高速公路隧道施工中超前支护技术的应用

王磊

中交一公局第五工程有限公司 河北省 廊坊市 065000

摘要：为解决高速公路隧道工程建设过程中的超前支护施工问题，本文结合某高速公路隧道实际情况，对其超前支护施工技术具体应用进行深入分析，提出施工中需要注意的要点，以期为相关人员提供参考。

关键词：高速公路隧道；隧道超前支护；超前大管棚

在高速公路隧道工程建设中，由于前方围岩性质不确定，所以为保证隧道洞身开挖安全，有必要进行超前支护，根据隧道实际情况，确定适宜的超前支护技术，并在施工中加以严格控制，保证超前支护质量与效果。以下结合实例，对其施工中超前支护技术具体应用进行分析介绍。

1工程概况

某隧道位于某高速公路A7合同段XX段，隧道所处路线的左、右幅起点桩号均为K96+000，终点桩号分别为K99+804.96和K99+838.45，隧道起点桩号为K97+737.88，终点桩号为K98+351.25，总长约613.37m，其中一端处在半径为854.0661m的圆曲线上，另外一端处在直线段上，纵坡在+2.9%~+3.834%范围内，隧道的最大埋深在146.6m左右。该隧道根据规范要求，并为了满足救灾需要，于洞内预先埋设了用于设置照明设施、通信设施与消防设备的管槽或洞室。隧道右幅采用S1B与S2型衬砌，其长度为50m，其它段落采用S1A型衬砌与S3和S4型衬砌。其中，S2型衬砌为大管棚，而S4型衬砌为超前小导管与超前砂浆锚杆，采用注浆的方法对前方围岩进行可靠加固再予以开挖。

2施工工艺

2.1钻孔平台搭设与钻机安装

（1）钻孔平台利用钢管脚手架进行搭设，要求一次性将平台搭好，然后采用1-2台钻机按照从高到低的顺序进行钻孔^[1]。

（2）钻孔平台要支撑在稳固且坚实的地基表面，支架之间的连接应达到稳固，以免在钻孔时出现位移、下沉或摆动，对钻孔质量造成影响。

（3）钻机的布置应和孔口管方向保持平行，要求经常对钻机的位置进行核定。现场可借助经纬仪，通过挂线进行反复调整，使钻机的钻杆轴线和孔口管轴线完全吻合。

2.2钻孔方法

（1）为了给钢管的安装创造便利，先在导向墙上于导向管孔的上方做好编号，并在钻孔过程中进行跳孔，即先对单号孔进行钻进，再对双号孔进行钻进。

（2）在围岩岩质相对良好的情况下应尽量做到一次性成孔，如果在钻孔过程中发生卡钻或坍孔的现象，则应在补浆之后再继续钻进^[2]。

（3）钻进刚开始时应先降低钻压与钻速，在成孔达到一定距离后，结合地质情况对钻压与钻速进行适当的调整。

（4）钻进时应随时用测斜仪对钻孔位置进行检测，同时以实际钻进状态为依据对成孔质量予以判断，从而及时发现和解决钻进时产生的事故。

（5）钻进时应确保钻头、动力器与扶正器始终为同心圆，防止由于偏差产生孔斜等问题，给之后的施工造成影响。

（6）钻孔时做好原始记录，并根据现场实际情况判断孔口地质，将其作为之后洞身开挖施工的参考资料，为洞身开挖施工提供必要的参考指导。

2.3清孔验孔

（1）借助地质岩芯钻杆与钻头实施扫孔，并将浮渣清除干净，使钻孔的深度与直径都能达到设计要求，以免堵孔^[3]。

（2）成孔后利用高压风进行清孔，将钻孔中的钻渣清理干净。

（3）在清孔的同时还应使用测斜仪与经纬仪对钻孔的深度、倾角及外插角进行检查。

2.4管棚安装

（1）接长钢管必须满足受力要求，两根钢管之间的接头要有一定前后错开，在同一个横断面中，钢管的接头数量不能超过50%，接头错开一般要达到2m以上。

（2）利用专门的管床加工丝扣，用于连接钢管，在导管周围设置注浆孔，注意与孔口相距3m的位置不可钻孔，钻孔之间的距离为10cm，按梅花形进行布置。另外，需将管头做成圆锥形，确保入孔顺利^[4]。

（3）棚管借助挖机与管棚机顶进，先钻设直径比棚管大的引导孔，然后借助挖机基于人工配合实施钢管顶进。

（4）钢筋笼主筋为Φ20钢筋，并将Φ42*4mm钢管作为固定环，按照150cm的间隔距离布置，如果钢筋笼中的钢筋长度不足，需进行搭接点焊，注意焊接长度需达到20cm以上。

2.5注浆施工

（1）管棚安装时采用有孔钢花管，注浆材料采用高速制浆机生产制备。

（2）注浆材料为水泥浆与30#水泥砂浆。

（3）借助注浆机向管棚的钢管中注入砂浆，初压与终压都应严格按照规范的要求控制，注浆达到饱满后，需保持压力15min才可结束注浆。

（4）对于注浆量，以达到设计要求为准控制，在没有特殊要求的情况下，一般为钻孔体积1.5倍；如果注浆量超限，但压力并没有达到要求，则要读浆液浓度进行调整，以保证钻孔周围岩体和孔壁均被完全填充^[5]。

（5）注浆按照先单号孔再双号孔的顺序进行，另外为保证钢管的强度与刚度，需在注浆结束后用30#水泥砂浆进行封堵与填充。

3施工控制

在隧道超前支护施工（即大管棚施工）中必须对管棚侵限予以严格控制，保证注浆达到饱满和密实，确保管棚的施加能起到理想的加固支护效果，基于此要求，在施工中必须注意以下几点：

（1）保证现场放样的准确性。按照超前支护分项工程的设计图纸，借助全站仪与水准仪等精密仪器准确放出所有管棚的具体位置，同时还用标出管棚的方向点。

（2）做好拱顶开挖变形及护拱位置的预留。该隧道全段围岩均属于II类围岩，同时施工段落的衬砌结构为复合式衬砌，对此，按照相关技术规范提出的要求，需预留10cm的变形量，并将护拱位置确定为12cm，以此为之后的施工奠定良好基础。

（3）对管棚洞口实际搭设夹角进行严格的控制。由于采用钻机进行钻孔时钻头受到重力的作用会发生下沉，并为了适应隧道纵坡，在管棚洞口打设时要有2°的夹角，即将管棚搭设纵坡按照+3.84%严格控制。

（4）钢管接头必须错开，并注意任意断面上的接头率要控制在50%以内。

（5）管棚钢管为热轧无缝钢管，采用长度为15cm的丝扣进行连接，打设时注意钢管实际位置和设计要求的位置之间的偏离不能超过20cm。在钢管打设前还需在其表面按照50cm的间隔距离钻设孔径在6-8mm范围内的小孔，用于将钢管打设完成后注入浆液。

（6）向打设完成的钢管注入浆液时，初压按照0.5-1.0MPa控制，终压需保持在2.0-2.5MPa范围内，注浆完成后需用水泥砂浆进行填充，用于提高钢管整体强度与刚度。

（7）在拱脚的接头板处需增设锁脚锚杆，其单根长度为4.0m，共设置2根，其中一根用作系统锚杆。

4结语

综上所述，超前支护是保证隧道洞身开挖安全的重要措施，目前以大管棚技术最为常用和有效。截至目前，该隧道工程超前支护施工已顺利完成，经初步检查与实践，验证了该隧道所用超前支护技术的合理性与可行性，可为类似隧道工程的超前支护施工提供技术参考。

参考文献：

[1]刘志会.沙质黄土隧道支护侵限段迈式管棚超前支护技术有效性分析[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2014,2702:46-50.

[2]万飞,谭忠盛,杨森森,马栋.浅埋富水软弱围岩隧道支护受力特征及方案研究[J].中国工程科学,2014,1608:45-53.

[3]张隽.砂质黄土隧道支护侵限段迈式管棚超前支护技术有效性分析[J].铁道建筑技术,2013,12:65-68.

[4]李宁.浅埋风积砂质黄土隧道支护控制变形技术研究[J].公路交通科技(应用技术版),2019,1505:242-244.

[5]吕世玺.大管棚超前支护技术在红岩隧道洞口浅埋段施工中的应用探析[J].公路交通科技(应用技术版),2016,1203:192-193.