一種適用于軟弱圍巖大跨隧道的施工工法

劉飛翔

中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司

摘要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在基礎(chǔ)建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)了很多超大斷面隧道。諸如市政工程四車道隧道、高速公路擴(kuò)容三車道隧道、鐵路工程三線、四線、車站隧道等。許多超大跨隧道位于軟弱圍巖地層，埋深淺、穩(wěn)定性差成了施工重難點(diǎn)。傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工法已不能滿足更大的軟弱圍巖超大斷面隧道施工，需研究出一種新型的適用于軟弱圍巖大跨隧道的施工工法，本文根據(jù)贛龍復(fù)線鐵路新考塘隧道實(shí)際施工中實(shí)際應(yīng)用的大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑雙層支護(hù)法進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：大跨隧道；軟弱圍巖；施工工法；大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑

隧道施工涉及地域廣泛，面臨的地質(zhì)環(huán)境也相對(duì)復(fù)雜，軟弱圍巖就是最為常見一種情況，也是令技術(shù)及施工人員頗為頭疼的問題。這是因?yàn)檐浫鯂鷰r會(huì)引發(fā)地基變形、塌方等地質(zhì)問題的出現(xiàn)，影響工程質(zhì)量埋下安全隱患，同時(shí)也會(huì)給隧洞工程造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，結(jié)合隧洞工程實(shí)際情況，制定出切實(shí)可行的施工方案、對(duì)施工工序進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，是確保隧道施工質(zhì)量的前提與關(guān)鍵。

1 工程概述

改建贛州～龍巖鐵路為客貨共線時(shí)速200km鐵路，其中新考塘隧道出口端205m與新建南龍鐵路上行聯(lián)絡(luò)線道岔進(jìn)隧道影響，形成三線共用超大跨斷面隧道，最大寬度30.26m，最大開挖面積396.14m?，洞身圍巖全部為全風(fēng)化花崗巖，埋深淺，安全風(fēng)險(xiǎn)極高、施工難度極大。實(shí)際施工中將整個(gè)超大斷面分割成不同的小導(dǎo)洞平行施工，底部導(dǎo)洞澆筑大體積靴型混凝土基礎(chǔ)，拱部采用雙層初期支護(hù)，取得良好的施工效果。

2 施工特點(diǎn)

2.1 斷面大

將超大斷面隧道優(yōu)化成不同的小導(dǎo)洞開挖支護(hù)，導(dǎo)洞與導(dǎo)洞施工時(shí)平行作業(yè)，加快施工進(jìn)度，減少干擾，能加快工序循環(huán)，確保節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)。

2.2 靴型大拱腳

兩側(cè)底導(dǎo)洞開挖支護(hù)完成后，澆筑靴型大拱腳混凝土基礎(chǔ)，并將拱部初期支護(hù)鋼架設(shè)置在靴型大拱腳基礎(chǔ)之上，能確保軟弱圍巖施工過(guò)程中拱腳的穩(wěn)定性，有效地減少了沉降。

2.3 雙層支護(hù)

拱部第一層采用型鋼支護(hù)、第二層采用格式鋼架支護(hù)，增強(qiáng)了整個(gè)初期支護(hù)體系的強(qiáng)度和剛度，使得臨時(shí)豎撐及臨時(shí)仰拱拆除后能減少沉降，保證施工安全。

3 適用范圍

大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于s≥260m?（s為隧道斷面面積）的軟弱圍巖超大斷面隧道，經(jīng)過(guò)工法簡(jiǎn)化適用于斷面面積小于190m?

4 工藝原理

根據(jù)傳統(tǒng)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法將隧道斷面分割成不同的小導(dǎo)洞，形成小凈距隧道施工，通過(guò)人為的相互連接，輔以臨時(shí)支撐，減少各導(dǎo)洞同步施工時(shí)的相互影響。將拱部鋼架與底部靴型大拱腳混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行有效連接，解決了支護(hù)體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中拱腳失穩(wěn)，造成沉降過(guò)大的施工難題。拱部雙層初期支護(hù)，解決了應(yīng)斷面跨度大造成鋼架強(qiáng)度不足，容易失穩(wěn)的難點(diǎn)。

圖1 大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑雙層支護(hù)法示意圖

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑雙層支護(hù)法施工工序多，為確保隧道施工安全及施工進(jìn)度，必須嚴(yán)格按照其施工流程進(jìn)行操作。大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑雙層支護(hù)法施工工藝流程圖如圖2所示：

圖 2 施工工藝流程圖

5.2 施工步驟

1） 1#、2#底導(dǎo)洞

三臺(tái)階開挖1#、2#底導(dǎo)洞，超前支護(hù)為φ42超前小導(dǎo)管，鋼架采用I18工字鋼，鋼架間距0.8m，濕噴C30混凝土封閉，每循環(huán)進(jìn)尺一榀鋼架距離。底導(dǎo)洞開挖支護(hù)完畢后，隧底φ89鋼花管注漿加固。

2）3-1、4-1導(dǎo)洞和靴型大拱腳基礎(chǔ)

底導(dǎo)洞注漿完成后，分段、分層澆筑C35靴型大拱腳基礎(chǔ)，并在靴型大拱腳基礎(chǔ)頂部預(yù)埋鋼板。上部導(dǎo)坑3-1導(dǎo)洞、4-1導(dǎo)洞與底導(dǎo)洞同步施工，其中4-1導(dǎo)洞滯后3-1導(dǎo)洞5m以上，環(huán)形臺(tái)階法開挖。HW200型鋼支護(hù)，間距0.8m，打設(shè)Φ32自鉆式錨桿，濕噴C30鋼纖維混凝土封閉。臨時(shí)豎撐和臨時(shí)仰拱及時(shí)閉合成環(huán)，采用I20工字鋼。

3） 4-2導(dǎo)洞開挖支護(hù)

滯后3-1和4-1一段距離，待1#、2#底導(dǎo)洞靴型大拱腳混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度達(dá)到70%以后，人工風(fēng)鎬開挖3-2導(dǎo)洞和4-2導(dǎo)洞，將第一層初期支護(hù)HW200鋼架接長(zhǎng)并與靴型大拱腳預(yù)埋鋼板滿焊加固，濕噴C35鋼纖維混凝土封閉。

4） 5-1導(dǎo)洞開挖支護(hù)

待3-2導(dǎo)洞和4-2導(dǎo)洞開挖支護(hù)一段距離后，進(jìn)行5-2導(dǎo)洞開挖支護(hù)，將HW200鋼架與兩側(cè)3#、4#導(dǎo)洞通過(guò)螺栓連接，拱部打設(shè)φ32自鉆式錨桿，濕噴C30鋼纖維混凝土封閉。

5） 第二層初期支護(hù)

利用5-1導(dǎo)洞為作業(yè)平臺(tái)，將臨時(shí)豎撐之間的混凝土鑿穿，全環(huán)架設(shè)180格柵鋼架，鋼架腳趾與靴型大拱腳預(yù)埋鋼板進(jìn)行滿焊加固，濕噴C30鋼纖維混凝土封閉。

6） 5-2步

第二層格柵鋼架支護(hù)完畢后，機(jī)械開挖5-2步。

7） 臨時(shí)鋼架拆除和開挖6步、7步。

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，逐榀拆除3#和4#導(dǎo)洞臨時(shí)豎撐和臨時(shí)仰拱。分臺(tái)階逐步開挖6步、7步，仰拱初期支護(hù)與兩側(cè)靴型大拱腳混凝土連接，濕噴混凝土封閉。

8） 澆筑仰拱混凝土

仰拱初期支護(hù)長(zhǎng)度達(dá)到6m以后，綁扎仰拱鋼筋，架設(shè)仰拱弧形模板，澆筑C35仰拱混凝土。

9） 澆筑填充混凝土

仰拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以后，架設(shè)填充模板，澆筑C20填充混凝土。

10） 澆筑拱墻混凝土

利用全斷面液壓式多功能襯砌臺(tái)車，掛設(shè)土工布、防水板，綁扎襯砌鋼筋，澆筑C35鋼筋混凝土。

5.3 施工作業(yè)控制要點(diǎn)

1）隧道開挖前，應(yīng)先做好洞口邊仰坡防護(hù)和超前支護(hù)，超前支護(hù)可采用φ180洞口長(zhǎng)管棚+內(nèi)套φ22鋼筋籠，全風(fēng)化花崗巖、黃土、砂性土地層可打設(shè)φ500雙層高壓水平旋噴樁，可以防止拱部掉塊、塌方。

2）兩側(cè)底導(dǎo)洞可以延長(zhǎng)15～20米，便于上部導(dǎo)坑具有操作場(chǎng)地，方便進(jìn)行機(jī)械化施工。

3）底導(dǎo)洞進(jìn)行鋼花管注漿加固時(shí)，應(yīng)保證注漿壓力不得小于2Mpa，鋼花管間距采用梅花形布置，間距1.2×1.5m。

4）底導(dǎo)洞I18工字鋼鋼架與正洞HW200鋼架、180格柵鋼架間距一致，實(shí)際施工時(shí)，底導(dǎo)洞鋼架與正洞第一層、第二層初期支護(hù)鋼架應(yīng)嚴(yán)格錯(cuò)開，保證正洞初期支護(hù)的鋼架從底導(dǎo)洞兩榀鋼架中心位置落底至靴型大拱腳基礎(chǔ)之上。

5） HW200鋼架和180格柵鋼架應(yīng)采用專業(yè)化工廠統(tǒng)一制作，確保鋼架加工質(zhì)量。鋼架運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)收，預(yù)拼裝。

6）鋼架架設(shè)過(guò)程中，嚴(yán)格進(jìn)行測(cè)量定位，確保鋼架左右兩側(cè)均在同一法線上。鋼架與鋼架之間利用高強(qiáng)螺栓連接，并擰緊加固。

7）各導(dǎo)洞在開挖過(guò)程中主要采用挖掘機(jī)帶破碎頭逐榀掘進(jìn)，人工修整輪廓線。開挖完成后，及時(shí)進(jìn)行初噴，防止掉塊造成人身傷害。

8）導(dǎo)洞臨時(shí)鋼架拆除體系轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)頻率，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障鋼架拆除安全。

9）靴型大拱腳基礎(chǔ)頂部預(yù)埋鋼板位置要準(zhǔn)確，平順，保證上部初期支護(hù)鋼架焊接時(shí)能飽滿，穩(wěn)固。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著隧道跨度越來(lái)越大，傳統(tǒng)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的弊端凸顯出來(lái)，拱頂下沉大、周邊收斂大、施工進(jìn)度慢等問題都成為困擾隧道施工的因素。在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)后的大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑雙層支護(hù)法很好的彌補(bǔ)了不足，實(shí)例證明了該新型大跨隧道施工方法的可行性。大墻腳雙側(cè)壁導(dǎo)坑雙層支護(hù)法施工工序較為繁復(fù)，因此在實(shí)際過(guò)程中，施工人員必須嚴(yán)格依照施工工藝流程進(jìn)行操作，每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量都影響著隧道整體質(zhì)量，從細(xì)節(jié)入手，才能建設(shè)出質(zhì)量過(guò)硬的工程。