公路隧道支护技术现状探讨

公路隧道支护技术现状探讨

[摘要]实践表明，要想保证公路隧道在施工和运营阶段的安全,采取先进合理的公路隧道支护施工技术工艺是相当重要的。本文就我国公路隧道的支护技术现状进行阐述探讨。

【关键词】公路隧道；超前支护；初期支护；二次衬砌

公路隧道支护施工技术主要包括超前支护、初期支护和二次衬砌技术。在施工时要结合地质情况，采取多种支护方式的复合式衬砌，柔性支撑和刚性约束相辅相成，不同的围岩段和工程地点应结合自身的特点和要求有所侧重点；并加强对围岩应力的分析和支护参数机理的研究，使支护工艺更加理性化；否则会直接影响工程质量,从而影响围岩和结构安全。而工程质量和工程进度的保证很大程度上依赖于先进的机具设备、先进的施工方法和合理的施工组织管理。

1、公路隧道超前支护

对于超前支护，常用的有管棚支护、超前小管棚及小导管注浆、超前锚杆预支护等方法。

管棚可以有效地起到将隧道掘进临空面传下来的荷载和土体自身荷载，向掘进掌子面前后转移，起到抑制地面和土体竖向位移以及防止掘进过程中土体坍塌的作用，能较好地在不稳定地层中进行超前支护，在自稳能力差的软弱松散地层中开挖大断面隧道时，采用大管棚支护技术，可给浅埋暗挖工程在复杂地层条件下创造安全良好的施工条件，是软弱松散地层控制地面沉降，确保施工安全的理想超前支护技术。虽然管棚效果和可靠性都很高，而且施工实例也多，但由于大管棚有一定仰角，随着向前施工，管棚与拱顶间悬土将

越来越厚，常采用小管棚辅助支撑；当管棚打入后会出现末端下沉量过大问题，经常要在初期支护拱顶背后注浆，保证大管棚和初期支护之间不形成空洞。

高压旋喷柱支护，是钻孔后从钻杆顶端一面高压喷射水泥类硬化剂，一面进行旋喷、拉拔，在围岩中形成50至70cm的柱，沿掌子面外周搭接，而形成壳状结构。预衬砌支护施工法是在开挖之前，沿隧道外周切出沟槽，并向沟槽内灌注混凝土，形成壳体的施工方法。

2、公路隧道初期支护

（1）喷射混凝土是隧道施工中最基本的支护形式和方法之一，因其在隧道岩壁上立即喷射一层混凝土，实现对开挖后的围岩快速封闭，与围岩表层岩石共同作用，且能渗入围岩裂隙，封闭节理，加固结构面，从而提高围岩整体性和自承、自稳能力，在隧道施工中被广泛使用。但是，喷射混凝土工艺具有其自身的局限性，它工艺繁琐，工程质量不稳定和施工进度慢效率较低，延误支护时机，增加了隧道险情的发生机率等缺点，特别是采用干式喷混凝土时，这些缺点更为突出。产生这些缺陷的主要原因在于:喷射混凝土作业环境恶劣，人工喷混凝土无法按喷混凝土的工艺原则进行；由于回弹物中大部分是骨料，故回弹多也降低了混凝土的强度；大断面隧道施工中，人工喷混凝土需要辅助措施，不仅影响施工质量，也影响了施工进度。近年来我国内在湿喷机的研制上取得了很大成绩，但以下问题还需要解决:1) 积极探索混凝土湿喷设备的维修保养规律，使之能够保持良好的工作状态；2) 混凝土堵管后处理费时较多，应继续优化混凝土配合比，避免或减少混凝土堵管现象的发生；3) 有水地段湿喷混凝土效果差，应继续改进完善湿喷混凝土施工工艺，使其能够适应不同地质地段施工；4) 湿喷混凝土施工经验不足，需要解决TBM快速掘进与喷射混凝土相互制约的矛盾。

（2）钢拱架在工程中的作用主要是在短时间内给予围岩强有力的支护，约束围岩的位移，控制围岩塑性区的发展。但是，钢支撑的耐久性、刚性和整体性,以及与围岩接触性能均较混凝土差。从设计上看,国外较多地应用钢拱架支撑，而国内则钢拱架支撑和钢筋格栅拱架都有。从施工上来看，施工中钢拱架与围岩的接触点应尽可能多一些，并且施作时间越短越好。另外，钢拱架与围岩之间的空隙必须用喷射混凝土填充密实，并使钢拱架被混凝土包裹严实，使其与喷射混凝土构成整体受力体系。

（3）锚杆作为主要支护手段之一，在隧道支护中的作用也是举足轻重的。但是，由于设计者对锚杆作用机理理解各异，在设计参数的选取上也存在很大出入。我国的大跨扁平隧道设计中，锚杆的设计长度一般控制在3至5m，并且整个断面等长。在施工中，经常使用砂浆锚杆和ZW药包锚杆作为隧道初期支护的主要手段。但在围岩破碎、松散、偏压等不利地质条件下施工，初期支护中,锚杆的施作质量往往成为初期支护质量保证的焦点问题，特别在采用复合衬砌施工的隧道工程中，初期支护中锚杆的作用显得更为突出。

3、公路隧道的二次衬砌

二次衬砌包括拱部衬砌、边墙衬砌和仰拱衬砌。目前公路隧道二次衬砌一般用模注混凝土，整体台车施工，而且已经形成一套很完备的施工工艺。但在施工时，有时也会出现台车上浮、衬砌环接缝处错台、下部气泡多、拱部油迹不均、环节缝参差不齐及漏浆、二次衬砌顶部脱空现象等问题。这种支护方法繁琐，施工进度很慢，并且撤模时间比较长,二次衬砌的承载力通常要靠钢筋和混凝土的强度来提高，因而混凝土的承载力也受到很大的约束。近年来，由于粉煤灰的开发利用，在混凝土中使用粉煤灰不但可降低工程造价，变废为宝，而且可减少环境污染。实践证明，粉煤灰混凝土密实性、均匀性好,抗渗、抗冲击性能都有所改善，技术上可行，经济效益也相当显著。在开挖面后几米处，用移动式安装架安装中空衬砌块，然后在中空部直接充填早强混凝土，成为隧道拱部中空衬砌块在此处

相当于轻型的内外模板。二次衬砌底部及直墙混凝土采用震捣密实，拱部采用压力密实。然后回填压注混凝土施加预应力，在中空衬砌块外侧配置特殊的袋，向袋中压注混凝土,即可填满衬砌背后空隙和施加预应力，大大提高了混凝土的承载力。另外隧道仰拱是衬砌结构的重要组成部分，它的设置不仅提高了隧道施工的安全性，而且也提高了隧道长期使用的耐久性。

但是我国在仰拱的设计和施工中均存在一些问题，如仰拱的形状不够合理、曲率偏小，而施工中又往往是后修仰拱，且大多数是在拱部及边墙组成的上部衬砌变形趋于稳定之后修筑，时机过迟，所以仰拱起不到应有的作用。虽然在施工中采用短进尺、早封闭、勤量测的原则，在分步开挖中采用修筑临时仰拱的措施可以取得良好的效果，但是在什么情况下需要设置仰拱、仰拱的形状及厚度，仰拱的施作时机等还有待研究。

4、结语

我国当前对隧道支护技术的研究还比较少，与国外的技术水平也有一定差距，对施工技术的选取缺乏足够的理论认识，在隧道支护工艺的优化设计、经济性和合理性方面仍有待深入研究。隧道支护技术面貌的改观，除了引进国外先进的技术、设备之外，还需要我们进一步的努力，实现我国自有的先进隧道技术。

参考文献

[1]朱汉华，尚岳全. 公路隧道设计与施工新法[M].北京:人民交通出版社，2002

[2]刘晓树，赵建宇. 改进施工工艺提高隧道衬砌质量[J].铁道建筑，2002