公路隧道开挖支护施工现状分析及研究

摘要：伴随隧道工程技术的不断发展与进步，我国隧道建设越来越多，如何确保横洞进洞及洞口稳定是施工的重点和难点。文章简要介绍了隧道支护分类及作用，分析了隧道开挖方案，对隧道开挖支护施工现状进行了阐述。

关键词：公路；隧道；开挖支护；施工现状；研究

中图分类号：X734 文献标识码： A

一、隧道支护分类及作用

1、锚杆，锚杆的类型主要有：普通砂浆锚杆☮、中空注浆锚杆、自进式锚杆、水泥药卷锚杆和预应力锚杆，锚杆端头设钢垫板。

由其作用可知：锚杆必须与岩层可©靠粘结，锚杆端头垫板应可靠安装。

2、钢架，在围岩破碎自稳性差时，为确保支护施作过程及施工后围岩稳定，初期支护采取钢架支护，钢架安装时应确保钢架与围岩紧密连接，钢架与围岩空隙应采用楔形预制混凝土块固定牢固。

3、喷射混凝土，其厚度、强度根据围岩地质情况及隧道开挖断面确定，主要作用是封闭围岩，减少开挖后围岩风化，以维持岩层自稳。

4、超前支护，当掌子面围岩较破碎，隧道开挖后围岩难以自稳时，采取掌子面前方超前支护措施。超前支护分为：超前小导管、超前锚杆、超前管棚等。

二、隧道开挖方案

1、全断面开挖法

全断面开挖法指的是根据公路隧道设计轮廓进行一次爆破成型，再采用锚固支护与二次衬砌的方法来施工。全断面开挖法在Ⅰ～Ⅱ类整体性好的围岩中应用十分理想，若是在Ⅲ类围岩中进行使用，那么，就要求围岩必须从全断面开挖到支护前期环节阶段持于稳定状态下。同时，施工现场还要有大型机械设备，隧道长度或者施工区段长度应保持适当。通常来说，不得低于1km，不然，采用大型设备施工难以获取较高的经济价值

2、台阶法

台阶法也可称之为正台阶二步开挖法，主要是在改进全断面一次开挖法的基础上演变来的，通常会用到围岩从全断面开挖到支护前期环节阶段持于稳定状态下的地层中。我国目前大概有70%的公路隧道都会采用这一方法。按照台阶长度的不同，台阶法一般可划分为长台阶法、短台阶法以及超短台阶法，施工中采用哪一种方法较合适，应从两方面的因素考虑：首先，对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短。其次，对上部断面施工中使用的开挖、支护等各环节设备所需施工场地大小的要求。若是软弱围岩，应以第一条为主并兼顾第二条，保证施工的安全，对于整体性好的围岩，应将重点放在怎样将机械设备效率全面发挥，获取经济效益最大化上，可采用第二条。

三、隧道支护施工现状分析

1、锚杆施ภ工现状分析

（1）锚杆施工程序

隧道工程常用锚杆形式有全粘结砂浆锚杆及中空注浆锚杆，其施工程序为：

①砂浆锚杆：施工准备→标注孔位→钻孔、清孔→压注砂浆→插入、固定锚杆体→安装垫板、螺栓。

②组合式中空注浆锚杆：施工准备→标注孔位→钻孔、清孔→组装锚杆→安装锚杆→注浆→杆体孔口回浆→安装垫板、螺栓。

③砂浆锚杆采用Φ22螺纹钢筋加工制作，尾部车丝6cm，锚杆杆体调直、无缺损、无锈、无杂物。组合式中空注浆锚杆在专业厂家加工，由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成，中空锚杆结构见图1。

图1中空注浆 ヅ锚杆示意图

锚杆设置位置应根据围岩级别、岩层产状、风化程度等地质情况合理布置，由于隧道工程不同施工段、同一开挖掌子面不同部位地质情况差异很大，故理论上锚杆布置间距、方向及长度应与岩层面垂直，并锚固在稳定岩层内，以充分发挥锚杆的悬吊作用。同时，为充分发挥锚杆的组合梁、拱作用，锚杆垫板应与岩面密贴，螺帽应拧紧。但实际施工中，由于设计与施工单位多是两个单位，设计只管在室内根据预测地质情况进行设计，施工过程中又不可能派技术人员跟班作业，故设计支护方案只能是死的，不能根据需要及时进行调整，监理单位及业主方只认设计图明确的方案，施工单位也只能按图施工，这就造成了初期支护锚杆不可能根据地质需要适当调整间距和长度，开挖面有的部位锚杆过剩，有的部位锚杆数量不足，一方面造成了资源浪费，增加了建设成本，另一方面锚杆施作不够，带来了施工风险，给运营埋下了隐患。锚垫板施作上，因技术人员对锚垫板作用认识不足，操作过程中控制不严，形成了锚垫板与岩面不密贴，甚至不安装锚垫板等问题，现阶段锚垫板施工质量堪忧。

2、钢架及大拱脚钢架施工现状分析

（1）钢架施工

钢架在加工厂下料分节焊接制作，保证每节的弧度与尺寸符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接。钢架安装应严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵入衬砌净空，钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实，保证支护与围岩密贴，控制围岩变形，两排钢架间用纵向连接钢筋连接，连接钢筋环向间距1m，以形成整体受力结构。

（2）大拱脚钢架设计施工现状分析

围岩破碎自稳性差采取正台阶施工时，为确保开挖下台阶时上台阶结构稳定，在上台阶拱脚处设置大拱脚，大拱脚高1m，宽0.5m。大拱脚结构形式见图3。大拱脚钢架施工是在上台阶开挖后，采用风镐人工修凿扩大拱脚，支立加工好的拱架后，喷射初期支护混凝土。 图3大拱脚台阶法示意图

大拱脚施工现状，任何一种支护措施都有其适用范围，大拱脚钢架支护形式主要适用于黄土等自稳性较好地质，正台阶法开挖施工。对薄层页岩等地质该法适用性较差，因上台阶开挖后修凿扩大拱脚需要一定时间，围岩开挖后不能及时支护，有可能造成ษ围岩失稳坍塌。但隧道设计中，为加强软弱围岩支护措施，往往直接套用该措施，既不便于施工，又浪费材料，同时带来了更大的施工安全风险，故该法应谨慎采用。

3、超前小导管施工现状分析

超前小导管采用无缝钢管加工而成，安装后必须严格注浆施工工序，使水泥浆液填充部分围岩孔隙，隧道开挖后开挖面形成稳定围岩层。但实际施工中，注浆工序常常被忽略，小导管安装前导管内填充砂浆形成钢管混凝土，或是直接安装小导管即结束该工序，不进行注浆施工。造成小导管起不到预想作用，开挖后出现围岩掉块，甚至坍塌等问题。

4、喷射混凝土施工现状分析

（1）喷射混凝土施工

喷射混凝土在隧道开挖后及时施作，尽早封闭围岩，喷射混凝土施工采用混凝土喷射机分段分层施作，喷射混凝土完成后及时养护。

（2）喷射混凝土施工现状分析

喷射混凝土应与围岩面可靠粘结，但实际施工中，由于隧道开挖施工存在超欠挖，使开挖轮廓不是完全平顺的轮廓面，增加了喷射混凝土施工难度，同时，加大了喷射混凝土工作量。于是，有的隧道工程施工中，在喷射混凝土前将开挖轮廓面较大的凹坑采用石棉板、木板等材料封盖后再施作喷射混凝土层，这样，既节约喷射混凝土材料，又减少了喷射作业工作量。但此作法使初期支护与岩层之间出现了一个人为空腔，给隧道工程施工和运营过程带来了具大的安全隐患。

结束语

综上所述，公路隧道开挖支护施工是公路施工的组成部分，施工时要根据各地地质勘察的情况进行分析。然后与上述各种开挖方案进行结合，并采用复合衬砌支护方式进行施工。