高速公路隧道建设中的超前支护施工技术

2022-12-31吕岩

中华建设 2022年1期

吕岩

一、工程概况

莆炎高速三明尤溪中仙至建宁里心段工程YA3标段起点（K297+900）标段线路总长11.720km。设计速度100km/h，双向四车道，整体式路基宽26m，分离式路基2×13m，最大纵坡3.85%。隧道为该标段的重点施工内容，采用到超前支护施工技术，包含大管棚支护和超前小导管支护两种方式，共同创设安全的施工环境。

二、超前长管棚施工技术分析

超前长管棚材料选用的是Φ108×6mm热扎无缝钢管，按照40cm的环向间距有序设置。在明洞衬砌外设C30钢架混凝土套拱（厚度为70m、纵向长3.0m），以保证钻孔方向的合理性。钻孔过程中有一定的下垂变化趋势，为抵御该部分变化，钻孔方向适当向上偏1～3°。

1.测量放样。以设计图纸为准，测定纵向中轴线的位置、拱架脚高程及拱架的纵向间距。对于导向管的测量放样，先准确确定其平面位置，定在工字钢架外轮廓线上；引入前后差距法，用于控制导向管的外插角，使该值稳定在1～3°。

2.套拱施工。厚度为70cm、纵向长2m的C30钢架混凝土套拱，内埋四榀I20b工字钢，间距均为50cm。Φ14固定钢筋与Φ133孔口管、I20b工字钢焊接于一体，为保证连接的稳定性，焊缝长度至少为5d。考虑到钻孔和注浆的便捷性要求，在明洞开挖环节预留合适尺寸的施工平台，以便在该处高效开展管棚和套筒的施工作业。

3.钻进成孔。按从左至右的顺序对导向管编号，共形成51个编号。自下而上用钻机钻孔，钻进初期保持低速、低压的运行状态，随着钻进深度的增加，若无异常则逐步提高钻进速度。钻进期间加强对钻机偏斜度的检测与控制，及时纠偏。钻孔顺序为：先钻左侧1号孔，再钻右侧51号孔，在此过程中同步对已钻进成型的1号孔注浆；随后，钻左侧的2号孔，期间对右侧已钻进完成的孔进行注浆。按照前述方法对称施工，及时将钻孔和注浆作业落实到位。岩层条件较好时，一次成孔。因地质条件欠佳或是施工方法不当等原因而坍孔、卡钻时，先根据实际情况补注浆，再继续钻进。

4.清孔。钻孔过程中产生的岩粉等杂物易堆积在孔内，不利于管棚的安装以及注浆，因此需清孔。用地质岩芯钻杆配合钻头扫孔，并向孔底注入高压风，有效清理钻渣。

5.管棚的制作与安装。根据设计要求，在加工场分节制作管棚，钢管接头用丝扣连接，相邻钢管接头错开量至少为1m。为注浆管编号，其中有孔注浆管为奇数号，无孔注浆管为偶数号。管棚安装时注重对顺序的控制，先将奇数号的注浆管安装到位，再进一步安装剩余的管道（偶数号）。

6.注浆。注浆设备为KBY-50/70注浆机，材料为水泥浆液，水灰比1∶1。注浆时，分阶段控制注浆压力，初压保持在1.0MPa，后续适当提升压力，终压2.0～2.5MPa，通过压力的作用，将浆液推送至指定位置。注浆完成后，及时清除管内浆体，以免凝固，并用M30号水泥砂浆填充密实。

注浆施工环境复杂，可能出现异常状况，此时需及时分析具体情况，采取合适的处理措施。若有小裂浆，则用麻丝（提前用水浸泡）填塞裂隙，并对浆液的配比等相关参数做灵活的调整，避免跑浆。若注浆压力异常升高，则只注纯水泥浆或清水。若有堵管现象，开启孔口泄压阀，将孔口进浆阀关闭，停机后，查明具体原因并处理。岩土对管壁产生较大阻力时，前段可采用φ125mm钻头，后段则转为φ120mm钻头，此时能够有效顶入钢管，顺利施工。此外，在钢管末端以焊接的方法增设挡圈，同时用胶泥麻筋箍成楔形，经过相关处理后，有利于钢管顺利顶进孔，同时也能够保证钢管外壁与孔壁的紧密贴合。

三、超前小导管注浆施工技术分析

根据隧道洞口Ⅴ级围岩段的地质特点，确定与之相适应的注浆施工方法，即超前小导管注浆支护。通过浆液的注入，改善围岩的力学性能，保证围岩的稳定性，同时封堵地下水，规避水损害问题。加之钢架支护结构的联合应用，共同构成完整性较好的棚架式支护体系。

具体操作要点为：在加工场加工注浆小导管，外径50mm，壁厚5mm，长度5.0m，于管壁上钻φ8mm压浆孔（呈梅花形布置，间距为15cm），管口预留1m作为止浆段；注重对小钢管两端的处理，将前端加工成锥形，在尾端设加劲箍；用凿岩机钻孔，由施工人员将加工成型的小钢管打入孔内，再制备浆液，用注浆泵注入其中。

1.施工要点

（1）布孔：以喷射混凝土的方式封闭掌子面；测放孔位，做好标记。

（2）钻孔：作业设备采用的是风洞凿岩机，在预设的点位处钻进成孔；钻孔后，向孔内注入高压风，有效清理堆积在孔内的岩粉等杂物，将孔内沉渣量控制在合理范围内。

（3）封口、试泵：由施工人员将钢管推送入孔，到位后用麻丝和锚固剂封堵管口；随后，旋上孔口阀，将注浆管路连接成型，使其具有通畅性与严密性。注浆前试运行20min，判断注浆系统的实际使用情况。注浆泵压水，用于检查管路是否渗漏以及设备是否异常，随后再压水试验，此举可冲洗岩石裂隙内的杂物，形成更加通畅的注浆通路。

（4）浆液配制：提前组织试验，确定合适的浆液配合比。本次施工中，浆液为C30水泥浆，用卧式搅拌机生产。制备浆液时，严格控制原材料的用量以及加料的顺序、速度，予以充分的搅拌，以防浆液结块。遵循随拌随用的原则，在保证供料充足的前提下，避免浆液过量供应，否则会造成浪费。对于制备好的浆液，先对其做过滤处理，此后方可进入泵体，此举目的在于筛除浆液中不利于施工的杂质，避免注浆管路或泵体遭堵塞。

（5）注浆：注浆设备采用的是UB-3型注浆泵，在清孔到位的前提下，按照自下而上的顺序注浆，且浆液的浓度做到先稀后浓。若注浆期间有串浆或跑浆的异常状况，则隔孔灌注浆液。注浆压力的控制是注浆施工中的重点内容，首先启用注浆泵，待该设备维持正常运行状态后，关闭泵口阀门，暂停泵的运行，由专员结合实际情况旋转压力调节旋钮，准确调节油压（使其达到特定的油压要求）。正式注浆时，若注浆阻力增加，为将浆液注入指定位置，对应的泵压应有所提升。

（6）注浆结束标准：注浆施工采取的是“双控方法”，即注浆压力和注浆量均要同时满足要求，只有在此前提下，方可结束注浆作业。以单管设计注浆量为标准，若实测注浆压力达到终压值且稳压时间维持20min及以上，尽管此时的进浆量不达标，也依然可结束注浆作业。

（7）注浆装置的清洗：经过注浆施工后，及时将注浆混合器及注浆系统清洗干净，以免固结在装置上。

（8）注浆质量检验：以开挖的方法检查，判断浆液的渗透以及固结情况；根据注浆施工数据生成压力浆量曲线图，据此展开分析。

2.注浆施工中异常状况的处理思路

（1）串浆时，同时启用多台泵，同步注浆；除此之外，也可堵塞串浆孔，隔孔注浆。

（2）注浆压力异常增加时，可能出现堵管现象，此时随即停机，检查实际情况，采取可行的处理措施。

（3）进浆量在短时间内异常增加、注浆压力长期维持相对稳定的状态（未按照要求提升）时，则对浆液的配合比、浓度做合理的调整，缩短凝胶时间，并转变注浆施工方法，以小量低压力注浆的方法为宜，或是采取间歇式注浆的方法，延长浆液在裂隙中的停留时间，使其凝胶。但需注意的是，浆液在裂隙中的停留时间不宜过长，即不可超过混合浆的凝胶时间。