高速公路隧道工程中的超前支护施工技术分析

柳昕

（中铁十二局集团第四工程有限公司，山西太原030024）

0 引言

在高速公路隧道建设中，超前支护是最有效的一种施工技术，并受到了广泛的关注。在施工过程中，会出现路基塌陷现象，而支护技术的应用，对支护效率和稳定性都有着较为严格的要求。同时，考虑到项目的发展需要，在采用常规支护技术时无法满足工程需要，但采用超前支护技术可以达到标准支护的目的，确保隧道的整体稳定性和荷载力都符合标准。所以合理使用超前保护施工技术，有利于公路隧洞工程建设的良性健康发展。

1 超前支护施工技术概述

超前支护施工技术主要是在施工前对围岩做好预处理，采取的方法有管棚支撑、超早期小管道注浆支撑、超早期锚索支撑等。超前支护施工技术的工作流程涉及很多专业的思路，在支护的各个环节都能满足支护要求，可以增强支护的稳定性，确保隧道在具体建设阶段有了良好的支撑。根据以往的经验，支护技术最大的好处就是能确保整个隧道结构稳定。利用先支护后施工的流程，可以有效地提高施工的安全性。结合超前技术，降低或消除施工过程中的安全风险，预防隧道施工中的土方沉陷。因此，必须确定超前支护技术的重要性和不足，然后将超前支护技术与施工规范相结合，将超前支护技术引入隧道建设中，从而促进工程的健康发展[1]。

2 超前支护施工技术的优势与不足

2.1 超前支护施工技术的优势

在高速公路隧道建设中引入超前支护施工技术具有重要的意义，它不仅可以有效地解决公路隧道支护状况不佳的问题，也可以显著降低施工中的安全隐患，为项目的顺利发展和预防提供了有利的条件。在实际施工中，其优势主要体现在：

第一，支护结构能确保隧道结构稳定，在具体施工中能促进施工的有序进行，提高支护的有效性。

第二，在施工完成后，利用超前支护技术对隧道进行良好的保护，可以确保隧道在正常使用时，每一处的构造都符合规定的要求，从而避免出现安全隐患。因此，超前支护技术是当前最有效的一种支护技术，它在快速推进隧道建设中发挥重要作用。既能满足隧道工程的需要，又能在实际应用中得到很好的应用。

第三，降低爆破对岩体的破坏。围岩一旦松动则会引起坍塌事故的发生，可以将隧道轮廓作为基础，利用管棚形成具有稳定性的壳状结构，利用梁拱效应为前后的围岩提供有力支撑。若要降低爆破对围岩的破坏性，在隧道爆破时可采用施工团队广泛应用的新奥法，管棚的密集环形结构可以大量的冲击波与气体吸收进去，从而有效缓解爆破给围岩带来的破坏[2]。

2.2 超前支护施工技术的不足

超前支护技术有利也有弊。目前较为常见的超前支护施工方法，例如超前小管道注浆保护、管棚保护等，在实际应用中存在缺陷。在高速公路隧道施工中采用管棚支护技术时，因为超前支护结构较为复杂，材料与管材之间的关系也很难掌握，往往不能满足工程的要求，有的还会导致支护的失败。另外，在高速公路隧道工程中采用超前小导管注浆支护技术，要严格控制灌浆质量，在施工过程中要随时注意灌浆状态，同时还要反复地计算和检查浆液的配合比和原材料质量，以保证最终的整体支护效果。在高速公路隧道施工中，采用了大量的导管、锚杆等构件，由于部分导管、锚杆处于滑动面上，导致其失稳，从而导致了支护效果的下降[3]。

3 当前高速公路隧道施工中的不足

3.1 容易产生事故

高速公路隧道工程施工条件比较复杂，在工程建设中存在着较大的随机性。工程前期准备工作不充分，或在施工中采取的保护措施不完善，由于受外力影响，若不能及时进行合理的治理，将会使隧道的围岩随环境的变化而发生改变，从而导致工程崩塌。

3.2 施工的环境较为恶劣

公路隧道建设首先要解决施工条件十分复杂的问题。隧道工程是一种地下工程，其施工难度可想而知。工程建设受到各种条件的制约，其中水文地质、岩体构造等对工程的顺利进行有一定的影响。同时，由于隧道工程涉及的内容太多、太过复杂，各个工序之间的联系也比较密切，有时还会出现交叉作业，这不但给隧道施工带来了困难，而且一个疏漏都会影响到整个工程的正常进行。

3.3 隐蔽工程的施工

在公路隧道建设中，还出现了一些隐蔽的问题。在施工中，若检查施工效果不佳，将导致更多的隐蔽工程出现，而且各个工序之间的距离都比较短，这一环节的施工质量将对下一阶段的工程质量产生很大的影响。如果不能及时发现并解决这些问题，将会严重影响工程的整体质量，危及工人的生命安全。

4 超前支护施工技术在高速公路隧道工程中的应用分析

4.1 隧道洞口开挖施工技术

在隧道洞口施工中，可以采用超前支护施工技术，根据设计要求对斜坡和明洞进行施工。首先要在洞口上凿出一条轮廓线，然后在洞口上安装截水沟和排水孔，防止坡面被雨水冲刷。在开口部位，土石方可由上而下进行挖掘，应配置适当的挖掘机械，以确保挖掘的效率，并根据岩石的坚硬程度和土壤特性来进行挖掘。岩石的坚硬度越高，挖掘起来就越困难，这时候就可以采用爆破技术，利用科学的方法，既能保证施工质量，又能保证施工效率。在开挖过程中，洞口开挖是一项非常重要的工程，它可以直接地影响隧道的开挖质量。因此，在开挖过程中必须严格遵循有关技术规范，以确保工程质量。

4.2 小导管支护技术应用

在安装导流管前，必须进行喷灌施工，喷注的厚度一般为3～5cm，并对开挖面层和封闭加固开挖面的空隙进行喷水。在钻孔的时候，要利用钻机沿设计的开挖轮廓线和外插角的方向进行钻进，再用风钻机将小管道顶进，在这个过程中，利用振动和冲击，将风钻上的旋转夹紧，这样才能保证管道的安全。另外，为了推进双循环，采用“先奇后偶”的方法，首先是奇数的钢管，其次是偶数的钢管。这样一轮下去，既能保证灌浆的质量，又能保证灌浆的数量。保证灌浆的强度达到一定的要求，才能进行下一步的挖掘。

4.3 隧道洞深开挖施工时超前支护施工技术应用

施工之前，必须先将特定尺寸的管道放置在轮廓线之外的倾斜位置，保证管道的位置符合规定的位置，同时根据土壤的紧实度调整灌浆压力，通过一根小型管道进行灌浆。在保证地基稳定的前提下，对管道的直径和距离进行精确控制。在注浆完毕后，还要对其质量与有关规范的一致性进行严格的检验，只有在合适的情况下，才能确保钻孔深度。高质量的施工必须保证高水平的支撑结构。因此，在超前支护工作中，要确保达到预期的稳定要求，并结合适当的支护结构，使其达到预期的稳定。因此，在具体的施工工艺环节中，必须根据隧道施工规范和洞深的要求，采用合适的支护结构[4]。

4.4 分析支护力学模型

在日常应用超前支护技术时，必须对其所涉及的力学模型进行综合分析，既能充分认识到超前支护的重要作用，又能保证超前支护工艺符合有关规范。根据有关资料，超前支护结构由锚杆和箱体组成，在满足有关规范要求的情况下，必须确保其独立使用。从这一点可以看出，超前支护结构对围岩抗剪性能有显著的促进作用，而采用超前支护结构，则能增强围岩的支护力和抗剪稳定性。一般情况下，支撑结构的主体是掌子面区域内的梁类构件，它们可以壳体的形式出现，以维持良好的状态。不仅如此，在采用超前支护结构时，还采用了管道灌浆和管棚保护，可以有效地增强整个隧道的稳定性，同时也可以满足工程的良好支护需求[5]。

4.5 注浆施工过程

注浆建筑施工所使用的机械设备有1 台浆料搅拌机、2 个灌浆泵、若干个注浆管。注浆管是由硬塑料制成，在管棚浇筑完毕后，首先通过钢筋锚固设备将管道与孔壁间的空隙加以钢筋锚固，再将管道打压，并将注浆管口与钢管接合。注浆浇筑使用的浆料是水泥料，注浆管安装完成后，在工地进行水泥土料的调配，先将浆料混合均匀，然后用过滤网将浆料储存到料筒内，最后由灌浆泵将水泥料经注浆管投入管道内。注浆法施工中必须明确灌注比例、浆料散布半径、灌注水压、注浆质量等4 项关键参数。混凝土和水的比例为1∶1，泥浆散布半径范围不低于0.5m，灌浆水压为2.0～2.5MPa。灌浆量的决定必须与特定的公式相联系，通过计算可知，此次注浆的灌浆总量为2.52m3，在全部参数确定后进行灌浆测试，以检验灌浆参数是否合理，若有误差，及时修正。注浆时，必须先封住施工面，在注浆完毕后，再用水泥浇筑，防止浆料倒灌，并对所有的管道进行编码，首先单号注浆，其次双号注浆。注浆工序应严格按照规定的注浆工艺，注浆完毕后，应仔细记录注浆过程中的各项参数，一旦发现问题，可以根据数量和参数进行分析，并采取相应的对策，同时还要对注浆质量进行检验，如果浆料稠密、饱满，说明注浆质量达到要求，可以进行封堵。

4.6 检测支护效果

隧道超前支护建设竣工之后，为了检验支护工程的支撑效果，在建设场地选择了一些支护施工线路通过了浇筑测试，经检验，除了极少数的管道有丝扣破裂、沉陷的问题外，其他的都符合规定，损坏的管道占比不足1%。另外，对灌浆浇筑的产品质量及管棚的变形情况进行了检验，通过测试，得出了灌浆后的最大固结强度为13.6MPa，最低为12.3MPa，全部满足了施工的需要。综合以上检验，表明该工程的预支护法尽管有局部缺陷，但总体质量达到了预期的要求。

5 高速公路隧道施工的安全要点

5.1 做好质量管控

在施工过程中，应加强对灌浆材料的质量管理，保证灌浆材料的水灰比。注浆期间应密切监控注浆速度、注浆压力、围护结构与周围建筑物的变形、沉降，并依据监测结果，及时调整注浆程序，保证注浆质量。

注浆完毕后，按设计图及时对注浆效果进行细致的检验，保证注浆的实际效果符合设计要求。在检查注浆效果时，要对所有的资料进行准确的记录，并对施工中的施工资料进行检验，以确定注浆过程中有无漏浆、跑浆等问题。检查时，可以在两个注浆孔之间的灌浆质量差的地方进行钻孔，并对其稳定性和渗漏状况进行监测。

5.2 构建合理的规章制度

为了顺利地进行隧洞施工，应建立健全安全保障体系，必须设立专门的警卫部门。另外，还要保证各安全体系的正常运行，保证每个设计都能达到安全规范和文明建筑的要求。

5.3 对施工现场进行严格监督

为了保证公路隧道工程的顺利进行，并对施工现场进行严格的管理，可以采取隧道施工安全管理制度。除了保证满足建筑材料和工程机械的极限要求之外，施工期间，施工人员要严格按照施工规程，加强施工管理，保证施工安全。

6 结语

总之，隧道施工难度大，影响因素多，施工过程中容易受到地形、水文地质等因素的影响，导致隧道围岩变形而崩塌。在高速公路隧道工程中要依据工程概况、地质条件和环境条件，选择最适宜的超前支护技术，并对施工工艺、要素等进行管理和控制，还要对预支护效果进行严格的检验，保证工程建设的正常进行。