公路土質(zhì)隧道的掘進(jìn)施工

摘要：本文以關(guān)中公路環(huán)線渭南界至玉山至太乙宮段工程F標(biāo)段中公路土質(zhì)隧道施工為研究對(duì)象，介紹了土質(zhì)隧道的掘進(jìn)方法及掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意的安全保證措施，為今后類(lèi)似工程的施工提供了類(lèi)比依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土質(zhì)隧道 掘進(jìn) 安全 支護(hù)

0 引言

隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，隧道的數(shù)量增加了，特別是在山區(qū)，穿越土質(zhì)地層的公路隧道越來(lái)越多，土質(zhì)公路隧道具有大跨徑、大斷面、扁平形狀以及防水等級(jí)高等特點(diǎn)，加之圍巖土的強(qiáng)度較低，開(kāi)挖擾動(dòng)后變形大，自承能力差等特點(diǎn)，決定了土質(zhì)隧道工程施工時(shí)應(yīng)特別注意掘進(jìn)方法的選擇，并嚴(yán)格按施工方法施工規(guī)范施工，以保證施工安全、質(zhì)量及工期要求。下面以我公司施工的關(guān)中公路環(huán)線渭南界至玉山至太乙宮段工程F標(biāo)段將軍嶺隧道為例加以說(shuō)明。

1 工程概況

關(guān)中公路環(huán)線渭南界至玉山至太乙宮段工程設(shè)計(jì)為一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，我單位施工的F標(biāo)段工程起訖里程為K23+950～K25+188.146，全長(zhǎng)1.238Km，主要施工項(xiàng)目為：路基土石方2.1萬(wàn)m3，雙孔鋼筋混凝土管涵1座，單線隧道即將軍嶺隧道1座。將軍嶺隧道是全線唯一的一座隧道，是全線控制性工程之一，全長(zhǎng)1000m，凈寬10.5m，凈高5m。主要圍巖級(jí)別為IV、V級(jí)圍巖，為土質(zhì)圍巖隧道，隧道進(jìn)、出口段均屬淺埋、偏壓段，設(shè)計(jì)襯砌類(lèi)型為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，采用新奧法施工。

2 掘進(jìn)方法

開(kāi)挖中最重要的一點(diǎn)就是防塌，容易發(fā)生坍方的部位主要有：

2.1 隧道洞口：隧道洞口集埋深淺、石質(zhì)較差、受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不利因素于一體，處理不當(dāng)極易發(fā)生坍方。

2.2 隧道拱腳：當(dāng)采用臺(tái)階法施工開(kāi)挖下半斷面時(shí)，

若拱腳支護(hù)不力，極易造成坍方。

2.3 隧道墻腳：當(dāng)進(jìn)行檢底施工時(shí)，措施不當(dāng)墻腳懸空時(shí)，致使邊墻失穩(wěn)而發(fā)生偏幫。

2.4 隧道拱部：地質(zhì)條件較差，拱部變形較大，支護(hù)強(qiáng)度不足時(shí)，易發(fā)生拱部坍塌。

2.5 隧道與隧道的交叉部位，即主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說(shuō)的交叉三角區(qū)，如果處理不當(dāng)，支護(hù)不力，極易發(fā)生坍方。

2.6 在水平巖層或近似水平巖層中，拱部易發(fā)生掉頂；在垂直巖層或近似垂直巖層中，邊墻易發(fā)生偏幫。

防止出現(xiàn)坍方的預(yù)防措施最主要的就是選擇合適的施工方法，針對(duì)本工程的實(shí)際地質(zhì)情況，將軍嶺隧道采用了如下的掘進(jìn)方法：

本隧道為土質(zhì)圍巖隧道，采用機(jī)械開(kāi)挖人工配合，側(cè)翻裝載機(jī)裝渣汽車(chē)出渣。提前在挖掘機(jī)上安裝鏟刀，加快工作效率，減少超挖。

2.6.1 Ⅴ級(jí)圍巖正洞開(kāi)挖。采用短臺(tái)階上下導(dǎo)坑，預(yù)留核心土環(huán)形開(kāi)挖。開(kāi)挖后立即進(jìn)行初噴封閉圍巖，防止圍巖發(fā)生變形，同時(shí)開(kāi)始量測(cè)，保證施工安全。開(kāi)挖兩側(cè)弧形導(dǎo)坑，每次開(kāi)挖長(zhǎng)度2～3榀拱架間距。在開(kāi)挖時(shí)，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，接近拱架外輪廓與拱腳底部時(shí)采用人工開(kāi)挖修整，禁止超挖。下導(dǎo)坑開(kāi)挖采用跳槽馬口方式開(kāi)挖，馬口長(zhǎng)短結(jié)合，每次不得超過(guò)3榀拱架距離，開(kāi)挖后立即噴射砼封閉圍巖，加快初支施作。在上導(dǎo)坑開(kāi)挖和下導(dǎo)開(kāi)挖時(shí)，為避免發(fā)生拱腳向內(nèi)位移，必要時(shí)施作臨時(shí)仰拱，確保安全。

施工工藝流程：超前小導(dǎo)管(大管棚)支護(hù)→開(kāi)挖上部弧形導(dǎo)坑→初期支護(hù)→開(kāi)挖左側(cè)弧形導(dǎo)坑→初期支護(hù)→開(kāi)挖右側(cè)弧形導(dǎo)坑→初期支護(hù)→復(fù)噴砼→開(kāi)挖核心土→開(kāi)挖仰拱→澆注仰拱砼→施做防水層→仰拱模筑襯砌→邊墻二次襯砌。

2.6.2 Ⅳ級(jí)圍巖正洞開(kāi)挖。Ⅳ級(jí)圍巖施工采用正臺(tái)階預(yù)留核心土法開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度8～20m。上臺(tái)階開(kāi)挖采用機(jī)械開(kāi)挖人工配合，每次開(kāi)挖長(zhǎng)度2.0m。在上斷面開(kāi)挖完成并檢查合格后，先噴射一層混凝土，鑿巖機(jī)成孔并安裝錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，安裝鋼拱架，然后復(fù)噴混凝土。下半斷面采用機(jī)械配合人工跳槽開(kāi)挖。

施工工藝流程：超前錨桿支護(hù)→開(kāi)挖上斷面土方→上斷面初期支護(hù)→開(kāi)挖下斷面土方→下斷面初期支護(hù)→澆注仰拱砼→施做防水層→二次模筑襯砌。

2.6.3 初期支護(hù)。本標(biāo)段隧道初期支護(hù)包括φ22砂漿錨桿，工字鋼拱架，掛鋼筋網(wǎng)，噴射砼。初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖面，減少?lài)鷰r暴露時(shí)間，抑制變形，防止圍巖松馳剝落，確保施工安全。

①砂漿錨桿施工，在初噴一層混凝土或架立鋼拱架后進(jìn)行，錨桿孔的位置和方向，按照設(shè)計(jì)文件要求定位，采用風(fēng)鉆鉆孔，孔徑較錨桿大15mm，鉆好后用高壓風(fēng)將錨桿孔沖洗干凈。錨桿使用前，必須按規(guī)定逐批檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格的材料經(jīng)矯直，除銹，除油，方能使用。鉆孔作業(yè)必須按設(shè)計(jì)要求定出孔位，并做出標(biāo)記，以利于位置準(zhǔn)確，允許偏差為±50mm。成孔后，先利用注漿機(jī)往孔內(nèi)注入水泥砂漿，然后迅速插入錨桿，水泥砂漿終凝后安設(shè)孔口墊板，終凝前不得任意敲擊錨桿。待終凝后按規(guī)范要求抽樣進(jìn)行錨桿抗拔試驗(yàn)。②鋼筋網(wǎng)安設(shè)。鋼筋網(wǎng)在系統(tǒng)錨桿施作后安設(shè)，鋼筋類(lèi)型及網(wǎng)格間距按設(shè)計(jì)要求施作。鋼筋網(wǎng)與被支護(hù)巖面間隙約3cm，鋼筋網(wǎng)與鋼筋網(wǎng)連接處點(diǎn)焊在一起，使鋼筋網(wǎng)在噴射時(shí)不易晃動(dòng)。鋼筋網(wǎng)在洞外加工成片。③鋼拱架施工。本隧道全地段均設(shè)計(jì)鋼拱架支護(hù)，V級(jí)圍巖為I20a工字鋼，Ⅳ級(jí)圍巖為I16工字鋼，工字鋼架在洞外按設(shè)計(jì)加工成型，洞內(nèi)安裝在初噴砼后進(jìn)行，拱架間設(shè)縱向連接筋，鋼架間以噴砼填平。拱架拱腳必須放在牢固的基礎(chǔ)上，架立時(shí)垂直于隧道中線。當(dāng)拱架與圍巖之間有間隙時(shí)，用噴射砼填平，嚴(yán)禁回填。鋼拱架平面垂直于隧道中線，其傾斜度不大于2°。鋼拱架的任何部位偏離鉛垂面允許偏差±5cm。鋼拱架按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，拱架與圍巖之間留2～3cm保護(hù)層，盡量靠近。在安設(shè)過(guò)程中，當(dāng)鋼拱架和初噴層之間有較大間隙時(shí)，用噴射砼回填。間隙過(guò)大時(shí)，可用砼楔塊頂緊，其點(diǎn)數(shù)單側(cè)不得少于8個(gè)。為增強(qiáng)鋼拱架的整體穩(wěn)定性，將鋼拱架與錨桿焊接在一起。鋼拱架間設(shè)直徑φ22mm的縱向連接鋼筋，并按環(huán)向間距1.0m設(shè)置。鋼拱架架立后盡快噴砼作業(yè)，并將鋼拱架全部覆蓋，使鋼拱架與噴砼共同受力，噴射砼分層進(jìn)行，每層厚度5～6cm左右，先從拱腳處或墻腳處雙側(cè)對(duì)稱(chēng)向上噴射以防止上部噴射料虛掩拱腳(墻腳)不密實(shí)，造成強(qiáng)度不夠，拱腳(墻腳)失穩(wěn)。④?chē)娚浠炷潦┕?。開(kāi)挖后，立即施作噴射砼3～5cm，盡快封閉巖面，有效控制圍巖松動(dòng)變形。將軍嶺隧道圍巖屬極軟巖，遇水極易軟化。只有開(kāi)挖后及時(shí)噴射砼，才能控制圍巖松動(dòng)坍塌。復(fù)噴混凝土在錨桿、掛網(wǎng)和鋼架安裝后進(jìn)行，盡快形成噴錨支護(hù)整體受力，以抑制圍巖變位。鋼架間用混凝土噴平，并有足夠的保護(hù)層。噴射砼前應(yīng)清理受?chē)娒?，調(diào)試噴射機(jī)。遇巖面水量大時(shí)，采取措施將水集中引排，使之在初期支護(hù)背后形成永久性排水孔。噴射時(shí)噴嘴與巖面的距離為60～120cm，噴射方向盡量與受?chē)娒娲怪?，一次噴射厚度不宜超過(guò)10cm，第二次噴至設(shè)計(jì)厚度，太近太遠(yuǎn)都會(huì)增加回彈量，拱部盡可能以直徑方向噴射。噴射作業(yè)完成后，噴射機(jī)和輸送料管內(nèi)的集料必須及時(shí)清除干凈。噴射作業(yè)人員必須穿戴安全防護(hù)用品，噴射砼終凝2h后噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不少于7天。

3 掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)

3.1 開(kāi)挖、鑿孔。開(kāi)挖人員到達(dá)工作地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先檢查工作面是否處于安全狀態(tài)，并檢查支護(hù)是否牢固，頂板和兩幫是否穩(wěn)定，應(yīng)待開(kāi)挖面清除浮石以及瞎炮處理完畢后方可進(jìn)行鉆眼作業(yè)。機(jī)械鑿巖時(shí)，采用濕式鑿巖機(jī)。站在碴堆上作業(yè)時(shí)，應(yīng)注意碴堆的穩(wěn)定，防止滑坍傷人。風(fēng)鉆鉆眼時(shí)，應(yīng)先檢查機(jī)身、螺栓、卡套、彈簧和支架是否正常完好；管子接頭是否牢固，有無(wú)漏風(fēng)；鉆桿有無(wú)不直、帶傷及鉆孔堵塞現(xiàn)象；鑿巖機(jī)的供水是否正常。不合要求者應(yīng)予以修理或更換。帶支架的風(fēng)鉆鉆眼時(shí)，必須將支架安置穩(wěn)妥。風(fēng)鉆卡鉆時(shí)應(yīng)用板鉗松動(dòng)拔出，不可敲打，未關(guān)風(fēng)前不得拆除鉆桿。在工作面內(nèi)不得拆卸、修理風(fēng)、電鉆。嚴(yán)禁在殘眼中繼續(xù)鉆眼。

3.2 支護(hù)。隧道開(kāi)挖后，除圍巖完整堅(jiān)硬，以及設(shè)計(jì)文件中規(guī)定的不需支護(hù)者外，都必須根據(jù)圍巖情況、施工方法采取有效的支護(hù)。施工期間，現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人應(yīng)會(huì)同有關(guān)人員對(duì)支護(hù)各部定期進(jìn)行檢查。在不良地質(zhì)地段每班應(yīng)設(shè)專(zhuān)人隨時(shí)檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)支護(hù)變形或損壞時(shí)，應(yīng)立即整修和加固；當(dāng)變形或損壞情況嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)先將施工人員撤離現(xiàn)場(chǎng)，再行加固。洞內(nèi)支護(hù)，宜隨挖隨支護(hù)，支護(hù)至開(kāi)挖面的距離一般不得超過(guò)4m；如遇石質(zhì)破碎、風(fēng)化嚴(yán)重和土質(zhì)隧道時(shí)，應(yīng)盡量縮小支護(hù)工作面。當(dāng)短期停工時(shí)，應(yīng)將支撐直抵工作面。不得將支撐立柱置于廢碴或活動(dòng)的石頭上。軟弱圍巖地段的立柱應(yīng)加設(shè)墊板或墊梁，并加木楔塞緊。噴錨支護(hù)時(shí)，危石應(yīng)清除，腳手架應(yīng)牢固可靠，噴射手應(yīng)配帶防護(hù)用品；機(jī)械各部應(yīng)完好正常，壓力應(yīng)保持在0.2Mpa左右；注漿管?chē)娮靽?yán)禁對(duì)人放置。當(dāng)發(fā)現(xiàn)已噴錨區(qū)段的圍巖有較大變形或錨桿失效時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)“應(yīng)急預(yù)案”。當(dāng)發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)有不正常變化或突變，洞內(nèi)或地表位移值大于允許位移值，洞內(nèi)或地面出現(xiàn)裂縫以及噴層出現(xiàn)異常裂縫時(shí)，均應(yīng)視為危險(xiǎn)信號(hào)，必須立即通知作業(yè)人員撤離現(xiàn)場(chǎng)，待制定處理措施后才能繼續(xù)施工。

3.3 襯砌。隨著隧道各部開(kāi)挖工作的推進(jìn)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行襯砌或壓漿。襯砌使用的腳手架、工作平臺(tái)、跳板、梯子等應(yīng)安裝牢固，不得有露頭的釘子和突出的尖角。靠近通道的一側(cè)應(yīng)有足夠的凈空，以保證車(chē)輛行人的安全通過(guò)。腳手架及工作平臺(tái)上鋪板，應(yīng)釘鋪結(jié)實(shí)。木板之端頭，必須搭于支點(diǎn)上。高于2m的工作平臺(tái)上應(yīng)設(shè)置不低于1m的欄桿。跳板應(yīng)設(shè)防滑條。腳手架及工作平臺(tái)上所站人數(shù)及堆置的建筑材料，不得超過(guò)其計(jì)算載重量。機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分應(yīng)設(shè)置防護(hù)罩，電動(dòng)機(jī)必須有接地裝置，移動(dòng)或修理機(jī)器及管線路時(shí)，應(yīng)先停電，并切斷電源、風(fēng)源。壓漿機(jī)在使用前應(yīng)進(jìn)行檢查并試運(yùn)轉(zhuǎn)，管路聯(lián)接要完好，壓力要正常，操縱壓漿噴嘴人員應(yīng)配戴護(hù)目鏡及膠皮手套。噴漿嘴應(yīng)用支架支撐牢固，壓漿時(shí)掌握噴嘴的人員必須注意噴嘴的脫落，并設(shè)法躲避；拔取時(shí)必須在撤除壓力后進(jìn)行；檢修和清洗時(shí)，應(yīng)在停止運(yùn)轉(zhuǎn)、切斷電路、關(guān)閉風(fēng)門(mén)后，方準(zhǔn)進(jìn)行。采用模板臺(tái)車(chē)進(jìn)行全斷面襯砌時(shí)，臺(tái)車(chē)下的凈空應(yīng)能保證運(yùn)輸車(chē)輛的順利通行?；炷凉嘧r(shí)，必須兩側(cè)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。臺(tái)車(chē)上不得堆放料具，工作臺(tái)應(yīng)滿鋪底板，并設(shè)安全欄桿。拆除混凝土輸送軟管時(shí)，必須停止混凝土泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 施工安全措施

隧道施工洞內(nèi)設(shè)專(zhuān)人指揮調(diào)度，三管兩線設(shè)專(zhuān)人管理，保證照明、通風(fēng)、排水設(shè)施良好，道路平順暢通，燈光明亮，確保洞內(nèi)運(yùn)輸安全。專(zhuān)職安檢人員上崗必須佩戴安全袖標(biāo)，進(jìn)洞人員必須戴安全帽。重視洞頂?shù)姆€(wěn)定和排水，做好截水溝、防水圍堰及排水溝，經(jīng)常檢查洞頂邊坡的穩(wěn)定情況。把軟弱圍巖做為安全重點(diǎn)和防范對(duì)象，注重圍巖監(jiān)測(cè)和觀察，按新奧法原理組織施工，做好隧洞監(jiān)控測(cè)量，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，判定圍巖的穩(wěn)定性，超前指導(dǎo)施工，保證安全。隧道開(kāi)挖斷面輪廓及時(shí)封閉，開(kāi)挖洞內(nèi)排水溝設(shè)置雙電源和備用水泵。高壓電線及風(fēng)管通過(guò)襯砌臺(tái)車(chē)時(shí)，設(shè)置絕緣活動(dòng)裝置和風(fēng)管分節(jié)安裝，防止掛破電纜和弄壞風(fēng)管。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將軍嶺隧道工程施工，特總結(jié)出以下幾個(gè)方面土質(zhì)圍巖隧道掘進(jìn)施工要點(diǎn)技術(shù)措施：①?lài)?yán)謹(jǐn)施工洞口段；②時(shí)刻做好防排水工作；③合理控制開(kāi)挖進(jìn)尺；④確保支護(hù)體系聯(lián)合作用。同時(shí)要制定詳細(xì)的安全、質(zhì)量、工期保證措施，特別是針對(duì)易坍塌地段。只有做好以上各項(xiàng)工作才能保質(zhì)、保量、如期、安全、順利的完成土質(zhì)隧道的掘進(jìn)施工任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》.(JTJ042-94).