摘要：在公路隧道支护技术中，超前支护是一项非常重要的技术，能够强化隧道开挖施工段的地层承载力，有效掌控隧道开挖区域的围岩变形，在高速公路施工中应用非常广泛。文章以具体工程为实例，首先阐述了超前支护技术的优势，主要分析了隧道工程中的超前支护施工工艺要点，希望为相关人员提供参考。
关键词：高速公路隧道；超前支护；超前小导管
1工程概况
元绿高速公路全长57.9km，设计速度80km／h，第六标段长9980m，主要含特长隧道1座（阿扎河1号隧道：9885m）、涵洞2座（2—8×6m钢筋混凝土箱涵59.01m，1—3×2m钢筋混凝土盖板涵67.99m），其中隧道超前支护施工采用超前大管棚＋注浆小导管工艺。
2超前支护技术优势
1）将围岩松动程度控制在合理范围内，有效地降低了垮塌事故发生的概率。具体来说，超前支护技术使用大管棚支护在隧道内部施工，以构成一个围绕隧洞轮廓的壳状结构，从而在梁拱效应作用下，有效支撑起前方与后方围岩。
2）降低爆破对围岩造成的冲击。一般来说，采用超前支护技术（如新奥法等）来实施隧道掘进施工时候，其在爆破后所造成的冲击波与气体可以被所应用的管棚材料形成的密集环形孔槽有效吸收，进而降低了爆破作业的干扰性［1］。3）能够保证隧道开挖与掘进的安全性。一般来说，隧道施工都会具有大支护刚度特点，若出现塌方情况则会造成很大损失。针对这一情况，使用管棚不仅能够在发生塌方时起到一定缓冲支撑作用，而且有效确保了隧道施工作业的安全性。
3超前大管棚支护
本项目在选择超前长管棚时，采用的是环向间距42cm的ϕ108×6mm热轧无缝钢管。另外，为进一步确保钻孔方向准确性，需于明洞衬砌外位置安装钢架混凝土套拱（厚度为72cm、强度为C30、纵向长2m）。
3.1测量并定位钢拱架
在该施工环节中，需在施工前确定的位置包括：①纵向中轴线；②拱架脚高程；③三榀拱架纵向间距。在上述基础上，可选用坐标法来测量并定位导向管位置：①确定导向管平面位置后，按照42cm环距来将其定位于工字钢架外轮廓线上；②使用坡度板与水准尺来确定导向管倾角，并运用差距法来确认导向管外插角（一般为1°～3°）。
3.2套拱施工
明洞段上台阶开挖完成后及时清理洞口仰坡危石，对边仰坡按设计要求进行锚喷支护，然后开展混凝土套拱施工。C30钢架混凝土套拱厚72cm、纵向长2m，内埋设四榀I20b工字钢，每榀间距52cm。混凝土套拱和导向管安装时精确测量定位，使钢管位置和方向准确无误。ϕ14mm固定钢筋与ϕ133mm孔口管、I20b工字钢进行焊接，焊缝长度不小于5d（d为钢筋直径），没有孔口管部分的钢拱架采用ϕ22mm纵向连接钢筋进行连接，连接钢筋环向间距102cm。为便于钻机钻孔、注浆作业，在明洞开挖时预留平台，作为管棚及套拱施工的作业平台，以满足工作高度需要。
3.3钻孔
1）钻孔前先对预埋的导向管进行编号，从左到右，共51个编号，从下往上采用钻机钻孔，从导向管钻进，开孔时低速底压。
2）利用全站仪有效控制钻孔质量，保证终孔偏斜率在1／2000以内和孔向正确，每钻完一孔即顶进一根钢管，注一孔浆（有孔钢管）。
3）在钻进过程中，为了确保钻孔深度能够符合设计要求，需常规性检查钢管钻机偏斜度是否正确，若出现超过设计偏差情况则必须立即纠正。
4）左侧1号孔钻孔完毕，钻机调至右侧钻51号孔，同时1号孔注浆，51号孔钻眼完毕，钻机调至左侧钻2号孔，同时右侧孔注浆，依次进行。
3.4清孔
为了确保钻孔的孔径和孔深能够与设计要求相符，从而为后续施工提高有力保障，需使用地质岩芯钻杆配合钻头来反复扫孔。与此同时，要及时清理干净浮渣，以防止出现堵孔现象。
3.5管棚制作、安装
1）长管棚在加工场内分节加工，钢管接头用长15cm的丝扣直接对口连接。奇数号孔为有孔注浆管，偶数号为无孔注浆管，各钻孔均应做好记录。
2）无孔钢花管可作为检查孔注浆质量，在每钻完一孔后便顶进一根长钢管。第一节钢管前端加工成锥形，采用钻机顶进，现场接管。
3.6注浆
1）注浆采用水泥浆液（添加水泥浆液体积5％的水玻璃或水泥砂浆；注浆参数为水泥浆水灰比1∶1；注浆压力初压1.0MPa、终压2.0～2.5MPa）。2）本项目在高压注浆时，为了同时控制好注浆压力与质量，要在注浆完成后及时清除管内遗留浆体，并充填进M30号水泥砂浆来加以密实。
3.7特殊情况处理
1）当注浆时出现小裂浆状况，可将水泥浸泡过麻丝填塞裂隙后，以调整注浆材料浆液配比、缩短凝胶时间等方式来处理跑浆。若注浆过程出现压力瞬间升高现象，仅需注入水泥浆或清水即可［2］。
2）当钻进过程出现特殊情况时，若岩土对管壁阻力较大，可分别采用ϕ125mm和ϕ120mm钻头来对前段与后段进行钻孔，从而更好地为后续钢管顶入施工提供便利性；若出现钻进难以成孔情况时，要具体问题具体分析，但必须避免对松散软弱土层使用注浆加固或加长芯管方式来完成成孔或处理塌孔；若遇到不可钻进的大孤石，则需使用高压风，不可以将其击碎。
3）为了更有利于在便钢管顶进孔后的外壁与孔岩壁间隙堵塞更具有严密性，钢管末端部焊设挡圈并用胶泥麻筋箍成楔形。图1为超前大管棚的具体布置图。
4超前小导管注浆施工工艺
4.1施工要点
一般情况下，为了改善隧道施工围岩周围的力学性能，从而达到加固与堵住地下水效果，可使用超前小导管注浆支护技术；此外，还可以结合钢架支护技术来共同构成棚架式支护体系，从而进一步保障隧道施工过程中软弱围岩领域的安全性和稳定性。本项目中，施工要点如下。
1）在施工现场使用小钢管加工，并在凿岩机钻孔完成后，采用人工方式来将小钢管打入孔内；与此同时，要通过注浆泵来注入水泥浆。
2）在材料选择上，本项目选择了外径ϕ50mm、壁厚5mm、长度5.0m的小导管（钢花管）；在设置安装位置时，以15cm间距梅花形、ϕ8mm标准钻设压浆孔，管口预留1m止浆段。
4.2主要施工工艺
1）布孔：为了在测量布孔时候能够更精确，必须要在钻孔开始前先使用喷射混凝土来使掌子面处于密封性，从而防止出现漏浆情况。另外，要在设计孔位置的点上做好标记。2）钻眼：在该过程中，本项目选择了风动凿岩机为钻孔设备，并在完成钻孔后使用了高压风管与掏勺，目的是排除可能造成堵塞的孔内砂石。
3）封口、试泵：由于该工序需要有一定的精确性，因此本项目采取了人工推送钢管入孔方式，并用麻丝和锚固剂对孔口进行了封堵操作。完成该预备施工后，需旋上孔口阀并连接注浆管路。
4）在注浆前，要先进行20min左右测试来保障注浆系统运转的流畅性。具体来说，就是使用注浆泵来检查是否存在漏水或设备失灵等状况，确认无问题后再进行压水试验，即通过对岩石裂隙进行冲洗来将浆液通路扩大化，以进一步提高所填充浆液密实性，从而更精确地得出关于岩石渗透性相关参数［3］。图2为小导管加工图。
5）浆液配制：浆液采用C30水泥浆，用卧式搅拌机拌和。在注浆前通过试验合理确定浆液配比、注浆压力等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过试验确定。配制浆液时注意加料顺序和速度，防止浆液结块。浆液应随配随用，用多少配多少以免造成浪费。配制好的浆液需经过滤后方可进入泵体，以防杂物堵塞管路或泵体。
6）注浆施工：采用UB－3型注浆泵注浆。清孔后按由下至上的顺序施工，浆液先稀后浓，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。
7）注浆压力控制：注浆压力按分级升压法控制，由注浆泵油压控制调节。具体调法是：启动注浆泵，正常运转后关闭泵口阀门，泵停止运转后旋转压力调解旋扭，将油压调在要求的油压刻度值上。随着注浆阻力的增大，泵压随之增高，当达到调定值时自动停泵。
8）结束标准：采用终压和注浆量双控制。一般以单管设计注浆量为标准，当注浆压力达到设计终压不小于20min，进浆量仍达不到设计标准时也可结束注浆［4－6］。
9）清洗注浆系统：达到结束标准后停止注浆，随即卸下注浆混合器及注浆系统，并用清水清洗干净，以保证下次注浆顺利进行。施工中要加强劳动保护，防止浆液沾染人体。10）效果检查：开挖检查浆液渗透及固结状况，据压力浆量曲线分析判断，没达到设计要求时须补注处理。
5结束语
高速公路隧道工程是一项历时周期长、施工复杂的工程。必须从具体的地质状况出发，利用稳固、安全的超前支护途径，这样才能使隧道工程质量有所保障。本文全方位探究了高速公路隧道工程中的超前支护施工工艺，以期为类似工程提供有效借鉴。
作者：张磊 单位：中铁十四局集团第二工程有限公司