隧洞软弱地层中超前支护措施的类型和应用分析

李广健

摘要：隧洞施工是市政、水利、道路工程中的一个重点及难点工程，尤其是在软弱底层的条件下，其施工难度更大，为确保施工的顺利进行，全面做好超前支护措施是非常必要的。本文从超前支护技术的概念介绍入手，对隧洞施工中超前支护措施的技术应用进行了探讨，旨在为超前支护提供完善方案，确保工程施工质量。

关键词：隧洞；软弱地层；超前支护措施；类型和应用

1 超前支护技术概念

超前支护技术是指在开挖隧洞之前，通过向掌子面的前方地层注入泥浆、打入钢管、锚杆、钢板等技术在隧洞的横截面形成的一个拱状连续体。其既加固开挖面的地层，同时利用其支撑力保持土体的稳定性，减小地表沉降风险的技术。目前，此项技术已经作为隧洞施工的重要辅助方法，在市政、水利等工程隧洞施工中更是发挥了重要的作用。

2 隧洞软弱地层中超前支护措施的类型

2.1 超前岩层预注浆法

一般而说，超前岩层预注浆法就是指在隧洞软弱地层利用长形孔的方式预先灌注浆泥，使得该岩层构成大面积的圆拱形加固区。超前岩层预注浆法包括了平导形注浆、岩层注浆、地表注浆等超前预注浆法。该方法多使用在围岩的含破碎卵石、砂层的软弱层中，并采用具有渗透性的浆泥，达到填密软弱层的空隙的目的来加固岩层。相反，另一种在有颗粒细不透水的软弱层中，则使用劈裂注浆方法，即使用压力让周围岩层破裂，从裂缝中注入泥浆来加固地层。概括来说，就是超前岩层预注浆法具有填密稳固地层的作用，能够防止渗水，适用于软弱及断层、破碎带以及稳定性差的含水岩层。

2.2 冻结法

冻结法是指沿着开挖面周边与隧洞方向基本平行的近水平冻结孔，冻结孔与外界制冷设备联成一个封闭系统，在系统中循环低温盐水，使得冻结孔的附近含水层低温凝结，形成强度高，封水性好的水平冻土面，然后在冻土面的保护下进行隧洞开挖。冻结面具有抵抗周围土的压力还有隔水的作用。此类方法适用于大量涌水层、软弱粉沙层等，是解决淤泥，含水、流砂等不稳定地层的可靠技术。其缺点是耗时长，不利于施工的效率提高。

2.3 围墙隔断法

围墙隔断法是一种能够控制水渗透围岩，或者控制地表沉降常用的具辅助作用的重要技术。它的工作原理就是在隧洞两端应用稳定性好且坚硬的建筑材料建成地中墙，可以起到阻止或减缓在挖隧道时引起的地表下沉甚至向四周延伸的作用。

2.4 管棚法

管棚法是指在软弱地层隧洞开挖前，沿着隧洞开挖的工作面的顶部轮廓以一定的距离和外插角度程插入状布置水平的扩散孔，成孔之后推入钢管，向钢管等钢架构灌入砂浆、泥浆等，使得围岩的密度大而坚固。从而连结围岩和管棚组成一个钢架形的孔系管棚。管棚法是山岭隧洞中最为常用的施工辅助方法，它适用于许多复杂的地质脆弱的岩层，是施工快，安全性高的重要方法。

3 软弱地层中超前支护的应用

3.1 一般施工技术程序

众所周知，隧道施工的程序上，一般遵循：挖了一段，护一段，封闭一段的重要原则。施工工作严格按照程序执行，首先施工前了解岩层构造确定好技术方案，在利用相应的施工工具以及技术人员，在保证周围环境安全情况下进入隧洞开挖。在软弱层进行超前支护就是在施工时对有裂缝并稳固性差的岩层，通过打孔后的打入钢筋架构并进行注入浆泥，迫使浆泥在受外力压强下不断流动和扩散，逐渐填密软弱土层的空隙。将开挖轮廓面以及其四周延伸范围内与构架中的钢管以及岩浆凝结为坚硬的壳状固体。其原理就是降低巖层地下水的渗透量，完善岩土或结构性能，加固岩土的整体性，从而保障施工的安全，这类工序能达到超前支护的最终目的。

3.2 施工技术方法

3.2.1 台阶法

台阶法又分为正台阶法和反台阶法，其多适用于稳定与不稳定岩层中，适用性强。在稳定岩层中，在台阶上部分采用光面爆破，台阶下部分采用欲裂爆破；不稳定岩层中则利用支护结构在施工中根据台阶跨度适时仰拱。总具体的施工程序是：在隧道中进行人工降低水位，在进行一般施工技术程序后，技术人员再利用机械开挖隧道，将土堆运出后对开挖横廓面喷混凝土，支立格栅钢架再进行喷射混凝土封闭，形成上下台阶，再根据岩层稳固性分上下两部分开挖隧道。

3.2.2 双侧壁导坑工法

双侧壁导坑工法是属于新奥尔法的分支的隧道开挖法，俗称眼睛工法，是一种适用于岩层较差的行车隧道开挖。其原理就是将隧道横面分为左中右三部分，左右隧道轮廓面先进行施工，中间部分跟其后。其具体工序是，首先开挖一侧的隧坑，及时支护后隔相当距离再开挖另一侧，并进行支护，待其闭合后，开挖中部土层，进行初次支护，并将拱架支撑在两侧的支护架上，最后进行隧道开挖建造底部。

3.3 施工的质量管理

3.3.1 布置小导管的技术要点

超前小导管是隧道施工中进行超前支护关键工艺。在布置导管孔时为防止导管底部发生堵塞，钻孔深度需要超过导管长度90%；同时为保证导管受力性能好需要钻孔的倾角准确。最后在设计制作浆孔时，要使得孔的直径呈均匀、规则的形态，否则降低钢管本身坚硬度。

3.3.2 注浆施工技术要点

灌注浆泥过程中，为避免浆管堵塞，造成注浆的效果不佳的问题。应采用以下措施。首先灌注浆泥前先对浆管进行清洗；然后对浆泥质量严格把控，制注浆配合比例以及凝结的时间符合相关技术标准，例如在对配合后凝结时间进行调整配合比，根据测量凝结固体强度，选择配合比率较好的方式。一般注浆压力是由依次增强的，而流量计显示注浆量是依次递减的，当注浆量为最小时，结束注浆。同时在注浆过程中要保持浆泥质量需要封闭开挖面，将浆泥由隧道两侧横廓面呈对称地往中间以及从上部分向部分按步骤灌注，如果过程中出现有浆从其他浆孔流出或渗透时，可进行间隔性灌注，待最后注浆全部完成后要对注浆效果评测。

4 结语

综上所述，隧洞软弱地层中超前支护是开挖隧洞施工过程的重要辅助措施，超前支护的技术类型多样，因此，在水利、市政工程隧洞施工中，应该结合工程的实际情况，制定科学合理的支护方案，达到隧洞的坚固稳定与安全的目的，以确保隧洞施工顺利进行。

参考文献：

[1]朱国保.软弱破碎围岩隧道中管棚超前预支护技术研究[D].成都：西南交通大学，2007：1120.

[2]王春华.超前支护浅埋暗挖技术在小间距隧道中的应用[J].施工技术，2013（1）：101104.