路桥隧道工程开挖支护的施工要点研究

王 元

北京城建道桥建设集团有限公司

1 隧道工程的特点

隧道工程施工作业存在较为显著的特点，施工工艺复杂，施工难度比较大。其施工特点具体体现在以下几个方面：一，隧道工程施工会受到众多不可预测因素的影响，特别是施工区域地质条件对隧道施工的影响体现得尤为明显，在工程开始施工之前如果没有对现场具体地质条件和水文环境进行详细勘察和全面掌握，就无法实现对施工区域瓦斯及泥石流等不良地质的有效预测和方案，施工过程就会面临此类安全风险。二，隧道工程施工作业难免会在一定程度上破坏区域内的原有地质结构，而且无法准确预测区域内的地质变化情况，就有可能引发塌方甚至是更为严重的安全事故。三，隧道施工作业环境往往都处于地下，存在很强的隐蔽性，各施工环节之间存在非常紧密的关联，环环紧扣，后续施工会覆盖前期施工环节，这就使一些较为隐蔽的风险不能及时发现，影响后续一系列工作的顺利开展。

2 路桥隧道工程开挖施工技术类型

2.1 全断面开挖法

全断面开挖法是路桥隧道工程施工中最为常见的一种掘进方式，具体施工操作必须严格按照隧道工程整体设计方案，采取一次性开挖方式，利用钻孔台车进行掘进。隧道工程开挖作业采用全断面开挖法，可以借助钻孔台车实施连续性开挖，直至达到隧道设计长度为止。实际开挖过程通常情况下将整个隧道分成若干个施工段，待上一阶段开挖完成之后方可进入下一阶段的施工作业，严格按照分段开挖顺序进行施工。

2.2 分部开挖法

分部开挖法是指在隧道开挖之前进行引导坑开挖的一种掘进方式。首先利用引导坑对隧道某个部分进行提前开挖，挖出一段施工作业面，然后在此基础之上实施必要的支护作业，完成支护之后再开挖剩余部分。相比较而言，这种开挖方式的安全性更高，比较适用于一些特殊土层开挖作业。简单来说，分部开挖其实就是将隧道工程整个开挖过程分成两个部分，一部分是提前施工，另一部分是后续施工，由于第一部分开挖之后采取了一定的支护措施，所以更好地保证了整个开挖施工的安全性[1]。

2.3 长台阶法

长台阶开挖法多应用于地形较为特殊的隧道工程开挖作业，最常见的是围岩等级在1～3 级情况下采取这种开挖法。长台阶开挖法最大的特点是开挖面积比较小且流水线长度大，对整个开挖施工过程具有很好的稳定作用。就我国目前情况来看，长台阶开挖法的施工长度多在100m 以内，实际开挖过程还需要采取相应的支护处理。需要注意的是，在使用长台阶开挖法的时候，需要提前做好排烟排水准备工作。

2.4 短台阶法

短台阶法主要适用于围岩等级在4级以上的隧道开挖方式，由于这种地层岩石稳定性比较差，而且岩石传递载荷较低，如果开挖长度比较大的话很容易引发塌方事故。所以为了更好地保证隧道开挖过程的安全性，4级以上的围岩结构最好采用短台阶开挖法，这种开挖方式的掘进长度比较小，一般都是边开挖边支护，不仅保证了开挖质量可以满足工程设计要求，同时还保证了开挖过程的稳定性和安全性，提高了开挖效率，降低了岩石坍塌风险。

2.5 超短台阶法

超短台阶开挖法是相较于短台阶开挖的一种方式，主要适用于围岩等级在5级到6级的隧道结构，此类岩石结构稳定性极差，开挖过程非常容易发生塌方事故，严重威胁着施工设备的正常作业和施工人员的生命安全，而超短台阶法的应用就很好地避免了以上问题的出现。在具体应用过程中，在开挖较短一段就需要及时进行支护，形成较为密集的支护环境[2]，保证了开挖施工过程的安全性。实践证明在隧道工程开挖过程中采用超短台阶法取得了非常不错的成效，当然具体施工质量受支护工程的很大影响。

3 路桥隧道工程开挖支护施工要点

3.1 锚杆支护

路桥隧道工程施工中采用锚杆支护，在开始施工前就要由专业人员对导管孔进行仔细检查，保证其符合工程设计要求，然后开展锚杆安装作业。由于锚杆杆体是由中空厚壁的全螺纹所构成，在具体施工过程中可以根据需求对其进行切割处理，为后期配件安装作业提供便利，安装好之后利用齿峰凹槽对其进行固定。在具体施工过程中，需要保证锚杆孔深度、位置和布置的准确性，使用的水泥砂浆强度要求超过C20 的硅酸盐水泥和细砂。施工人员还需要按照设计要求标出注浆锚杆的具体位置，保证岩面和锚孔的垂直效果都严格满足设计要求，钻孔作业过程中要及时将孔内的水导出，同时还保证锚杆垫板和孔口混凝土之间的紧密性，最后仔细观察锚杆头的变形过程，保证垫板螺帽的紧固程度。

3.2 混凝土喷射支护

隧道开挖作业完成之后就应该立即检查开挖断面尺寸，然后利用撬或者顶多种技术手段对围岩初喷进行封闭处理，确保围岩结构的稳定性满足施工要求。在喷射混凝土的时候，通常采用湿喷机，这一操作过程要求施工地段没有地下水。拌料过程必须严格按照设计流程规范加入混凝土和速凝剂，喷射距离最好控制在0.8m～1.2m 之间[3]，而且好保持和岩面的垂直度，喷射作业按照从下到上的分段施工原则开展。在喷射中拱部位的时候，可以采用台阶法先喷射拱部拱脚，然后再喷射拱部拱顶，喷射长度要保持低于4m，在喷射过程中如果发现岩面不平整现象应该先喷射岩面凹陷部位，再喷射较为平整的岩面。

3.3 钢筋网支护

在制作钢筋网之前就要仔细检查钢筋材料的质量，确保材料质量符合相关标准要求，制作好钢筋网之后同样需要对其质量进行认真检查，确保钢筋没有出现锈蚀现象，之后在钢筋棚里将其绑扎好。在钢筋网支护施工过程中，工作人员首先要提前将大片的钢筋网加工制作好，锚杆安装完毕后开始铺装钢筋网，在洞外按照随高就低原则紧贴初喷面放置好钢筋网，如果有钢支撑可以将钢筋网放置在两边榀钢外弧并进行点焊处理，若没有钢支撑则应该通过冲击孔实施打浅孔对膨胀螺栓进行埋设[4]，之后再将钢筋网固定在膨胀螺栓上，并在锚杆尾部进行点焊固定。

3.4 超前小导管开挖支护

制作好超前小导管之后就可以将其布置在隧道拱部120°范围内，按照环向进行布置，并将其间距控制在0.40m～0.5m之间，外倾角控制在10°～12°之间。在布孔操作完成之后便可以开始钻孔作业，之后便是安装小导管，最后进行注浆作业。安装小导管的时候，施工人员一定要严格按照施工流程要求，同时还要利用水泥浆将围岩空隙填满，以起到稳定隧道开挖面的作用。

3.5 钢拱架支护

采用钢拱架对路桥隧道施工进行支护，具体支护流程为初喷--制作钢拱架--安装钢拱架--连接钢筋--加固--锚杆--喷射混凝土等。钢拱架制作环节多在洞外的加工房或者场地进行，需要对每节钢拱架的两端连接板焊接和螺栓连接处理，之后再对拱部进行安装，为了给拱部的拱架和下部连接工作提供便利，上部拱脚开挖高度最好比上部开挖底线低15cm～20cm里面，安装拱部的时候要在拱脚位置设置一定的垫板和砂垫层，同时随锁脚锚杆进行锁固[5]。下部开挖作业完成之后还需要及时安装边墙拱架，所有拱架安装完成之后还要利用纵向连接筋进行一体化统一连接，针对已经安装完毕的拱架拱脚位置设置锁脚锚杆，并且将其高程和横向误差控制在5cm以内，左右纵向误差也控制在5cm范围之内，垂直度误差控制在2°以内。

4 提升路桥隧道工程开挖支护施工有效性的措施

4.1 更新隧道开挖支护技术设计理念

我国目前路桥隧道工程施工对开挖支护技术的应用，虽然为施工过程的安全性和稳定性带来了很大的保障，但依然存在诸多问题，有待研究人员进一步完善和解决。而且随着时代的发展和科技水平的不断提升，现如今的工程施工作业要求融入更加先进的开挖技术和支护结构设计理念[6]，促使隧道开挖支护逐渐向着更加科学和系统化方向发展，为隧道工程安全施工提供可靠的前提保障，进一步巩固路桥隧道工程在社会市场经济中的地位。这就要求设计人员应该充分结合工程具体特征编制最为科学合理的设计方案，保证其实用性和可靠性，并对整个开挖支护过程展开动态化管控。

4.2 注重开挖支护设计信息化管理

随着时代的发展和信息技术的广泛应用，特别是互联网时代的到来，为各行各业都带来了巨大的改变，路桥隧道工程开挖支护工作同样也需要运用现代信息技术实施管理。施工单位可以成立一个信息共享信息系统，为各部门之间的沟通和交流提供方便，同时也可以将隧道开挖支护具体流程和施工中存在的问题录入计算机系统当中，利用相关软件对其进行分析研究，构建路桥隧道三维模型，促使施工规划方案的进一步完善。

5 结语

总而言之，随着社会经济的不断发展，我国近些年路桥隧道工程施工技术水平也取得了很大的提升和进步，但由于隧道施工作业很容易受到各种外界环境的影响，合理采用开挖支护技术可以适当缓解环境对施工作业的影响，保证施工过程的顺利安全推进，进一步促使我国交通运输行业的可持续发展。