长沙市公路桥梁建设有限责任公司
摘要：随着我国城市化进程的不断加深，公路交通基础设施建设工程也越来越多，公路隧道工程开挖支护施工是其中十分关键的组成部分。开展该工程的过程中，不但需要了解施工位置的具体地质，还需要对各种施工方案进行综合分析。本文主要分析了公路隧道工程施工支护的分类与作用并探讨了其中的要点以及提升工程整体质量的有关对策供参考。
关键词：公路隧道；开挖支护；分类；要点
我国公路工程交通建设发展与公路隧道工程开挖支护施工方式的关系密不可分，为了推动我国公路交通建设的水平提升，那么就需要根据实际的情况采取合适的开挖支护施工技术，采取科学的手段，提升施工的整体质量。
1项目概况
龙眼山隧道进口位于清溪镇清凤路的中石化加油站处，隧道出口位于凤岗镇竹塘村，设计为双向6车道，设计速度：100km/h，荷载标准：公路Ⅰ级。建筑限界净宽：0.75+0.25+0.5+3×3.75+1.0+1.0=14.75m；建筑限界净高：5.0m。隧道行人横洞建筑限界为行人横洞净宽2m，净高2.5m。隧道净空断面的确定不仅要满足隧道建筑限界的要求，还要满足隧道的照明、通风、运营管理设施、装饰等所占空间及施工误差；考虑经济性及结构受力的特点，隧道主洞内轮廓一般采用三心圆、曲边墙形式；断面较小的行人横洞考虑采用直墙、割圆拱断面形式。采用R-840cm、R-505cm、R-200cm、R-2200cm的四心圆净空断面形式，单洞不设仰拱内轮廓面积102.61m2，设仰拱内轮廓面积124.66m2。如下图：行人横洞内轮廓拱部半径为R-140cm，净空断面面积6.24m2。按新奥法设计和施工，采用复合式衬砌支护，初期支护与二次衬砌之间设置防水板。其中：
1）龙眼山隧道左线：起讫里程为ZK45+913～ZK46+750，全长837m。进出口均为小净距隧道。线路平面设计为缓和曲线、曲线R=2300m，设计坡度为1.9%/497m～1.00%/340m。围岩类别及支护结构类型为：进口洞门结构型式为端墙式，出口洞门结构型式为削竹式，明洞长度为20m，其余地段Ⅴ级62m，Ⅳ级335m，Ⅲ级420m，Ⅲ级占51%，Ⅳ、Ⅴ级占49%。
2）龙眼山隧道右线：起讫里程为YK45+900～YK46+738，长838m。进出口也均为小净距隧道。线路平面设计为缓和曲线R=2000m，设计坡度为1.9%/510m～1.00%/328m。围岩类别及支护结构类型为：进口洞门结构型式为端墙式，出口洞门结构型式为削竹式，明洞长度为20m，其余地段Ⅴ级78m，Ⅳ级417m，Ⅲ级323m，Ⅲ级占40%，Ⅳ、Ⅴ级占60%。
2公路隧道工程施工支护作用和分类
钢架。围岩破碎自稳性不强的情况下，为了使支护时和施工之后的围岩能够具有稳定性，使用钢架支护作为初期支护，装设钢架的过程中需要保证围岩同钢架密切相连，围岩和钢架的孔隙需要使用楔型预制混凝土块紧密固定。锚杆。一般来说，锚杆的类型包括有中空注浆锚杆、普通砂浆锚杆、水泥药卷锚杆、自进式锚杆及预应力锚杆，设置钢垫板于锚杆端头。锚杆的作用有：其一，悬吊以及加固局部，把破碎岩块锚固于稳定岩层之上。其二，组合拱和组合梁的作用，联结层状岩层，成为组合梁、拱受力体系。通过作用可以看出：岩层和锚杆需要可靠粘结，需可靠安装锚杆端头垫板。喷射混凝土，强度及厚度需要按照隧道开挖断面和围岩地质环境来决定，效果包括有降低开挖之后风化围岩、封闭围岩，使岩层具有自稳性。
3公路隧道施工开挖方案
3.1台阶法
该形式在改善全断面一次开挖法的情况下调整而成的，一般使用围岩从开挖全断面至支护前期过程保持稳定情况下的地层中。我国当前约有70%的公路隧道工程都应用此手段。根据不同的台阶长度，此方案通常可分为超短台阶法、短台阶发以及长台阶法。在具体施工方法的选择上，需要考虑到两个方面的内容：其一，初期支护形成闭合断面时间要求，越是不好的围岩，就更需要缩短闭合时间。其二，确保工程具有安全性，从良好的围岩上来首，需要注重全面发挥机械设备的作用。
3.2全断面开挖法
此手段是按照公路隧道工程设计轮廓一次爆破成型，使用二次衬砌和锚固支护法完成施工。此方法在Ⅰ-Ⅱ类整体性佳的围岩当中应用效果较好，如果应用于Ⅲ类围岩中，就需要围岩从全断面开挖志支护前期时期持于稳定的情况中。另外，施工区域还需要具备大型机械设备，施工区段长度或是隧道长度应合适，一般而言，需要大于1km，否则使用大型设备施工的经济价值较低。
4公路隧道工程支护施工
4.1大拱脚钢架施工和钢架施工
对于钢架施工来说，在加工厂下料分节焊接支座，确保任何一节尺寸和弧度能够与设计标准相符，任何一节的两端都焊连接板，节点间根据连接板采用螺栓连接。安装钢架需要对内轮廓的尺寸进行控制，并将沉降量预留，围岩和钢架之间的间隙需要通过喷射混凝土填充，确保围岩和支护密贴，两排钢架之间采用纵向连接钢筋相连，钢筋环向间距为1m，成为整体受力结构。对大拱脚钢架的设计来说，围岩破碎自稳性不佳进行正台阶施工的过程中，为了保证下台阶开挖的阶段上台阶的结构稳定，安排大拱脚于上台阶的拱脚位置，大拱脚宽0.5m，高1m。开挖上台阶之后施工大拱脚钢架，利用风镐人工修凿将拱脚扩大，支立加工好拱架之后，喷射初期混凝土支护。施工大拱脚过程中，每种支护形式的适用范围不同，此钢架支护方式一般在黄土等具有良好自稳性的地质中应用，正台阶法应用的过程当中，不太适合用于薄层页岩等地质，由于开挖上台阶之后修凿大拱脚要有一段时间，开挖完围岩之后难以尽快支护，很可能导致围岩出现坍塌情况，设计隧道时，为强化软弱围岩支护手段，一般直接使用此手段，不但对材料造成浪费还不方便施工，另外还加大施工安全风险，所以应该慎重考虑该方法的应用。
4.2锚杆施工
该施工的步骤如下，砂浆锚杆：施工开始之前准备在将孔位进行标注，之后钻孔及清孔，压注砂浆，将锚杆体插入并固定，并装置螺栓、垫板。组合式中空注浆锚杆：施工前期工作，孔位标注，再钻孔及清孔，安装锚杆之后注浆，杆体孔口回浆，在装置螺栓和垫板。砂浆锚杆使用Φ22的螺栓来制作，6cm的尾部车丝，杆体需没有锈、没有缺损和没有杂物。锚杆垫板：垫板设置之后能够使喷射混凝土及锚杆的综合支护成效体现出来，喷射混凝土施工完成后安装锚杆垫板，锚杆外露长度根据初期支护的厚度来决定，安装垫板丝扣能够使安装垫板质量得以保证。拧紧螺丝，切除外露锚杆之后，封堵螺帽和垫板，使基面平顺，便于设置防水板。位置的设置需要按照岩层产状、级别以及风化程度等有关地质情况来布置，因隧道工程施工段不同，同一开挖掌子面部位不同就有较大的地质情况差异，所以锚杆布置的长度、方向以及间距需要垂直岩层面，在稳定岩层中锚固，从而使锚杆悬吊效果充分体现出来，另外，为了将锚杆的组合拱和梁的作用发挥出来，岩面应与锚杆垫板紧密贴合。然而在具体工作中，因施工单位与设计单位为不同的单位，设计人员只是负责按照预测的地质状态展开设计工作，施工当中没有技术人员进而到施工当中操作，所以设计支护方案缺乏灵活性，也难以按照需求及时的完善，业主方以及监理单位只承认设计图中的施工手段，施工单位也是根据施工图进行施工，那么就导致初期支护锚杆无法按照地质的需求对长度与间距合理调整，导致开挖面有些位置的锚杆过程，部分位置缺乏锚杆数量。不但过度使用资源，加大了建设资金投入，同时由于锚杆不足，造成施工隐患。
4.3喷射混凝土施工
首先，在隧道开挖工作结束之后进行喷射混凝土施工作业，需要尽快将围岩密封，利用混凝土喷射机按照步骤进行操作，在施工结束之后尽快地开展养护工作。其次，喷射混凝土需要可靠粘结于围岩面，因在具体工作过程中，隧道开挖施工有超欠挖的情况，另外还使喷射混凝土的工作量增大，那么一些隧道工程开展过程当中，混凝土喷射之前把开挖轮廓面大的凹坑利用木板等材料进行封住，在进行混凝土层喷射，不但能够有效降低喷射混凝土材料的使用量，同时能够减轻作业量。
4.4超前小导管施工
该导管通过无缝钢管进行加工制作完成的，完成安装之后需要按照注浆施工工序操作，水泥砂浆液把部分围岩孔隙填充，开挖之后的隧道开挖面的围岩层具有稳定状态。在具体工作当中，注浆工序通常没有被关注，安装小导管之前填充砂浆于导管内成为钢管混凝土，或者将小导管直接安装将此工序结束，不开展注浆施工。导致小导管难以发挥预期效果，开挖之后围岩发生掉块情况，还会发生坍塌等情况。
5超大跨隧道开挖
5.1超大跨隧道围岩段开挖步骤
分析S2衬砌围岩开挖，开挖步骤图1所示。
5.2超大隧道数值分析结果
5.2.1破坏接近度
各个时期破坏接近度如表2所示。隧道施工开展，破坏接近度逐步减小，安全度增大。破坏接近度不大于1，在整个施工当中为安全的状态。
5.2.2拱顶位移和周边收敛
S2衬砌表面收敛最大值是2.9mm，拱顶下沉最大值是2.4mm，拱顶下沉量和表面收敛量不大，表示初期支护使围岩变形得以有效控制，隧道开挖过程中，起拱点于水平方向中位移指向岩体内部，表示围岩总体失稳模式区别于双车道隧道。
表2各阶段破坏程度
5.3锚杆轴力
S2衬砌锚杆14.72kN是最大轴力，锚杆轴力60kN为允许值，表示锚杆支护可行，锚杆于侧墙上所受的轴力较大，需要重点观测此位置的锚杆。
5.4衬砌轴力、弯矩
衬砌353kN为最大轴力，在起拱线位置出现。衬砌外侧受拉2.314kN•m为最大弯矩，在起拱线位置出现，衬砌内测受拉1.018kN•m是最大弯矩，在侧墙和仰拱交界位置出现。对于以上特征点位置，设计过程中需要合理配筋，施工过程中需要应用有效安全手段。
5.5衬砌段应力分布
二次衬砌产生拉应力于右侧的拱腰，是由于计算过程中下台阶先挖左半部分导致的。拱圈衬砌中0.473MPa是最大拉应力，仰拱位置也产生拉应力，0.783MPa是最大拉应力。所以二衬需要配置对应的钢筋。根据相关规定，C25级有箍筋2.0MPa是允许的主拉应力值，以上两个位置的衬砌结构安全储备是4.23、2.55，都与规定的极限抗拉强度永久载荷加基本可变载荷情况下安全系数2.4，那么为安全的隧道结构。
6结语
随着我国经济的进一步发展，公路交通工程的数量不断增多，其技术水平也随着时代的发展不断提升，其质量的好坏会给人民的日常生活造成较大的影响，那么公路隧道工程的质量需要被高度关注，那么首先需要加强开挖支护施工管理的水平以及管理力度，合理采取合适的施工手段，保障工程建设能够稳定且顺利的进行，那么就需要有关人员提升自身的能力与素质，进而提高公路工程交通建设行业的总体市场竞争力，推动该行业良性发展。
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