淺析渭河隧道拱部外露地表開挖施工技術(shù)

佟艷軍

摘要： 渭河隧道拱部外露地表開挖施工技術(shù)采用三臺階臨時(shí)仰拱法施工，結(jié)合大管棚超前注漿預(yù)加固技術(shù)和監(jiān)控量測數(shù)據(jù)為依據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。本文介紹拱部外露隧道開挖施工技術(shù)，既保護(hù)隧道周圍環(huán)境，又保證隧道施工安全質(zhì)量、工期效益。

Abstract： The construction technique of the exposed surface excavation of Weihe tunnel arch uses three-step temporary inverted arch. The construction parameters are adjusted in time by the pipe shed advanced pre grouting reinforcement technology and monitoring measurement data. This paper introduces the construction technology of the exposed tunnel of the arch， which not only protects the surrounding environment of the tunnel， but also guarantees the safety and quality of the tunnel construction.

關(guān)鍵詞： 渭河隧道；拱部；外露地表；開挖；施工技術(shù)

Key words： Weihe tunnel；arch；exposed surface；excavate；construction technique

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0146-02

0 引言

為滿足線路順接、施工方便的要求，在隧道規(guī)劃設(shè)計(jì)中，會出現(xiàn)淺埋偏壓，甚至隧道部分結(jié)構(gòu)外露的情況。在進(jìn)行現(xiàn)場施工時(shí)，需要對此類情況做出特殊處理，以滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的要求。文章結(jié)合渭河隧道采用隧道拱頂外露地表的開挖施工技術(shù)工法，安全、快速成功穿越DK770+300～+250段段拱頂黃土沖溝地段施工經(jīng)驗(yàn)，為以后類似隧道施工提供寶貴借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

渭河隧道寶雞方向DK770+300～+250段地表為黃土沖溝，并且在DK770+275～+243段拱頂已露出地表0.8m，洞身位于第三系全風(fēng)化泥巖地層，屬于Ⅴ級圍巖，圍巖自承能力差。原設(shè)計(jì)方案采用的明挖施工，開挖卸載之后進(jìn)行洞室的修建。該方案，土石方開挖量大，施工進(jìn)度慢、對周圍環(huán)境影響大，且施工時(shí)段正處于夏季降雨量充沛時(shí)期，開挖之后雨量匯集，積水較為嚴(yán)重。

經(jīng)調(diào)查分析，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)地勘察，總結(jié)歸納了一種適合于隧道拱頂外露地表的開挖施工技術(shù)工法，該工法避免了明挖施工工法開挖量巨大、施工工期長的缺點(diǎn)，并且可保護(hù)周圍環(huán)境，減少了對周圍居民的影響。以下主要分析以下如何進(jìn)行渭河隧道拱部外露地表開挖施工技術(shù)。

2 隧道開挖施工技術(shù)

在隧道進(jìn)入拱頂外露區(qū)段，首先進(jìn)截排水系統(tǒng)施工，做好地面分流措施；其次洞內(nèi)地表以下掌子面前方圍巖進(jìn)行超前大管棚注漿加固預(yù)支護(hù)，以加強(qiáng)隧道圍巖的穩(wěn)定性。在管棚的支護(hù)下，開挖上導(dǎo)并及時(shí)進(jìn)行鋼架支護(hù)，立模噴射混凝土；同時(shí)為了防止側(cè)壁圍巖的失穩(wěn)坍塌，通過徑向鎖腳管棚以及徑向鎖腳錨管進(jìn)行注漿圍巖加固，防止鋼架下沉；以少擾動、早支護(hù)、勤測量、緊封閉的原則進(jìn)行隧道內(nèi)開挖作業(yè)，特別是在鋼架拱腳部位，需要錨固加強(qiáng)，一方面可以緩解圍巖變形，另一方面可以防止拱頂沉降。

該開挖技術(shù)工法在施工過程中，需要進(jìn)行監(jiān)控測量，做好相關(guān)的記錄手冊，及時(shí)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)信息化動態(tài)施工，以確保隧道施工安全性。

3 地表截排水施工

隧道開挖外露部位前，根據(jù)現(xiàn)場施工地形修筑截排水溝。排水溝匯聚地表水引排至城市排水系統(tǒng)。外露地表位置存儲備彩條布等防洪物資，防止地表水倒灌現(xiàn)象發(fā)生。現(xiàn)場配備揚(yáng)程滿足施工排水需要的水泵多臺，及時(shí)抽排地表水。

4 大管棚超前注漿預(yù)支護(hù)施工

大管棚超前預(yù)支護(hù)采用外徑φ108mm、壁厚5mm的熱軋無縫鋼管，尾部焊接φ10mm加箍筋，管壁四周鉆φ12mm壓漿孔，孔間距15cm，呈梅花型布置，尾部留不小于150cm的不鉆孔的止?jié){段。導(dǎo)管沿環(huán)向120度范圍布設(shè)，間距35cm。管棚采用施工長度為15m，每個(gè)循環(huán)開挖12m，每循環(huán)管棚搭接3m。為了確保管棚施工精度，洞內(nèi)初期支護(hù)進(jìn)行擴(kuò)挖管棚工作室，采用用全站儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法，反復(fù)調(diào)整，確保鉆頭導(dǎo)向定位精確，及時(shí)進(jìn)行鉆進(jìn)施工過程鉆頭糾偏措施。管棚施工采用跟管鉆進(jìn)，鋼管沿隧道周邊以1°～3°外插角打入圍巖。

注漿采用注漿材料為水泥砂漿，注漿壓力為2.0MPa，漿液滲透圍巖體內(nèi)，固結(jié)管棚周邊圍巖形成整體。注漿量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，一般為鉆孔圓柱體的1.5倍；若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。

注漿時(shí)先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔。

管棚施工嚴(yán)格控制施工角度及施工注漿質(zhì)量，保證開挖過程圍巖自身形成穩(wěn)定的承載拱。

5 洞身開挖支護(hù)

為了確保隧道施工安全，減少隧道各部施工對周邊圍巖擾動，采用人工配合機(jī)械機(jī)械開挖土體，特別是拱腳部位采用風(fēng)鎬人工開挖。隧道開挖施工各工序采用單工序循環(huán)作業(yè)。渭河隧道采用Ve襯砌類型進(jìn)行施工，同時(shí)采取支護(hù)加強(qiáng)措施。特別隧道上臺階采用預(yù)留核心土，開挖上臺階，將上臺階鋼架拱腳處夯實(shí)，并施加混凝土墊塊，架設(shè)上臺階導(dǎo)鋼架，同時(shí)每榀拱腳采用縱向槽鋼連接。每榀鋼架節(jié)點(diǎn)處采取措施進(jìn)行加強(qiáng)，每處增設(shè)φ108mm管棚鎖腳錨管2根，長4.0m，及時(shí)施工臨時(shí)仰供封閉上臺階初期支護(hù)。為增強(qiáng)鋼架間整體性，拱架縱向連接筋設(shè)為雙層布置。拱頂外露地表區(qū)段，進(jìn)行噴混凝土?xí)r需要在鋼架外側(cè)架立模板，以滿足拱頂混凝土能夠凝固成型并保證一定的強(qiáng)度。

中下臺階嚴(yán)格按照三臺階臨時(shí)仰拱法施工，臺階長度3～5m，同一斷面下部斷面開挖應(yīng)左右兩側(cè)交錯(cuò)分部進(jìn)行，避免下臺階與仰拱同時(shí)施工。該段隧道位于地表外露地段，初期支護(hù)及早封閉，襯砌緊跟，仰拱一次開挖長度不得大于3m。

6 隧道監(jiān)控量測

6.1 地質(zhì)和支護(hù)狀況信息的觀察

觀察記錄工作面的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況，作地質(zhì)素描。加強(qiáng)本段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，注重圍巖監(jiān)測和觀察，對目測觀察予以足夠的重視，隨時(shí)注意圍巖的巖質(zhì)和分布情況變化，節(jié)理裂隙發(fā)育程度和方向，掌子面填充物的性質(zhì)、涌水量，噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙，拱架是否壓彎。當(dāng)圍巖變形量無變緩趨勢或噴射混凝土產(chǎn)生較大的剪切狀態(tài)時(shí)立即停止開挖，采取輔助加固措施。

6.2 地表沉降監(jiān)測

DK770+300～+250段屬隧道淺埋段，覆蓋層薄，開挖后圍巖難以自穩(wěn)成拱，地表易沉陷，為了確保淺埋段的施工安全，進(jìn)行地表沉降監(jiān)測。布點(diǎn)原則為：沿隧道軸向每隔5m布設(shè)。橫斷面方向應(yīng)在隧道中心及兩側(cè)間距2～5m處設(shè)地表下沉測點(diǎn)，每個(gè)斷面設(shè)7～11點(diǎn)，監(jiān)測范圍應(yīng)在隧道開挖影響范圍以外。地表下沉的量測宜與洞內(nèi)凈空變化和拱頂下沉量測在同一橫斷面內(nèi)。

地表下沉量測應(yīng)在開挖工作面前方，隧道埋深與隧道開挖高度之和處開始量測點(diǎn)距，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止時(shí)為止。

6.3 拱頂下沉及收斂量測

拱頂下沉及凈空變位收斂量測， 根據(jù)圍巖類別、隧道尺寸和埋深等，沿隧道縱向在拱頂和墻中布設(shè)測點(diǎn)。DK770+300～+250段設(shè)計(jì)為Ⅴ級圍巖，量測斷面間距為5m。凈空變位量測在開挖后盡早進(jìn)行，初讀數(shù)在開挖12小時(shí)內(nèi)且在下一循環(huán)開挖前讀取，采用全站儀量測。淺埋地段洞內(nèi)外量測點(diǎn)布設(shè)在同一橫斷面內(nèi)。

6.4 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理

①將監(jiān)測管理及監(jiān)測實(shí)施計(jì)劃納入施工生產(chǎn)計(jì)劃中，作為一個(gè)重要的施工工序來抓，并保證監(jiān)測有確定的時(shí)間和空間。

②制定切實(shí)可行的監(jiān)測實(shí)施方案和相應(yīng)的測點(diǎn)埋設(shè)保護(hù)措施，并將其納入工程的施工進(jìn)度控制計(jì)劃。

③施工監(jiān)測緊密結(jié)合施工步驟，監(jiān)控每一施工步驟對周圍環(huán)境、圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)、變形的影響，據(jù)此優(yōu)化施工方案。

④監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)整理分析，一般情況下，每周報(bào)一次，特殊情況下，每天報(bào)送一次。監(jiān)測報(bào)告包括階段變形值、變形速率、累計(jì)值，并繪制位移時(shí)態(tài)（或時(shí)程）曲線，進(jìn)行回歸分析，及時(shí)對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行綜合評價(jià)，必要時(shí)停止開挖，進(jìn)行地表注漿等措施加固隧道。

7 結(jié)論

實(shí)踐證明：選擇隧道拱部外露地表開挖施工技術(shù)工法可行有效，施工成本得到了有效控制，施工工期得到保證，周邊壞境得到保護(hù)。目前該隧道已順利完工并通車運(yùn)營，可為以后同類隧道的建設(shè)提供借鑒。

①渭河隧道寶雞方向DK770+300～+250段地表為黃土沖溝，并且在DK770+275～+243段拱頂已露出地表0.8m，洞身位于第三系全風(fēng)化泥巖地層，屬于Ⅴ級圍巖，采用拱部外露隧道開挖技術(shù)，順利地實(shí)現(xiàn)隧道貫。

②選擇拱部外露地表隧道開挖技術(shù)施工可行有效，施工的安全性和施工工期成本得到了有效控制。

③在隧道開挖施工過程中，超前預(yù)加固支護(hù)質(zhì)量可靠，研究合適隧道開挖方法，結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)，綜合考慮操作人員的施工能力和技術(shù)水平，才能保證施工順利進(jìn)行。

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