。它通常用塑料泥密封，用工作面混凝土封闭。同时，确保机械设备工作正常，管路连接正确，接口严密，注浆机调试符合标准，按设计配浆配比。要求。当上述指标符合标准并确认无误后，将配制好的水泥浆倒入注浆机的浆槽中，水泥浆浓度为1：1 水泥浆，启动注浆机，对周围加压岩石水泥浆通过一根小导管。

为避免灌浆过程中因沉降、分层而造成浆液浓度不均，操作人员必须不断搅拌浆液，使其混合均匀。浆料的浓度和凝结时间必须符合设计要求。灌浆完成后，必须及时关闭钢管的孔口，防止灌浆流出[1]。另外，在注浆时，施工人员要经常检查泵口和孔口注浆压力的变化情况，及时排除故障。

3.施工要求

在开始灌浆工作之前，现场工作人员必须保持机器和设备的良好保养，并用干净的水测试灌浆机。如果发现问题，必须及时拆除和维修，以确定问题是否存在。灌浆管道系统应多加注意，包括接头、阀门等主要部件，无破损、老化、锈蚀等不良情况，及时更换，以免灌浆时发生事故。

为避免出现变形、拉丝等异常现象，施工人员在灌浆过程中必须密切注意灌浆压力。端压必须满足设计强度要求，且端压必须保持足够的时间。浆料的渗透范围符合标准。如果注浆不正常，主要的处理方法有：通过降低灌浆压力或间隙灌浆，可以减少异常现象，通过改变灌浆材料，可以缩短浆体的固化时间，减缓渗漏现象的恶化。如有串浆现象，可用两台灌浆机同时灌浆，或暂时堵住串浆孔，转动时拔掉堵塞的塞子[2]。使用灌浆管，小心铁丝或细钢棒清除管内杂物，然后用高压空气或水冲洗后再灌浆。

在灌浆过程中，现场工作人员必须通过战后合作统一指挥，如果灌浆液设定时间不符合要求，必须及时查明原因并排除。孔口漏水问题可以通过在花管末端用麻丝和固定剂堵住管孔缝隙来解决。注浆顺序必须严格遵循自下而上和从两侧到孔中部的对称顺序。

如果浆液量大但压力长时间不升高，就要检测是否存在漏浆问题。如无渗漏，调整浆液浓度和混合比，缩短胶凝时间，同时适当降低注浆机泵压，或采用间歇注浆，使浆液相对于胶缝有停留时间[3]。

在注浆结束之后，应该及时对于各种机械设备进行检查，尤其是直接参与施工操作的搅拌机械以及注浆管道等，必须按照严格的程序进行清洗，确保无渣浆残留，防止设备堵塞。收集好设备后，将其带出洞穴，并定期检查和保养，使其处于良好状态，以备下一步灌浆使用。

（二）隧道入口施工过程

1.隧道洞口施工

隧道入口开挖时，先应用超前支护，隧道入口开挖时，应按设计要求开挖上坡和明洞，先开挖等高线。这样能为防止雨水冲刷边坡，避免堵住雨水沟，保证雨水排水良好。洞口应从顶部依次开挖，配备专用开挖设备，并根据岩石硬度和土壤特性合理选择开挖方式。如果岩石坚硬，难以开挖，可采用爆破法开挖。隧道洞口的开挖是高速公路隧道施工的起始环节之一，为了在施工开始阶段就确保质量，避免坍塌并为后续施工提供支持，应该通过上述有效手段来确保支护的有效性[4]。在超前支护的技术应用中，应该严格分析场地情况以及技术标准，提高开挖质量。

2.隧道开挖施工

隧道口开挖后应立即支护，根据超前支护特点和隧道口实际情况，采用管棚支护。钻孔必须沿着开挖路线钻孔。必须将钢管插入钻孔中。目前，用于管棚支架的无缝管长度可以调节，合理保证管棚间隙。在实际的技术应用过程中，通过管棚支护技术可以对隧道周围的围岩进行支护，从而避免坍塌，提高后续施工的安全性，因此这种技术能够有效提高支护质量。在实际施工中对于接缝的比例以及支护的位置选择应该注意合理科学。

（三）开挖技术应用

超前支护在隧道开挖中的应用较为复杂。在开挖工作之前应该先进行小导管的调整，确定其位置，然后检查放置的角度是够满足要求，合格后进行注浆工作。准备工作完成后，用钻具沿钻孔驱动小管，分析土壤的软硬程度，调整小管的直径和间距。小管灌浆完成后，进行符合性测试，即可开挖孔。由于隧道洞深的开挖需要达到强度的目标要求，所以超前支护的技术选择是非常重要的环节，应该在洞口的处理基础上结合实际情况进行选择，以满足洞深开挖工作中的承载力要求。

（四）锚杆安装

1.灌浆

为保护灌浆管道，灌浆开始或停止灌浆30 分钟以上时，应将灌浆罐及管道用水润滑。砂浆螺栓连接的工作方式是先灌浆，然后插入锚杆。在实际操作中，需要先调整好牛角泵等设备，在其中加入水，然后加入少量砂浆，检查运行效果，正常后开始将注浆管道插入锚孔开始[5]。这样利用了气压实现了更好的注浆操作，避免干燥管道内的浆液流动缓慢。

插入锚杆时不要左右晃动，以免锚杆与孔壁产生间隙。注浆管不能放在人面前，气阀打开前注浆管不能移动，接头关闭密封，防止高压喷出伤人。搅拌促进剂砂浆时，一次搅拌的砂浆数量不应超过三孔，使砂浆在泵管内凝固的时间不要太长。

2.锚杆安装

当螺栓头进入孔内时，杆体迅速插入并安装到位。在安装锚之前，杆必须被移除并重新填充。插入孔中的锚杆长度必须至少为95%。安装锚杆后，不可随意敲击。在控制质量方面，应该注意注浆的操作流程，判断注浆的饱满程度。在实际施工过程中，应该先把注浆管伸入孔中距离孔底五厘米处，然后再开始注浆后缓慢地抽出注浆管，不宜过快拔出使得内部结构出现中空，同时如果砂浆不足需要及时补充。此外，砂浆锚杆安装完成之后，不能够对杆体进行移动或打击，以免破坏结构。

（五）力学模型分析

在超前支护的施工中，为了满足质量要求并起到支护效果，需要从力学模型的角度进行理论计算与分析，为实际施工提供参数支持，并可以及时分析出现问题的原因。在当前的应用中分析，超前支付主要由围岩钢管组成，或者是箱体结构通过整体化来作为独立结构起到承载作用。超前的支护提高了围岩的承载能力和抗剪强度，是一种支撑隧道前后的梁状结构，可以形成壳式防护结构来保护隧道。除此之外，通过管棚支护以及小导管支护能够有效提高整体的支护强度，满足隧道开挖施工中的隧道强度要求，能够提高整体施工效果。

三、技术的优缺点

（一）技术优势

通过前文的分析，可以看出超前支护施工技术在高速公路隧道的施工中能够起到良好的支撑作用，对于施工过程中的坍塌风险能够有效规避，使得高速公路隧道建设顺利推进。在技术的应用效果方面进行分析，超前支护施工技术能够实现开挖工作中的有效保护，提高隧道周围结构中岩石的承载力，使得工程结构的承载力满足设计要求。超前支护不仅是提前对于结构的稳定，也能够在后续的隧道稳定中起到良好的作用，对于隧道整体的承载力有一定程度的提高。因此超前支护技术是当前高速公路隧道施工的重要支护方法之一，优势突出，值得进行研究与分析，应用也逐渐广泛，在各种隧道施工中发挥了优点。

（二）技术的缺点

通过分析可以看出，超前支护具有良好的应用效果，但是没有任何一种技术是完美适应所有情况的，超前支护施工在应用中也存在其问题与缺点，导致施工效果下降或者出现问题，因此需要现场施工人员仔细判断技术应用条件，提高应用的规范性，最大化发挥优势并避免缺点影响。从技术方面分析，以管棚支护为例，管棚施工的刚度大，同时施工技术复杂，出现错误的风险较高。而小导管施工中，对于注浆操作的要求较高，注浆过程中出现问题可能质量就会下降，形式单一，不能完全满足复杂条件的施工。另外，超前支护技术前端仍在画面内，这样就导致支护效果下降，所以超前支护的选择需要充分考虑现场情况，及时进行调整[6]。

四、结束语

综上所述，通过对高速公路隧道的施工中超前支护的概念分析，以及通过实际情况下的施工技术应用研究展开分析，发现超前支护能够有效在施工前提高隧道周边围岩的强度，保证施工中的安全性，并最终提高隧道的强度。施工后能有效支撑隧道，整体施工质量达标。因此，要为公路隧道提供有力的支护，解决公路隧道支护不足的问题，此外还需要了解超前辅助技术的特点和应用范围，根据超前的辅助技术优势，最大限度地发挥支护特性。