岳楹沁

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

1 引言

大跨度隧道因其覆蓋面積廣、受力復雜、地質條件多變等特點，施工技術要求極高，而主動支護技術在現(xiàn)代隧道工程中的應用能保證施工過程的安全性，確保工程的長期穩(wěn)定性和可靠性。鑒于此，深入分析大跨度隧道主動支護施工體系及其現(xiàn)場應用的各個方面，對于工程師、設計師以及施工管理者來說具有重要意義。

2 不同類型的主動支護方法

2.1 錨桿支護

錨桿支護廣泛應用于隧道、礦山、地下工程以及巖土工程中，以增強巖土體的穩(wěn)定性和承載能力，基于鋼制錨桿的力學性能，通過將錨桿預置于地下巖土體中，并將其牢固固定于巖土體內，可以抵抗地下壓力和位移，提供穩(wěn)定的支護效果。錨桿支護的基本組成包括錨桿本體、錨固端頭和注漿材料。錨桿本體通常由高強度鋼材制成，具有較大的抗拉強度，以承受地下巖土體的拉力；錨固端頭位于錨桿的末端，通過與巖土體產生摩擦或錨固力來傳遞拉力；注漿材料用于填充錨孔，增加巖土體與錨桿之間的黏結和摩擦力，提高支護效果。錨桿支護需預先鉆孔并安裝錨桿，施加預定的張力來使錨桿與巖土體緊密結合。張力的施加可以通過液壓或機械力量來實現(xiàn)，錨桿與巖土體充分結合后即成為受拉桿件，抵抗地下壓力的作用，穩(wěn)定地支撐地下結構[1]。

2.2 預應力支護系統(tǒng)

預應力支護系統(tǒng)主要目的是通過提前施加作用力來增強隧道周圍巖體的穩(wěn)定性，在隧道周圍巖石中預先設置預應力錨桿或預應力錨索，以此在隧道開挖之前形成預支護力，有效控制巖體的變形和位移。預應力支護的設計需考慮巖石的力學特性、地質條件、隧道尺寸及其所處的環(huán)境條件，以確保施加的預應力既能達到預期的支護效果，又不會導致巖體破壞。預應力支護系統(tǒng)的實施過程中，需要進行詳盡的地質勘查和力學分析，以確定最佳的錨桿或錨索布局方案，采用高精度的鉆孔設備進行鉆孔，確保每一個錨點都能準確地按照設計位置施工。錨桿或錨索安裝完成后，通過液壓設備對其施加預定的張力時，需精確控制，以避免超過巖體的承受能力；施加預應力后，應定期對錨桿或錨索的狀態(tài)進行檢測，以確保長期的穩(wěn)定性和有效性。

2.3 其他主動支護技術

除常見的錨桿支護和預應力支護系統(tǒng)之外，大跨度隧道施工領域還采用了多種其他主動支護技術，以應對復雜多變的地質條件和確保工程的安全與穩(wěn)定。（1）噴射混凝土支護技術是在隧道開挖面噴涂混凝土層，形成堅固的支護結構，防止巖土松動和崩落，其施工迅速且靈活，能即時適應不同形狀的隧道斷面，尤其適用于巖石質量較差或地質條件復雜的區(qū)域。但噴射混凝土的質量控制對施工質量影響極大，需要精確控制混凝土的配比、噴射厚度和固化時間。（2）管棚支護技術則是在隧道開挖前，在其上方預先施工一層管棚結構，形成“傘”形支護體系，以減少開挖過程中的地表沉降和保護隧道上方的建筑物或其他結構[2]。管棚技術的關鍵在于管棚的布置和安裝精度，需要根據(jù)地質條件和隧道的設計參數(shù)精心規(guī)劃。（3）凍結法支護技術主要用于處理含水量高或地質條件特別復雜的土質。在地層中注入冷卻介質，使周圍的土壤或巖石凍結，增加其強度和穩(wěn)定性。其挑戰(zhàn)在于對冷卻系統(tǒng)和溫度控制的精確要求，以及對周邊環(huán)境的影響評估。

3 大跨度隧道主動支護施工體系的整體設計原則

3.1 結構穩(wěn)定性原則

結構穩(wěn)定性原則是大跨度隧道主動支護施工體系設計的核心。其要求在設計和施工過程中要確保工程結構的穩(wěn)定性，為此，需要進行詳細的地質勘探和分析，精確評估隧道沿線的地質條件，包括巖土的物理和化學性質、地下水情況以及潛在的地質災害風險。基于這些數(shù)據(jù)，設計時需選擇合適的支護方法和材料，確保隧道在整個施工和使用周期內都能維持結構的穩(wěn)定性。

3.2 環(huán)境適應性

環(huán)境適應性原則強調隧道主動支護施工體系需要考慮到周圍環(huán)境的特性和對環(huán)境的影響，包括對地質環(huán)境的深入了解和對生態(tài)環(huán)境的保護。施工設計階段，應充分考慮地下水位、土壤類型、地震活動、降雨量等自然因素對施工和未來運營的影響。例如，在地下水位較高的區(qū)域，需要設計有效的排水系統(tǒng)和防水措施；在地震多發(fā)區(qū)，應加強隧道的抗震設計。施工過程中，盡量減少對周邊環(huán)境的干擾和影響，控制施工噪聲、減少塵土飛揚和合理處理施工廢棄物[3]；穿越生態(tài)敏感區(qū)域的隧道工程時需要采取特殊措施以保護當?shù)氐纳锒鄻有院妥匀痪坝^，保護了自然環(huán)境，也為隧道工程的順利實施和長期運營提供了保障。

4 大跨度隧道主動支護施工過程中的關鍵環(huán)節(jié)

4.1 鉆孔作業(yè)

鉆孔作業(yè)的目的是為安裝錨桿、錨索或噴射混凝土等支護結構提供必要的孔位，基于詳細的工程設計和地質調查數(shù)據(jù)，精確規(guī)劃鉆孔的布局，考慮隧道的具體尺寸、預期的負載情況、巖石的性質及其他相關的地質因素，使用專業(yè)的鉆孔設備進行作業(yè)。設備的選擇應考慮到巖石的硬度、鉆孔的深度和施工環(huán)境的復雜性。鉆孔過程中應持續(xù)監(jiān)控鉆進速度、鉆頭的磨損情況以及鉆孔的質量，以確保每一孔位都符合預定的標準。鉆孔作業(yè)的質量控制是確保施工安全的重要環(huán)節(jié)，應對鉆孔的直徑、深度和方向進行精確測量，以及對鉆出的巖石樣本進行分析，評估地質條件是否與預先的調查結果一致，采取措施防止孔壁塌陷或水土流失，特別是在松散或含水量高的土層中。

4.2 安裝支護結構

支護結構的安裝旨在確保隧道開挖過程中巖土的穩(wěn)固性，防止塌方或松散，為隧道的最終結構提供必要的支撐，此過程涉及多種支護技術，包括錨桿、錨索、噴射混凝土和預應力支護等。支護結構安裝應確定支護結構的類型、規(guī)格、布置方式及材料選擇，綜合考慮隧道所處的地質條件、預期的負載情況、施工環(huán)境特點以及工程的整體成本效益，施工團隊需使用專業(yè)的設備和技術進行安裝，確保每一項支護要素都嚴格按照設計標準執(zhí)行。

4.3 施工監(jiān)測與調整

施工監(jiān)測與調整是大跨度隧道主動支護施工過程中關鍵環(huán)節(jié)，確保整個工程的安全性、穩(wěn)定性以及最終的施工質量，應對隧道施工過程中的各項關鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行相應的調整，以確保施工過程符合設計標準和安全規(guī)范。施工監(jiān)測主要包括對隧道周圍巖體的位移、應力、變形等物理量的測量，以及對支護結構，如錨桿、錨索的張力和噴射混凝土的穩(wěn)定性進行監(jiān)控，一般采用先進的監(jiān)測設備和技術，如地質雷達、應變計、測斜儀等，收集數(shù)據(jù)對隧道施工的實時情況進行全面了解，并據(jù)此評估隧道的整體穩(wěn)定性和安全性。隨著施工的進行，監(jiān)測數(shù)據(jù)可能顯示出與設計預期或安全標準有所偏差的情況，應及時調整，更改支護結構的設計、增強或減少支護力度、調整施工方法等。除了對物理量的監(jiān)測和調整外，施工監(jiān)測還需要考慮環(huán)境因素和工人安全，對隧道施工產生的噪聲、振動、塵埃等進行監(jiān)測，確保施工活動不對周圍環(huán)境造成過大影響。

5 大跨度隧道主動支護施工現(xiàn)場監(jiān)測分析

5.1 施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

大跨度隧道主動支護施工中，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對于確保施工安全和質量至關重要。位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示了隧道壁和周圍巖土體在施工過程中的移動趨勢。如果在進行爆破作業(yè)后，某個區(qū)域的巖土體位移量顯著增加，應立即采取加固措施，以防止進一步的位移導致隧道結構的不穩(wěn)定。支護結構應力的監(jiān)測數(shù)據(jù)能確保施工安全，如果數(shù)據(jù)結果表明支護結構的應力水平接近或超過了設計極限，是警示信號，需要立即采取行動，如加強支護結構或改變施工方法，以減輕結構上的壓力。土壤壓力的監(jiān)測可預防隧道壁的塌陷，揭示了由地下水位變化或其他因素導致的土壤壓力異常，應及時調整防水和排水措施，加固隧道結構。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，如溫度和濕度，對材料性能和施工條件有顯著影響，如可顯示在高溫高濕條件下，某些支護材料的性能降低，要求工程師調整材料選擇或施工時序。

5.2 現(xiàn)場監(jiān)測的困境

苛刻的施工環(huán)境中，監(jiān)測設備，如位移傳感器和應力計，可能受到物理損害或環(huán)境因素（如極端溫度、濕度和振動）的約束影響數(shù)據(jù)的準確性，導致對隧道安全狀況的錯誤評估。隧道施工現(xiàn)場，尤其是在地下深處，信號干擾和連接問題可能導致數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定或中斷，重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)可能會延遲傳送或完全丟失，影響對隧道穩(wěn)定性和安全性的即時評估。此外，隧道施工是復雜的過程，即使是收集到準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如何正確解讀這些數(shù)據(jù)，以使做出合理的施工調整，也需要豐富的專業(yè)知識和經驗，錯誤的數(shù)據(jù)解讀可能導致不必要的施工延誤或不恰當?shù)陌踩胧ｋS著施工進展和技術發(fā)展，監(jiān)測系統(tǒng)需要升級，以適應新的施工條件和監(jiān)測需求，但系統(tǒng)升級需要額外的時間和資源，可能會影響施工進度。

5.3 現(xiàn)場監(jiān)測困境的對策

解決監(jiān)測設備準確性和可靠性的問題，可以通過采用更高標準的、更能適應惡劣環(huán)境的設備來實現(xiàn)。使用抗振動、耐高（低）溫的傳感器，以及加強設備的物理保護，可以顯著減少由環(huán)境因素造成的設備故障，定期的設備校準和維護也是確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性的關鍵。針對數(shù)據(jù)收集和傳輸中的技術障礙，采用更可靠的通信技術，如高頻無線通信設備或建立更穩(wěn)定的有線連接，可以減少數(shù)據(jù)傳輸中的干擾和中斷，并建立數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，確保在信號中斷時，重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)不會丟失。監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和解讀方面，建立由經驗豐富的工程師和地質專家組成的專業(yè)團隊負責監(jiān)控數(shù)據(jù)，對潛在的問題做出專業(yè)的分析和反應，利用先進的數(shù)據(jù)分析軟件和機器學習技術準確地解讀復雜的監(jiān)測數(shù)據(jù)，做出更有效的決策。

6 結語

通過對大跨度隧道主動支護施工體系及現(xiàn)場應用的全面分析可知，高質量的隧道工程不僅依賴于先進的技術和嚴謹?shù)脑O計，還需細致的施工管理和質量控制，每一個步驟都是確保隧道安全、穩(wěn)定和高效的關鍵。此外，對環(huán)境的深入理解以及對安全管理的持續(xù)關注同樣不可或缺。隨著技術的不斷進步和實踐經驗的積累，大跨度隧道主動支護施工體系將繼續(xù)優(yōu)化和發(fā)展，為隧道工程成功實施提供更堅實的基礎。