滬昆高鐵白力塢隧道三臺階臨時仰拱法開挖技術(shù)

盧軍燕，楊 陽

（河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院，河南 鄭州 451400）

0 引言

隧道的施工方法隨地質(zhì)條件的變化而變化。對于地質(zhì)條件較好的隧道，施工方法的選擇較為靈活；對于地質(zhì)條件較差的隧道，考慮到安全與效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，施工方法的選擇有一定的局限性［1～2］。一般情況下，具備一定自穩(wěn)條件的Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段隧道，常采用三臺階臨時仰拱法加豎向支撐施工。該工法通常是將大斷面自上而下劃分成3個小單元進行開挖，每個小單元及時封閉成環(huán)，形成環(huán)向受力，并結(jié)合臨時仰拱，在上臺階中間設(shè)置Φ273無縫管，形成豎向支撐，從而有效地發(fā)揮初期支護的整體受力效果，阻止支護結(jié)構(gòu)變形［3～6］。

滬昆（上海至昆明）高鐵客運專線杭長段白力塢隧道 DK332＋985～DK333＋070 淺埋段埋深 4～6 m，設(shè)計圍巖等級為Ⅴ級，施工方法初步設(shè)計為6步CD法，后因DK332＋994掌子面圍巖為強風(fēng)化巖石，經(jīng)現(xiàn)場分析，決定采用三臺階臨時仰拱法加豎向支撐安全渡過淺埋。筆者對該工程的施工、工藝流程、施工方法、質(zhì)量控制方法進行探討。

1 工程概況

滬昆客運專線杭長段白力塢隧道全長為2182m，隧道進口里程為 DK332＋482，出口里程為 DK334＋673，中心里程為 DK333＋581，進口 DK332＋514～DK332＋522段，隧道最大埋深160m。

1．1 自然地理特征

滬昆高鐵白力塢隧道位于丘坡剝蝕區(qū)，自然坡度 20°～450°，地勢起伏較大，相對高差 125～155 m，坡上發(fā)育有植被。

1．2 氣候特征

本線所經(jīng)區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤，雨量充沛，無霜期長。氣象災(zāi)害四季都有可能發(fā)生，春季倒春寒，梅雨期洪澇，盛夏高溫，伏秋干旱，冬季凍害。另外，大雪、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣出現(xiàn)比較頻繁。

1．3 工程地質(zhì)特征

地面表層為粉質(zhì)黏土，硬塑，厚度8 m。DK332＋495～DK332＋550 段，下覆白堊系石溪組（Kis）巖系、泥質(zhì)沙巖，灰綠色，強風(fēng)化層厚大于2 m，下部為弱風(fēng)化。DK332＋550～DK334＋155 段，下覆 Pt3s墅組凝灰?guī)r，角礫凝灰?guī)r，局部為安山巖、花崗巖，厚層構(gòu)造，強風(fēng)化層厚 1～4 m，下部為弱風(fēng)化。DK334＋155～DK334＋680段，下覆συ2閃主長粉巖，類綠色和肉紅色，厚層構(gòu)造，顆粒結(jié)構(gòu)，有節(jié)理發(fā)育。

2 工程施工

2．1 工藝流程

三臺階臨時仰拱法加豎向支撐的施工工藝如圖1所示。

2．2 施工工序說明

滬昆高鐵白力塢隧道三臺階臨時仰拱法加豎向支撐工序如圖2～圖4所示。

（1）開挖1部臺階。通過初噴4 cm厚混凝土，架立鋼架施作1部洞身結(jié)構(gòu)的初期支護。鉆入錨桿后，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度，底部設(shè)置I18臨時鋼架，加設(shè)臨時支撐并噴10 cm封底混凝土封閉。

（2）上臺階施工至0．6倍洞室寬度后，開挖2部臺階，接長鋼架，施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護及臨時仰拱、封底混凝土。

（3）開挖3部臺階，及時封閉初期支護。

（4）用混凝土灌注該段內(nèi)IV部仰拱。灌注時，要注意混凝土的和易性良好。

（5）對該段內(nèi)V部仰拱進行混凝土填充。

（6）采用模板臺車，一次性灌筑VI部襯砌。

圖1 滬昆高鐵白力塢隧道施工工藝流程圖Fig.1 Construction process flow of Bailiwu tunnel of Shanghai-Kunning high-speed railway

2．3 施工方法

2．3．1 初期支護

初期支護是由錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架和噴射混凝土組成的一種聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)。為保護圍巖的天然承載力，初期支護要盡快施作。其施工流程如圖5所示。

圖2 滬昆高鐵白力塢隧道施工工序橫斷面示意圖Fig.2 Three-step temporary inverted arch method cross section of Shanghai-Kunning high-speed railway

圖3 滬昆高鐵白力塢隧道施工工序縱斷面示意圖Fig.3 Three-step temporary inverted arch method vertical section of Shanghai-Kunning high-speed railway

2．3．2 仰拱施工

在混凝土仰拱地段，為使初期支護盡早閉合成環(huán)，構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護體系，拱墻初期支護施工完成后，要及時左右錯位跳挖仰拱，安裝仰拱鋼架，進行仰拱混凝土施工。

2．3．3 混凝土襯砌

采用可調(diào)式專用臺車進行防水層施工。施工時，采用無釘孔工藝，并視初期支護的平整情況，將防水板留一定的富余量，以防綁得過緊而被混凝土擠破。

混凝土襯砌采用全斷面液壓鋼模臺車、泵送混凝土灌筑。混凝土澆筑時，要左右對稱，防止臺車偏移。另外，要設(shè)置制式檔頭板，以確保施工縫處混凝土質(zhì)量。

圖4 滬昆高鐵白力塢隧道施工工序平面示意圖Fig.4 Three-step temporary inverted arch method plan sketch of Shanghai-Kunning high-speed railway

圖5 隧道初期支護施工工藝流程Fig.5 Preliminary bracing process flow

2．4 施工要點控制

（1）隧道施工堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則。

（2）為確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定，鎖腳鋼管嚴(yán)格按照設(shè)計要求設(shè)置，并及時注漿。

（3）嚴(yán)格控制臺階長度。采用三臺階臨時仰拱加豎向支撐時，臺階過長影響后面仰拱與二次襯砌施工，導(dǎo)致仰拱二次襯砌與掌子面步距超標(biāo)，違反驗標(biāo)要求；臺階長度過短，對開挖后出渣車輛出渣效率影響極大，并延長循環(huán)時間，造成安全隱患。因此，臺階長度控制很關(guān)鍵，既要有利于大型施工機械設(shè)備的開展，又要保證隧道施工的安全。但是，目前臺階施工長度還沒有統(tǒng)一的控制標(biāo)準(zhǔn)。該工程結(jié)合現(xiàn)場的具體情況并綜合多方意見得出，每部臺階的長度控制在0．6倍洞室寬度，掌子面與仰拱的長度控制在2倍洞室寬度以內(nèi)，仰拱與二次襯砌之間的長度也控制在1．5倍洞室寬度左右。

（4）為減少對周邊圍巖的擾動，按照鉆爆設(shè)計打眼裝藥，進行弱爆破。開挖進尺時，每循環(huán)進尺不大于一榀拱架間距。

（5）按照有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)圖的要求，進行監(jiān)控量測，并及時反饋結(jié)果。分析洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為支護參數(shù)的調(diào)整和灌筑二襯砌的時機提供依據(jù)。

（6）為減少圍巖暴露時間，要嚴(yán)格保證工序連續(xù)。

（7）臨時仰拱是關(guān)鍵。在施作時，要保證臨時仰拱與主拱架螺栓連接，保證成環(huán)質(zhì)量。為了控制下沉，要快速對臨時仰拱封閉成環(huán)。

3 結(jié)語

綜上所述可以看出，采用三臺階臨時仰拱加豎向支撐的施工方法，雖然不能多次成環(huán)，卻能夠通過快速施工及早封閉成環(huán)，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，這反映了新奧法的核心理念。利用超前支護及初期支護的支護作用，滯后的臺階作為超前臺階的穩(wěn)定土，也可作為大型機械工作平臺，多工作面同時施工，達到快速施工的目的。三臺階臨時仰拱法加豎向支撐雖然充分利用了隧道開挖的時空效應(yīng)，但在某些方面存在一些不足，不足的地方可以通過控制好臺階長度、做牢拱腳、適當(dāng)增大超前支護長度、做好臨時排水工作等措施彌補。該工法是在實踐中摸索總結(jié)出來的，適用于山嶺客運專線隧道施工。

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