隧道工程支护及衬砌技术探析

隧道工程支护及衬砌技术探析

徐健

中铁一局集团有限公司  陕西 西安 710000

摘要：随着城市交通的快速发展，越来越多的隧道工程应运而生。隧道工程是现代交通工程的重要组成部分，广泛应用于公路、铁路、水利工程等领域。在隧道施工过程中，支护施工技术作为一种重要的施工方法，能够有效地提高隧道施工的安全性和稳定性，得到了广泛的关注和应用。根据隧道工程的施工位置，可分为山地隧道、水下隧道和城市隧道，其中山地隧道工程是建成最多的工程。可以看出隧道工程大多环境复杂，工程难度大，而支护及衬砌技术是隧道工程施工中常用的技术，因此应加大这方面的研究，以期为今后的同类工程作参考。

关键词：隧道工程；支护；衬砌技术

引言

如今，中国的隧道工程建设正在逐步向偏远地区扩展，这使得隧道工程的施工难度增大，需要合理利用各种施工技术来推进施工。同时施工安全风险高，施工过程中可能发生塌方、裂缝等事故。因此，不仅要做好施工方案设计，提高施工技术水平，还要加强施工管理，科学合理地组织施工，将各种问题扼杀在萌芽状态，更好地保证施工质量。基于此，文章主要就隧道工程中的支护技术与衬砌技术进行分析。

1.隧道工程的必要性

隧道施工场地具有多样性的特点，必须严格控制施工质量，避免影响周边居民的正常生活，并结合施工环境的特点，对施工方进行合理、科学的优化。同时，在对隧道设计进行分析的基础上，要保证隧道施工项目设计的合理性和科学性，从而保障隧道施工全过程的安全。特别是在施工前期和施工过程中，要对施工设计方案进行优化，结合施工设计方案的实际情况进行合理、科学的调整，全面提高施工作业质量。并且，隧道在民众出行方面提供了极大的便利，在隧道工程项目投入应用期间，需确保隧道的质量，使民众能够安全出行。此外，在城市发展过程中，隧道是重要支撑部分，对城市未来发展的交通规划、城市经济建设程度的影响较大[1]。

2. 支护施工技术

2.1复杂地质条件黄土隧道基础支护方法

2.2.1混凝土喷射

喷射混凝土作为整个施工的重要组成部分，作用在施工从开始到结束的全过程中。采用混凝土喷射技术，提前在施工场所附近的搅拌站进行搅拌作业，通过混凝土搅拌车运输到施工现场进行分压喷浆。黄土隧道施工中，混凝土喷射由于其常用性而存在很高施工技术要求。砾石的选取应当保证其强度与耐用；水泥方面则有着较高的限制，使用主要催化剂为速凝剂、减水剂、防水剂等。减水剂的主要作用是减少混凝土在加工过程中需要加入的水的总量。由于混凝土本身在坍落度上存在要求，增加后使水泥的水分过度蒸发，初喷混凝土层由于含水量过低而导致干燥开裂现象，从而降低喷射层的自身强度与抗渗透性，所以当混凝土混合时通常与超增塑剂混合，使混凝土喷射在少量水的情况下提高其易流动性；混凝土中的防水剂混合物可与水泥的水化产物反应形成不溶性凝胶，其产生的微膨胀可部分抵消混凝土硬化的收缩；快速成型剂的效果主要是当混凝土材料在喷涂后粘在表面上必须尽快凝固。

2.1.2钢筋网加固

将钢筋按照设计要求加工成网格，垂直和横条在进行交点焊接，形成网状单元。钢网通常安装在混凝土初喷和钢拱的安装后，网格和钢拱架间都要进行焊接作业。钢筋必须通过测试性能进行测试，且在使用前要做防锈保养技术处理；加固网状节点和锚杆之间焊接牢固，在喷射操作中不应存在钢筋网移动；净铺面与混凝土喷涂面起伏，并与墙体接触致密；再喷混凝土，钢网将被完全覆盖，钢网不得露出。喷涂后，混凝土表面应尽量平整。

2.2超前大管棚控制技术

大管棚施工法以增加钢管本身的强度与刚度，同时加固黄土围岩，增强整体承载能力。其变形控制的关键点在于提高管棚整体的刚度，而其作用机理不同于小导管，主要在于形成管棚承载体系，是一种主动布置承载设施的人工支护形式。形成管棚应具备两方面条件，一方面，支撑管与管间所夹的黄土围岩形成承载环，这与小导管的原理类似；另一方面，支撑管应达到一定数量。简单传力管件无法形成承载体系，通过对管棚的监测可以初步分析出其荷载调节机制，有效减少由于地层开挖应力释放而引起的地层变形，这对于进洞工程、预防地表沉降等浅埋新黄土隧道的建设具有重要意义[2]。

2.3隧道主体支护技术

隧道主体支护是对隧道开挖后的巷道进行加固和支护的重要措施。常见的隧道主体支护技术包括锚杆支护、喷锚网片支护、隧道衬砌和防水补强等方法。这些技术能够有效增强巷道的承载能力，抵抗地质力学作用，从而确保隧道的稳定性和安全性。锚杆支护是通过在巷道壁面灌注混凝土的钢筋索，将岩体和支护结构连接在一起，形成坚固的支护系统。喷锚网片支护则是将钢筋网片固定在巷道壁面，再用喷锚材料将其连接至岩体上，以增强巷道的强度和稳定性。隧道衬砌是指在巷道内设置混凝土或砖石等材料，起到包裹和保护岩体的作用。它能够分担地压力，给巷道提供承载能力和防止岩体侵蚀。防水补强是在主体支护中较为重要的一环。通过使用防水材料和特殊处理方法，能够有效防止水的渗透和渗漏，保护隧道的结构和设备。这些主体支护技术的选择和应用，要根据地质条件、隧道尺寸、工程要求等因素进行综合考虑。合理的主体支护能够提高隧道的承载能力和稳定性，确保隧道的安全使用。因此，在隧道施工过程中，主体支护是一个非常重要的环节。

3.隧道工程衬砌技术

3.1衬砌裂缝成因分析

隧道衬砌裂缝是隧道工程中的重要问题，裂缝是衬砌混凝土结构抗渗性能恶化的直接原因，如果任其发展，让水和空气接触到钢筋，就会导致钢筋的腐蚀，影响结构的耐久性。裂缝也是隧道衬砌渗漏的直接原因，特别是在寒冷地区，隧道裂缝导致渗漏，当裂缝中的水经过冻融循环后，裂缝会进一步扩大，形成渗水通道，影响隧道的正常运行。隧道衬砌裂缝产生的原因可分为两大类:一类是内因，主要是衬砌本身的物质因素造成的；另一类为外因，主要为施工、外力、温度等因素导致裂缝产生。导致衬砌混凝土开裂的内因主要有水泥混凝土的自收缩特性、衬砌的配筋率、骨料的强度、使用的外加剂等[3]。

3.2隧道衬砌技术在加固中的应用

（1）模板安设

假如隧道断面比较小，施工原材料运输的条件比较差，因此，不同隧道位置采用不同的模板，如隧道边墙采用了木质模板，隧道拱顶采用了铝合金模板，封头模板采用可加固定型的木质模板。但无论选择何种模板，在安设中都必须保证模板表面足够光滑、接缝足够严密，并有良好的稳定性和刚度。拱架使用前需要提前在样台上试拼装，重复使用时需要加强检查，如果发生变形、位移等要及时调整后再使用。并在拱架外缘沿着径向通过支撑结构体系和围岩顶紧，以免在进行混凝土衬砌浇筑中发生拱架变形问题。模板接头要平顺、整齐，尤其是挡头板和岩壁之间的间隙要嵌堵密实。

（2）混凝土衬砌

混凝土衬砌分段进行，先底拱再边墙，最后顶拱，从水利隧洞进口开始，逐步向出口浇筑。在整个混凝土衬砌中，必须保证中线、标高、断面尺寸、净空大小等全部都符合设计要求。所用的混凝土在隧洞口外附近布设搅拌机来提供，拌制好的混凝土通过移动小车运输到施工浇筑位置，通过人工铲锹的方法入仓，并用插入式振捣器进行充分振捣。

结束语

隧道施工特点鲜明，作业空间相对有限，专业性强，安全风险高。为了提高隧道施工的质量和安全性，做好隧道施工是非常重要的。因此，有必要科学合理地应用支护技术和衬砌技术，并做好这些工作，以全面提高隧道施工的质量和安全性，进一步为我国隧道建设的稳定可持续发展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]杨坤.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术探析[J].中国建材,2017(07):129-130.

[2] 王洪光．分析公路隧道工程建设的开挖支护施工及其管理[J] ．黑龙江交通科技，2018，41（06）：183，185．

[3]姜银周,申百囤.大断面隧道加强型机械化施工管理及施工效果分析[J].隧道建设(中英文),2018,38(08):1334-1341.