高速公路隧道施工中的超前支护技术

朱熙

（中交四航局第一工程有限公司，广州510000）

1 工程概况

中山至阳春高速公路开平至阳春段TJ06施工段，路线呈东西走向。工程施工起于阳春市春湾镇，止于阳春市合水镇，起讫里程K47+629～K58+440，全长10.811 km。路基2.618 km，3座共长4.448 km隧道，7座共长3.745 km桥梁，涵洞7座，通道6道，春湾连接线7.38 km。

2 高速公路隧道的超前支护技术分析

本项目隧道采取的是超前长管棚+超前小导管+超前锚杆相综合的超前支护模式。超前长管棚仅用于V级围岩洞口段，本文重点对超前小导管、超前锚杆两部分的施工技术展开分析。

2.1 超前小导管施工

2.1.1 施工方法

在现场利用风洞凿岩机钻孔；由施工人员根据要求将超前小导管安装到位，外插角按12°控制，利用焊接的方法将其与钢架稳定结合；注浆泵高效注浆，施工材料为水泥单液浆，经现场试验后确定浆液在最佳性能状态下的注浆参数，作为施工的依据。

提前在指定加工厂制作小导管，前端加工成尖锥桩，管壁上按15 cm的距离交错钻眼（除管口500 mm以内的部分），直径8 cm。

钻孔后，向孔内插入提前制作成型的小导管，尾部与钢架稳定焊接于一体，形成预支护体系。注浆前组织水压试验，通过此途径判断地层在吸浆以及扩散两方面的实际情况，由此确定合适的施工参数，如浆液的浓度、注浆压力等。注浆期间，严格依据试验所得的参数操作，详细记录各项数据，加强质量分析，从源头上规避质量问题。

注浆前先喷射5～10 cm厚的混凝土，其作用在于有效封闭掌子面；正式注浆阶段，注浆压力遵循逐步上升的原则，待实测值达到设计终压后，持续注浆10 min，保证实际注入量不少于设计值。通常，注浆结束时进浆量以20～30 L/min以内较为合适。（单层）小导管搭接见图1，（双层）小导管搭接见图2。

图1 （单层）小导管搭接

图2 （双层）小导管搭接示意图

2.1.2 检验标准

超前钢管实测项目检验标准见表1。

表1 超前钢管实测项目检验标准

2.2 超前锚杆施工

锚杆施工工艺流程见图3。

图3 锚杆施工工艺流程图

2.2.1 测量放样

以设计图纸为准，精准测量开挖面、中线和标高，并确定轮廓线和锚杆孔位，作为后续作业的参照基准，为尽可能减小施工误差，要求孔位偏差不超过±50 mm。

2.2.2 钻孔

利用风枪钻孔，满足设计深度要求后，清理孔内粉尘等杂物。管棚钻孔时，先组织奇数孔的施工，经注浆作业后再施工偶数孔，期间严格控制钻杆的作业方向，保证钻孔具有足够的精度。钻进期间加强对偏斜度的检查，存在偏差时及时纠正。钻杆与钻头有序穿过导向管，对准孔位中心，启动钻机，利用三翼钻头钻孔。在斜孔的控制工作中，宜发挥出导向管的导向作用。成孔后，及时清理孔内的杂物，以便后续可顺利下管[1]。

2.2.3 超前锚杆安装

超前锚杆安装主要分2个方面：

1）填塞锚固药卷。取质量达标的早强锚固剂药卷，将其置于水中，经一段时间的浸泡处理后取出（要求达到软而不散的状态），再由人工持炮棍填塞药卷，使其处于孔深的1/3～1/2处。灌浆管底部距孔底50～100 mm处，组织注浆作业，使浆液可以被高效送至孔底，通过浆液的作用，将孔内多余的水挤出，随着水泥砂浆的逐步注入，期间适当缓慢拔出注浆管。注浆全过程中，要求注浆压力≤0.4 MPa，但不可过低，否则易出现浆液难以被有效注入的情况。

2）安装锚杆。由人工操作，利用铁锤将锚杆打入，待锚杆触底并且孔口处有浆液流出现象时即可停止。

2.2.4 其他

除上述步骤外，锚杆施工还包括以下内容：

1）连接锚杆的尾部和系统锚杆的环向钢筋，采取焊接的方法，将二者构成完整的整体，发挥出支护的作用。

2）超前锚杆搭接长度在1 m以上，沿开挖轮廓线周边均匀布置，尾端利用焊接的方法与钢架稳定连接。

3）超前锚杆宜和钢架支撑配合使用，外插角为12°，锚杆沿开挖轮廓线周边均匀布置，尾端与钢架焊接牢固，锚杆入孔长度符合要求。

4）先将钢架安装到位，再穿过钢架腹部钻孔、安装锚杆。

2.3 超前小导管的加工安装要求

其相关要求主要包括：

1）材料。以φ108 mm×6 mm的热轧无缝钢管为主要材料，奇数孔为有孔钢管，偶数孔为无孔钢管。钢筋笼由固定环和钢筋构成，超前小导管加工样式见图4。

图4 超前小导管加工样式

2）管棚钢管的加工。根据钢管接头的错位要求，加工6 m编号为奇数孔位的第一节钢管以及3 m编号为偶数孔位的第一节钢管。为提高施工的便捷性，用有孔花管的奇数孔安装管棚钢管，孔眼直径8 mm，间距按7.5 cm控制，遵循梅花形布置原则。前端钢管呈15 cm长的锥形，尾端焊φ10 mm的加强箍。合理组织钢筋笼的加工作业，成型后用于安装。实际安装期间，向管棚内插入固定环，利用钻机顶进，丝扣连接钢管，相邻两孔的钢管接头相互错开。需注意的是，顶进期间严格控制钻杆的前进倾角，要求其与导管倾角保持一致，成孔后随即将导管插入孔内，待完成某孔的钻进和导管安装作业后，在确保无误的前提下方可移动设备，进入下一孔施工环节，按照此方式重复操作[2]。

3 超前支护技术的优缺点分析

3.1 超前支护技术的优点

通过超前支护技术的应用，能够给高速公路隧道工程的施工创设良好的条件，从根本上解决支撑难、支撑稳定性不足的问题，有利于隧道建设工作的高效开展。超前支护技术的主要应用优势有2点：

1）超前支护结构完整、可靠，可以有效发挥出支护的作用，使隧道主体结构以及现场围岩均具有稳定性，很大程度上消除施工的阻碍因素。

2）施工后，超前支护仍能持续发挥出支撑的作用，可以保证岩体结构的稳定性，避免在后续出现质量问题。

在施工中，需要从实际建设条件出发，合理应用超前支护技术，选择合适的材料，构建完整、稳定的超前支护结构体系，充分满足高速公路隧道工程的建设需求[3]。

3.2 超前支护技术的缺点

尽管超前支护技术具有较良好的支撑效果，且在绝大部分隧道工程中均取得广泛的应用，但仍需意识到该项施工技术在实际应用中有局限之处。工程实践表明，超前支护技术的局限性主要体现在以下2方面：

1）在超前支护技术体系中，管棚支护、超前小导管注浆支护等均是重要的技术形式，但无论何种形式，各自在应用中均有瑕疵。以管棚支护技术为例，则存在支护结构较为复杂的情况，若未合理协调好材料间的结构关系，则容易出现支护效果不足甚至失效的情况；又以超前小导管注浆支护技术为例，施工期间必须加强对注浆质量的控制，如浆液原材料的质量、浆液的配合比、注浆方法等均是重点控制内容，某方面控制不当时，均容易对整体支护效果带来影响。

2）超前支护技术应用中通常使用到导管、锚杆等构件，但此类构件有部分处于滑动面内，而滑动面的稳定性不足，易出现支护效果欠佳的情况。

针对超前支护技术的种种局限性，在工程中有关技术人员应予以高度的重视，遵循因地制宜的原则，选择合适的超前支护形式，合理优化技术，最大限度发挥出超前支护在隧道施工中的支护优势，为隧道施工创设优质的环境。

4 结语

高速公路隧道施工期间易受到地质、水文等多方面因素的干扰，存在施工环境复杂、难度大、质量要求高等局限性，不利于隧道建设工作的顺利开展，易由于围岩失稳而诱发质量问题。而在合理应用超前支护技术后，可以构建完整且稳定的支护结构，维持隧道主体结构以及围岩的稳定性，从而在安全的环境下高效组织隧道的建设工作。