公路隧道工程支护及衬砌技术探析

梁小威

（甘肃省交通工程建设监理有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 引言

公路隧道工程具有难度大、影响因素多、不确定性多等特点，任何一个细节把控不当，都会影响公路隧道工程施工质量和施工的安全性。支护和衬砌作为公路隧道工程施工的两个主要环节，应当引起高度重视。近年来，大量高新技术和设备被广泛应用到公路隧道工程施工中，出现了很多不同种类的支护和衬砌施工技术，每种施工技术都有其独特的应有范围和优势，在具体施工中，需要结合地质条件、公路隧道工程的结构形式等，选择合适的施工技术，并加强应用管理，才能提升施工质量。

2 公路隧道工程施工中支护技术的应用要点

2.1 支护技术的选用

在公路隧道工程施工中支护技术的选用和围岩的稳定程度有直接关系，通常情况下可参照表1来选择支护技术：

表1 公路隧道工程支护技术选择表

通常情况下，在进行Ⅰ级围岩和Ⅱ级围岩施工中，为提升施工效率，可采用先开挖、后支护的方法，但要控制开挖面到支护的距离在5～10 m。在进行Ⅲ级和Ⅳ级围岩施工中，需要采用边开完，边支护的方法，支护要紧跟掌子面。在进行Ⅴ级围岩和Ⅵ围岩施工中，必须采用先支护，后开挖的方法。为保证施工的安全性，若隧道施工条件合适，要尽量采用临时支护和永久性支护相互结合的方法。

2.2 中空注浆锚杆施工技术

在进行公路隧道工程施工中，中空注浆锚杆支护技术是应用做多的支护技术，在多数地段都可以得到良好的应用，在具体应用中，需要结合公路隧道工程的特点以及技术要求开展有针对性的作用，具体的施工要点如下：

第一，按照设计图纸的要求，通过测量放线的方法，确定好每根锚杆安装的具体位置，作为钻孔和锚杆安装的依据。

第二，在正式施工前，需要对导管孔的深度、孔径、垂直度等进行全面检查，保证达到设计要求后，方可进行锚杆安装。并按照设计要求配制灌浆浆液，配制好的浆液通过电动注浆机注入到锚杆中，控制好注浆的压力，以及注浆的饱满度。保证单管注浆量达到设计标准后，才能进行下部操作。

第三，在注浆操作中，达到设计压力后，不能立即停止注浆，还要继续稳压20 min左右，以保证注浆的有效性，当进浆量少于注浆终量时，方可结束注浆，以保证每根锚杆孔的浆液量都能达到设计要求。

第四，对施工全过程进行检查，注浆质量达标后，对锚杆端头进行处理，最好选择设计的螺帽进行作业，以免发生浆液流失问题。中空注浆锚杆的杆体多由中空壁厚全螺纹组成，在施工中可按照设计要求进行切割，以方便后期使用，齿峰凹槽能够对锚杆起到良好的固力作用。为提升支护效果，在应用此项支护技术时，必须保证锚杆孔的位置、深度、布设形式都能满足设计要求，浆液配制的强度要大于C20。锚杆垫板必须和孔口的混凝土紧密相连，并加强对锚杆端头的检查和处理，密切观察锚杆端头的变形过程，以保证所用垫板的螺帽能够紧固标准。

第五，严格控制好纵向锚杆的排距，是提升中空注浆锚杆支护效果的关键。不同纵向锚杆排距下，隧道拱顶锚杆轴力和锚杆纵向排距关系如表2所示：

表2 隧道拱顶锚杆轴力和锚杆纵向排距关系表

从表2中能够清楚看出，纵向锚杆排距低于50 cm时，锚杆的轴力最小，大约为167.5 kN。纵向锚杆排距在150 cm间距时，锚杆轴力达到最大，约为279.6 kN。纵向锚杆排距从50 cm提升到150 cm相邻段幅值为17.4 kN、23.7 kN、27.8 kN、43.2 kN，其中增长幅度最快的区段在100～125 cm之间，其增幅大约为其他区段的2倍。从中不难看出，锚杆轴力和纵向锚杆排距还有很大关系，从167.5 kN到279.6 kN，增幅值达到112.1 kN，因此，中空注浆锚杆支护技术在软弱围岩条件下，合理的纵向锚杆间距应不超过125 cm。

2.3 喷射混凝土支护技术应用要点

在公路隧道工程支护中应用喷射混凝土施工技术，为控制裂缝，提升支护质量和美观性，尽量选择普通硅酸盐水泥，并在混凝土配制中加入适量的速凝剂，以控制混凝土流淌问题，保证混凝土初凝时间在5 min以内，终凝在10 min以内。砂要选择机制砂，以方便喷射作业。石料要选择粒径小于15 mm，且质地坚硬的碎石，喷射机具可按照公路隧道工程实际情况进行合理选择。

公路隧道开挖完成后，及时开展开挖端面尺寸检查，可采用顶、撬等方法，对隧道围岩进行初喷封闭作业，以尽快形成一个稳定的围护支护体系。为提升喷射质量，要选择经验丰富的操作人员来操控喷头。在进行混凝土拌料操作中，需要通过多次配比试验，确定最佳的配合比，喷头到隧道受喷面之间的距离控制在80～120 cm，喷头尽量垂直受喷面。按照从下到上的顺序分段喷射。进行隧道拱部喷射混凝土支护中，要采用台阶法喷射方式，拱脚混凝土喷射完成后，再进行边墙喷射，最后进行拱顶喷射，喷射混凝土的长度要控制在4 m以下，若发现隧道围岩存在不平整的现象，要先对凹出喷射，补平后再进行整体喷射。

2.4 钢筋网支护技术应用要点

在钢筋网制作前，需要对钢筋的质量、性能、结构、尺寸、型号等进行详细检验，不达标的钢筋严禁使用，尤其是锈蚀的钢筋，绝不能使用到钢筋网支护中。钢筋网可在隧道外的钢筋棚中集中加工，加工制成钢筋网后运输到隧道中进行绑扎和焊接。钢筋网制作中，方格网钢筋需要交叉，交叉点通过焊接的方法连接牢固。当锚杆支设完成后，及时开展钢筋网挂设操作，钢筋网要和隧道岩面实现紧密贴合，若在隧道围岩上已经存在钢支撑，钢支撑和钢筋网相互连接的位置要通过点焊的方法连接成一个整体，若没有钢支撑，可将锚杆放在开挖的轮廓面中，按照隧道围岩的起伏情况开展焊接操作。

3 公路隧道工程施工中衬砌技术应用要点

衬砌也可以看作是对隧道围岩的二次支护，主要作用是补强一次支护，提升隧道围岩支护的美观性、稳定性、可靠性等，在公路隧道工程施工中常用的衬砌技术为模板混凝土衬砌技术，此种衬砌技术不仅仅可以起到饰面和增加安全性的作用，还能很好地承受施工后的外部水压、软弱围岩的蠕变压力、膨胀性地压、浅埋隧道附加荷载等，实际应用效果非常显著，具体的应用要点如下：

3.1 做好衬砌前的准备工作

在模板混凝土衬砌施工前，需要由专业的测量单位进行施工中线和水平线的测量放线，并检查隧道开挖断面的结构尺寸是否达到设计要求，若存在超挖和欠挖要及时处理、修补和修凿。按照测量放线的结果，架设衬砌模板支架，搭设工作平台。随着科学技术发展，大量先进的技术和设备被应用到公路隧道施工中，目前在隧道衬砌施工中，多采用整体移动式模板台车进行施工。整体移动式模板台车采用了大块曲模板、液压脱模、背附式振捣设备等，可在提前布设好的轨道上稳定行走，并设有自动行走设备，可有效加快模板搭设速度，实现拱墙连续浇筑，施工效果好，速度快。

3.2 制备和运输混凝土

在进行混凝土配制时，需要进行多次配比试验，以确定最佳的配合比，尤其是用水量需要严格控制，以保证水灰比的准确性。混凝土可在拌合站集中拌和，在公路隧道工程施工中多采用自落式鼓筒搅拌机来拌和好的混凝土，可通过斗车、手推车、自卸汽车等运输到施工现场进行浇筑。

3.3 混凝土浇筑

在混凝土浇筑前，需要对浇筑段进行全面清理检查，边浇筑，边振捣，控制好振捣时间，以保证混凝土的密实度，衬砌内轮廓线需要能够满足公路隧道工程净空限界的要求。

在进行隧道拱圈混凝土浇筑时，要从两侧拱脚开始，分层、对称、均匀地浇筑，混凝土浇筑层面要保持辐射状，浇筑到拱顶后，及时改为沿隧道纵向浇筑，边浇筑，边铺设封口模板。此种封顶方式为“活封口”。浇筑到最后一个节段时，只能在隧道拱顶中央预留出一个规格为50 cm×50 cm的缺口，进行“死封口”封顶。模板台车拱顶上部设有仰角为45～60°的向上灌注口，拱顶混凝土可从该灌注口进行灌注。

混凝土浇筑后要及时用插入式振捣器进行充分振捣，振捣要均匀、密实，控制好振捣时间，既不能过振捣，也不能欠振捣。振捣完成，且混凝土初凝完成后，及时进行养护，养护时间不低于14 t，等合同内强度达标后，再进行拆模操作。

为提升模板混凝土衬砌质量，还需有效处理好以下几个问题：第一，在进行隧道墙拱接口位置处理中，要采取先拱，后墙的施工方法，加强对墙顶和拱脚之间接口的封填处理。若采用塑性混凝土衬砌，需要在拱脚位置留出7～10 cm的缺口，静置24 h后，先灌注的边墙完成充分收缩变形后，在用较干的混凝土紧密填充密实。第二，隧道边墙基底以上1 m的范围，要使用和边墙同级或者是高一级的混凝土进行灌注，其余部位回填时，需要结合隧道围岩的稳定情况，以及空隙大小，选择合适的回填方法。第三，在进行隧道衬砌混凝土浇筑中，虽然要对超挖部分进行回填处理，但受到操作方法、施工人员的影响，一些部位不能保证回填密实。为解决这一问题，提升隧道整体衬砌效果，需进行压降处理，以促使衬砌混凝土能够和隧道围岩实现紧密贴合，以防止围岩发生进一步变形，影响施工质量和安全性。

4 结束语

综上所述，结合理论实践，分析了公路隧道工程的支护及衬砌施工技术，分析结果表明，支护和衬砌长期以来都是公路隧道工程施工的重难点，由于影响隧道支护和衬砌施工质量的因素比较多，因此，在具体施工中，需要结合隧道工程的特点，以及隧道围岩情况，选择两种或者是两种以上的支护技术，并对每种支护技术的应用过程进行严格控制。在衬砌施工中模板混凝土衬砌技术在施工速度、质量、效果等方面都有明显的优势，可满足绝大多数隧道衬砌的要求，值得推广和应用。