公路隧道施工中超前支护施工技术的特点及应用实践

高成博

（中铁科学研究院有限公司，四川成都 610032）

0 引言

随着现代化经济的发展，我国公路工程建设规模不断扩大，覆盖面积也越来越广。由于不同地区的地质条件存在较大的差异性，进一步加大了公路工程建设难度。公路隧道作为公路工程线路的基本组成部分，其施工质量决定了工程建设的质量和后期运维费用的多少。为保障公路隧道工程施工的安全性和可靠性，避免岩层塌方问题的出现，需结合不同岩层的地质条件，选择合适的超前支护技术措施，确保隧道施工过程的安全性和施工质量的可靠性，节约公路隧道施工成本，提升整体公路工程施工工效，为我国经济发展注入强劲动能。

1 超前支护施工技术的特点

第一，超前支护技术的有效应用，可以减少围岩松动问题，科学控制坍塌事件的发生概率。超前支护技术包含大管棚、小导管、锚杆等施工技术类型，在具体施工中，应以隧道轮廓为基准，通过大管棚支护的方式，确保其形成壳状结构，从而保障整体隧道围岩结构的稳定性与可靠性。同时在梁拱效应的作用下，在隧道前后方围岩中创造坚实、可靠的支撑点[1]。

第二，减少爆破施工对围岩的损害。在隧道开挖施工中，往往需采用爆破方式进行操作，常用的爆破方式为光面爆破，会形成较强的冲击波，产生大量的气体。可充分发挥大管棚支护方式的优势作用，在隧道内形成密集环形结构，从而有效吸收爆破施工带来的冲击波，减少爆破作业对围岩的损伤。

第三，构建安全可靠的施工环境，确保隧道开挖掘进作业的顺利进行。管棚结构的支护刚度较强，可以对隧道内的坍塌现象进行有效性缓冲，并起到一定的支撑作用。即便管棚结构受到损坏，损坏速度也相对较慢，对隧道内作业人员的安全撤离起到一定的缓冲作用。

2 超前小导管施工工艺技术

2.1 准备工作

在进行超前小导管施工前，需做好全面的准备工作，按照设计图纸的要求对小导管进行加工，并利用自动成型机对导管尖锥进行加工，提升小导管施工质量。此外，还需在掌子面周边设置轮廓线，以设计图纸为依据对小导管的设置位置进行精准定位，并用红油漆进行标记[2]。

2.2 钻孔施工

在隧道掌子面钻孔前，采用喷射混凝土对钻孔作业面进行封闭，确保混凝土喷射厚度控制在5cm 以内，并检测喷射混凝土的强度及质量，避免出现裂缝问题。同时，需对超前支护的孔位进行规范性布孔，使用钻机对整体轮廓面外部区域展开钻孔作业，期间，应保障沿斜向上成15°的外插夹角。完成钻孔后，使用高压风清孔，并及时安装小导管，避免出现钻孔堵塞、坍塌等问题。在小导管顶进过程中，可使用风动凿岩机冲击振动的方式进行操作，确保小导管尾端与初期支护钢拱架之间保持连接。因此，还需合理控制冲击力度，避免出现两者分离的情况；对小导管逐一编号，在施工过程中可以按照奇偶数的不同进行穿插注浆（先奇后偶）；注浆完成后需进行严密检查，必要情况下可以进行补浆作业[3]。

2.3 注浆施工

在对小导管进行安装时，小导管需向外延伸一定的长度，从而确保注浆管的有效连接；安装过程中应避免小导管周边出现裂缝，并使用塑胶泥浆材料进行密封处理，同时重复检查作业面喷射混凝土的质量，一旦发现裂缝问题应进行二次密封；注浆前需对注浆液的配比进行科学设计和现场试验检查，并确保注浆设备始终保持良好的工作状态、导管与导管之间有效连接，保证接口密封程度符合设计要求，从而保障注浆质量，减少漏浆问题的出现概率；对水泥浆液浓度进行合理设置，一般为1∶1，可加入一定量的水玻璃，以便对凝浆时间进行合理控制；把调配好的浆液倒入注浆机的储存桶中，启动设备逐渐向小导管周边开展压浆作业。在此过程中，需逐渐提升注浆压力，初始压力一般为0.5MPa，终压一般为1.0MPa，注浆时间一般为10min。注浆完成后关闭注浆设备，并对注浆质量进行检查，避免出现坍塌、渗漏水等问题[4]。小导管注浆工艺流程见图1。

图1 小导管注浆工艺流程图

3 超前管棚施工工艺技术

3.1 导向墙施工

在导向墙施工过程中，应按照设计要求在导向墙的拱脚外侧位置填筑浆砌片石，从而为导向墙的稳定性施工创建良好条件。一般情况下，地基承载力应大于0.3MPa。导向墙的建设是管棚搭建的重要基础，需提前做好测量放样工作，从而对管棚位置进行精准定位。此外，还需对管棚与隧道开挖线之间的距离进行合理控制，避免因间距不合理影响后续管棚的施工。严格按照设计方案中对轴线基准的要求，对钢拱架进行精准性架设，并按照施工要求，在拱圈的位置设置相应数量的孔口套管，孔口套管的直径应超过管棚钢管3cm 左右，确保钢管能精准打入；应对孔口套管的对位位置进行精准定位，并对相邻套管之间的距离进行合理控制，确保套拱模板的精准性安装；完成以上作业后才能开展浇筑施工，并进行套拱拱顶的合龙作业。在该环节中导向墙的下沉位置往往会出现一定的偏差，需架设临时支撑，保障施工精准度。导向墙浇筑施工完成后，需采用土工布覆盖导向墙套拱，并洒水养护，频率不小于1 次/d，从而防止导向墙出现裂缝等质量问题[5]。

3.2 钢筋笼、管棚加工与安装

在对钢筋笼以及管棚进行加工时，需使用特定型号的热轧无缝钢管，其中偶数孔为无孔钢管，奇数孔为有孔钢管。钢筋笼由固定环和钢筋焊接构成，某公路隧道工程中钢筋笼的结构吊装示意图见图2。在对管棚钢管接头进行加工制作时，为了保障注浆作业的便利性，需利用有孔钢花管的奇数孔安装管棚钢管，并保持彼此之间的距离为7.5m，孔眼设置为φ8mm，其布设外观为梅花形。为了确保钢管安装作业的便利性，需对前端钢管进行有针对性的加工，保障其形成长度为15cm 的锥形，同时，需在尾部焊接φ10mm的加强箍。在对钢筋笼进行加工时，应根据管棚长度进行有针对性的设置；在对管棚进行安装时，提前采用高压风对孔内的岩屑等杂物进行彻底清孔，重点把孔内的浮渣彻底清除，确保孔内没有杂质，保证孔径、孔深满足设计要求。在安装前，需提前把固定环插入到管棚中，确保固定环的中心轴线与管棚的中心轴线保持重合。在管棚安装过程中，需使用专业设备对管尖段钢管进行吊起，通过人工操作的方式进行对孔、推顶等作业。在推顶钢管进孔时，使用钻机顶管的方式进行操作，管尖段钢管与第二标准段钢管需用内外丝扣的方式进行连接，并利用自由钳将其拧紧。在此过程中应确保相邻两个孔的钢管接头保持错位关系；在顶进过程中，需对钻孔钻杆的前进倾角进行合理控制，确保其与导管倾角保持一致性，成孔后要保持机器不动，并在第一时间将导管插入孔中[6]。当第二标准段钢管顶进量还剩下3m 左右时，需利用上述方式把第三段、管顶段钢管进行连接并顶管，从而逐次完成整条大管棚钢管的接长和安装。

图2 钢筋笼吊装示意图

3.3 注浆施工

在注浆作业中，应结合实际情况选择合适数量的搅拌机和注浆泵，选择硬质塑料注浆管，并以此为基础把排气孔设置在管棚孔洞上侧位置。在完成钢拱架和钢管的安装作业后，通过锚固剂以及麻丝对孔壁以及钢管之间的缝隙进行严密性封堵，使用封闭圈对钢管进行压实，同时在压浆管口位置安装三通接头。在对浆液进行搅拌作业时，应确保搅拌的均匀性，通过滤网将其过滤到储浆桶中，经过管道直接注入钢管内[7]。在注浆作业中，需做好混凝土喷射作业，避免出现岩面漏浆问题，确保混凝土强度等级在C25 水平以上，并对开挖作业面、拱圈、孔口岩面等区域进行全面的喷射混凝土；合理选择注浆材料，确保其性能良好，并对其与围岩结构的黏合性和可灌性等指标进行综合考量。同时，对工程当地的水文条件展开详细调查，以便保障注浆固结体的牢固性和抗渗性；在进行正式的灌浆之前，应进行水泵试浆、水压试验等工作，使用全孔式方式进行注入，当钻孔到达底部时再进行注浆，注射过程中使用特定型号的挤压注射泵，注射压力为0.5MPa，在注浆过程中需对注射压力和流速变化进行全过程记录，注射完成后关闭注浆阀。在注浆过程中如出现小裂隙漏浆现象，应使用麻丝对其堵塞，并对注浆材料配比进行调整；当出现堵管问题时，需打开泄压阀、关闭进浆阀、停止设备运行。

4 超前锚杆施工工艺技术

4.1 准备施工材料

在施工前，应对锚杆材料进行精细化选择，确保锚杆材料的质量满足规范要求，并做好除锈、除油工作；对水泥砂浆进行科学制备，保障原料配比的合理性，必要时可加入一定量的早强剂，从而制备成P·O42.5 普通硅酸盐水泥材料；对砂石材料进行合理选择，砂石颗粒不能过大，应保障其硬度满足规范要求，砂粒直径控制在2.5mm 以内，并对其进行细致筛选和清洁。对砂浆材料进行充分搅拌，避免闲置时间过长，在砂浆初凝之前使用完[8]。

4.2 锚杆孔施工

要对锚杆孔的位置进行精准设置，把标注偏差控制在5cm 以内，避免影响整体隧道施工质量；对锚杆孔的孔径进行标准设置，对锚杆孔的深度进行科学设置，确保锚杆能够完全进入锚杆孔中，一般后者要比前者长10cm 左右；在完成锚杆孔作业后，需全面清除锚杆孔中的杂物、积水、施工废料等，保障锚杆作业的正常进行[9]。

4.3 锚杆安装

在锚杆安装前，先进行孔内注浆。在钻孔内进行注浆施工，一般采用灌浆法、注浆法等方式，需结合工程实际情况选择合适的方式向锚杆孔内注浆。注浆应一次性完成，避免中途停歇，从而保障注浆质量。期间需对注浆压力进行控制，一般注浆压力控制在0.4MPa 以内[10]。确保锚杆孔始终处于密封状态，防止出现漏浆问题。注浆管要与锚杆孔底部保持10cm左右的距离，在快要完成注浆作业时把注浆管逐渐抽出来，从而确保注浆作业的均匀性与稳定性。在锚杆插入钻孔前，应在牛角泵中注入适量的水和砂浆材料，把注浆管插入锚杆孔底部，并对牛角泵盖子进行密封，注浆压力控制在0.2MPa 左右，并对压注过程中压力表的数据变化进行观察，避免数值过高。锚杆安装过程中，锚杆插入的深度应控制在锚杆长度的95%，保障一次完成，避免二次调整，从而防止降低砂浆材料的黏性。对锚杆底端与钢架之间进行加固处理，确保整体支护结构的可靠性与稳定性。

5 结语

综上所述，在公路隧道施工过程中，由于不同区域的岩层条件存在较大的差异性，导致公路隧道施工安全受到一定的威胁，加大了施工难度。因此，需对超前支护施工技术进行合理应用，从而减少隧道施工坍塌事故的发生概率，保障整体隧道结构的安全性与可靠性，促进隧道施工质量的全面性提升。在具体施工中，可对小导管施工技术、锚杆施工技术、大管棚施工技术等进行优化应用，保障操作规范性，为公路工程整体施工效果的提升奠定基础。