大斷面黃土隧道側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要點(diǎn)

李 偉

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

大斷面黃土隧道側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要點(diǎn)

李 偉

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

在某黃土隧道施工中，采用的側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，能最大限度的利用土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，施工進(jìn)度快，洞內(nèi)拱頂沉降和路面下沉均控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，確保隧道施工質(zhì)量和安全，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

隧道，支護(hù)，開挖，注漿

在黃土隧道施工中，黃土強(qiáng)度低，土質(zhì)較松散，開挖擾動(dòng)后變形大等特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)不同性狀黃土的力學(xué)特性及穩(wěn)定性狀況，合理確定施工工法，保證隧道初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與施工安全。

在黃土隧道施工中，選擇合理的支護(hù)類型有利于最大限度保護(hù)圍巖天然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，安全的支護(hù)施作方式能將洞體開挖變形造成的土體強(qiáng)度損失有效減少。在隧道施工中，重視圍巖變形及其發(fā)展的控制，采取有效的支護(hù)方式，是隧道建設(shè)施工的關(guān)鍵。

采用側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行黃土隧道開挖施工中，應(yīng)按照“短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、緊封閉、勤量測(cè)”的要求，及時(shí)進(jìn)行大管棚超前支護(hù)及鎖腳錨管等支護(hù)措施的施作，確保支護(hù)及時(shí)封閉成環(huán)，各施工工序緊密銜接，隨挖隨支，將隧道及地表下沉量有效減少，以確保施工安全。

1 概述

在某黃土隧道施工中，隧道地質(zhì)條件差，均為Ⅳ，Ⅴ級(jí)黃土。隧道最大埋深在210 m以上，最小埋深2.5 m，位于地下水位線以上，天然含水量10%～18%，下穿某高速公路，施工難度大。為確保施工安全，在隧道淺埋、下穿高速段或條件較差段，決定采用側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。

側(cè)壁導(dǎo)坑法主要適用于圍巖較差、淺埋、偏壓及洞口段施工。該法是將大斷面黃土隧道分割為多個(gè)小洞室，有效減少每次開挖后的圍巖臨空面，使得上一循環(huán)架立的鋼架等支護(hù)結(jié)構(gòu)為上部各洞室有效利用，通過(guò)小斷面的單獨(dú)掘進(jìn)發(fā)展成為一個(gè)大的隧道斷面。

使用側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝，能充分利用在開挖過(guò)程中黃土層的短時(shí)間自穩(wěn)性，采用型鋼鋼架噴射混凝土的組合支護(hù)方式，使圍巖表面形成密貼型鋼架混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，利用中隔壁及橫撐承擔(dān)部分受力，使得隧道淺埋、偏壓段的安全性有效提高。

2 施工工藝

該隧道為砂質(zhì)黃土，地質(zhì)條件差，斷面大，采用剛性初期支護(hù)，側(cè)壁導(dǎo)坑法能有效確保施工進(jìn)度和安全。

2.1 超前大管棚支護(hù)

黃土隧道開挖后易分層坍塌，鉆進(jìn)采用定向跟管鉆進(jìn)法，利用有線導(dǎo)向回旋鉆進(jìn)一次成孔，鋼管隨進(jìn)度連續(xù)接長(zhǎng)直至設(shè)計(jì)孔深。嚴(yán)禁放炮。鉆進(jìn)過(guò)程中，用高壓風(fēng)排渣，控制風(fēng)壓確保出渣通暢。

采用雙層熱軋無(wú)縫鋼管大管棚，絲扣聯(lián)接，管尾焊接法蘭盤與注漿管尾端聯(lián)接。管棚間距0.4 m，各環(huán)管棚間搭接長(zhǎng)度在10 m以上。

注漿材料為水泥漿，采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1。注漿時(shí)，低壓力、中流量注入，壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa。終壓注漿量小于0.1 L/min時(shí)，持壓10 min結(jié)束注漿，以確保管內(nèi)及鉆孔內(nèi)填充密實(shí)。

2.2 開挖

側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖分七部進(jìn)行，每循環(huán)進(jìn)尺1榀鋼架間距，及時(shí)施作支護(hù)，安裝型鋼鋼架和臨時(shí)支撐，噴射混凝土封閉成環(huán)。

為有效提高施工進(jìn)度，各洞室開挖斷面應(yīng)合理確定。施工中，由于作業(yè)空間狹小，應(yīng)當(dāng)人工開挖1部,3部，盡量減小1洞室,3洞室開挖斷面，人工配合機(jī)械開挖其余各部，可適當(dāng)加大2洞室,4洞室的開挖斷面。

先開挖1室，通過(guò)測(cè)定土體含水率、密度等，確定初期支護(hù)參數(shù)。2室開挖應(yīng)在滯后1室5 m后進(jìn)行。初期支護(hù)使用初噴4 cm厚混凝土進(jìn)行護(hù)壁，將型鋼鋼架接長(zhǎng)后，將混凝土復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。3室開挖應(yīng)在滯后2室3 m～5 m后進(jìn)行，4室開挖應(yīng)在滯后3室3 m～5 m后進(jìn)行，5室開挖應(yīng)在滯后4室3 m～5 m進(jìn)行。在開挖5室時(shí)，預(yù)留的5 m長(zhǎng)的掌子面核心土應(yīng)設(shè)置成圓弧形，環(huán)形帶高度為1 m左右。

在洞體開挖初期，各洞室掌子面的相對(duì)位置保持不變，以確保掘進(jìn)同步。同時(shí)，及時(shí)進(jìn)行仰拱施工，應(yīng)根據(jù)隧道所在地的地質(zhì)情況合理確定仰拱施作長(zhǎng)度。各洞室開挖順利，且完成一環(huán)或多環(huán)襯砌施工后，為進(jìn)行隧道初期支護(hù)的變形控制，需逐步進(jìn)行3室和1室距離的調(diào)整，最終形成1室,3室與2室,4室的掌子面平齊。5室掌子面距2室,4室掌子面的距離控制在3 m～5 m，在于拉近襯砌與前方掌子面距離，保證施工安全。

仰拱開挖分左中右，以充分利用中隔壁支撐，先左右后中間，待仰拱及填充施工完畢后，再拆除中隔壁及橫支撐。

為提高施工進(jìn)度，在仰拱開挖過(guò)程中，可利用棧橋繼續(xù)開挖1室～4室。為確保隧底開挖時(shí)整個(gè)斷面的安全性，仰拱的一次開挖量不大于3榀鋼架間距，并要及時(shí)噴射混凝土形成剛性封閉環(huán)。

2.3 雙層初期支護(hù)

第1層通過(guò)設(shè)置全環(huán)鋼架加強(qiáng)支護(hù)效果。鋼架設(shè)置間距按0.5 m一榀進(jìn)行控制，在鋼架間設(shè)置縱向連接鋼筋。交叉連接加強(qiáng)筋根據(jù)環(huán)向間距1 m，并間隔1 m的規(guī)格進(jìn)行設(shè)置。每榀鋼架兩側(cè)大拱腳處各設(shè)4根鎖腳錨管，拱墻設(shè)鋼筋網(wǎng)。C25混凝土全環(huán)進(jìn)行35 cm厚的濕噴，噴射在拱墻部位的混凝土須摻入聚丙烯微纖維。

第2層通過(guò)格柵鋼架設(shè)置加強(qiáng)支護(hù)效果。鋼架設(shè)置間距按1 m一榀進(jìn)行控制，鋼架間設(shè)置縱向連接鋼筋。C25混凝土全環(huán)進(jìn)行25 cm厚的濕噴，噴射在拱墻部位的混凝土須摻入聚丙烯微纖維。

2.4 臨時(shí)側(cè)壁

臨時(shí)側(cè)壁通過(guò)設(shè)置臨時(shí)鋼架來(lái)實(shí)現(xiàn)，鋼架間距為0.5 m，須在鋼架間進(jìn)行縱向連接筋和交叉加強(qiáng)筋的設(shè)置。為保證鋼架穩(wěn)定，在拱腳處墊槽鋼，在拱頂、仰拱底及每處鋼架接頭兩側(cè)部位進(jìn)行連接鋼板設(shè)置。在兩側(cè)邊墻大拱腳部位設(shè)置鋼板墊板。

將超前小導(dǎo)管設(shè)置在臨時(shí)側(cè)壁的上半斷面，一環(huán)設(shè)置的環(huán)向間距為0.5 m，縱向間距為2 m。須設(shè)置縱向間距為0.5 m的臨時(shí)橫撐，分別在側(cè)壁及中間導(dǎo)坑中部設(shè)置。

初噴4 cm厚混凝土進(jìn)行鋼架架設(shè)完畢后，繼續(xù)濕噴混凝土覆蓋鋼架，直至設(shè)計(jì)厚度35 cm。

2.5 預(yù)加固掌子面

使用纖維錨桿進(jìn)行預(yù)加固掌子面，采用的錨桿長(zhǎng)度可分為12 m,8 m,4 m三種。三種錨桿各占錨桿總數(shù)的1/3，長(zhǎng)、短錨桿交錯(cuò)布置，在第一環(huán)均進(jìn)行設(shè)置。

為確保掌子面穩(wěn)固，每開挖4 m的掌子面，進(jìn)行1/3的12 m錨桿設(shè)置。通過(guò)長(zhǎng)短錨桿交錯(cuò)布置，總有1/3長(zhǎng)度大于8 m的錨桿在開挖的掌子面前方。

布設(shè)2層纖維錨桿，上部錨桿間距0.8 m，中部錨桿間距1 m，采用等邊三角形布置。在5部施工完畢前及時(shí)施作并緊跟5部掌子面。

2.6 初支背后回填注漿

通過(guò)壓漿回填初期支護(hù)拱部背后，可使得地層與支護(hù)緊密相貼，發(fā)揮圍巖自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

第一層初期支護(hù)施工時(shí)，在拱部進(jìn)行鋼管預(yù)埋。預(yù)埋鋼管的長(zhǎng)度為0.5 m，設(shè)置的鋼管環(huán)向間距3 m，縱向間距1 m，布置呈梅花狀進(jìn)行。

第一層初期支護(hù)閉合成環(huán)后，采用1∶1水泥砂漿壓注，注漿壓力不超過(guò)0.2 MPa。回填灌漿分期進(jìn)行，1期在開挖1室,2室后，2期在3室,4室完成后，3期在5室完成后，4期在仰拱成環(huán)后，二次襯砌施工前。

2.7 仰拱施工

仰拱施工使用分部分段開挖支護(hù)，為保證隧道施工運(yùn)輸暢通，采用15 m的棧橋。在施工中，須嚴(yán)格將仰拱與1部掌子面的距離控制在25 m以內(nèi)。

仰拱開挖時(shí)，須嚴(yán)格按每循環(huán)進(jìn)尺3榀鋼架的間距進(jìn)行控制。為確保開挖后的洞體穩(wěn)定，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼架搭設(shè)和濕噴混凝土作業(yè)。待仰拱初支施工5.5 m后，進(jìn)行5.2 m的仰拱鋼筋綁扎，進(jìn)行縱橫向仰拱堵頭板的搭設(shè)后，進(jìn)行止水帶安裝。進(jìn)行仰拱混凝土灌注，待其終凝后進(jìn)行填充混凝土灌注。

待灌注的填充混凝土終凝后，將臨時(shí)支撐拆除，進(jìn)入下一循環(huán)施工。

2.8 拆除雙側(cè)壁

仰拱填充混凝土終凝后，將一段與二襯施工長(zhǎng)度相同的雙側(cè)壁橫撐、臨時(shí)鋼架予以拆除。由專人逐榀進(jìn)行雙側(cè)壁拆除后及時(shí)進(jìn)行清理。

拆除完畢后，至少應(yīng)確保5 m長(zhǎng)度的臨時(shí)支護(hù)鋼架深入到仰拱填充層。

2.9 拱墻襯砌

使用全斷面液壓臺(tái)車進(jìn)行拱墻襯砌施工。在本項(xiàng)目施工中，設(shè)計(jì)的襯砌臺(tái)車10.5 m長(zhǎng)，襯砌長(zhǎng)度為每節(jié)10.4 m，搭接長(zhǎng)度為0.1 m。

為防止形成側(cè)壓及臺(tái)車移位，要求對(duì)稱進(jìn)行兩側(cè)的混凝土灌注，兩側(cè)的灌注面高差控制在1 m以內(nèi)。

使用插入式振搗器與附著式振搗器分層分段進(jìn)行混凝土振搗，插入深度應(yīng)大于澆筑深度。當(dāng)灌注面出現(xiàn)浮漿，不再顯著下沉或冒出氣泡時(shí)，停止振搗。

為保證拱頂混凝土密實(shí)度，灌注至拱頂時(shí)應(yīng)采用擠壓式倒退逐一泵送。

最后，進(jìn)行掌子面貫通施工，確保各洞室仰拱及時(shí)封閉成環(huán)。

3 監(jiān)控量測(cè)

在施工過(guò)程中，對(duì)洞內(nèi)和洞外地表進(jìn)行拱頂沉降與水平收斂和地表沉降監(jiān)控量測(cè)。在施工前，應(yīng)對(duì)路面原始狀況進(jìn)行測(cè)量并記錄。

1)測(cè)點(diǎn)布置。進(jìn)行洞體開挖后，及時(shí)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)是確保隧道施工安全的關(guān)鍵，還須重視施工中采取的測(cè)點(diǎn)保護(hù)措施。

在同一斷面上進(jìn)行水平收斂、拱頂下沉的測(cè)點(diǎn)布置。測(cè)點(diǎn)斷面間距5 m，每斷面共布設(shè)11個(gè)測(cè)點(diǎn)。

為保證測(cè)點(diǎn)隨土體沉降而自由沉降，測(cè)點(diǎn)應(yīng)深入土體1 m以上。為保護(hù)測(cè)點(diǎn)，使用塑料袋包裹外套鋼管，待混凝土濕噴完畢后將予以清除。

在洞外沿公路縱向每5 m布置1個(gè)點(diǎn)進(jìn)行地表沉降測(cè)點(diǎn)布置，測(cè)點(diǎn)一般埋設(shè)于公路兩側(cè)路緣石和中心隔離帶上。進(jìn)行洞體開挖后每天進(jìn)行觀測(cè)，二襯混凝土施工完并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后停止觀測(cè)。

施工前，進(jìn)行初讀數(shù)讀取并記錄。

2)量測(cè)方法。使用全站儀對(duì)拱頂下沉、水平收斂進(jìn)行無(wú)接觸式量測(cè)，采用坐標(biāo)法進(jìn)行兩側(cè)位移的變化觀測(cè)。使用高精度水平儀進(jìn)行地表沉降觀測(cè)。

3)量測(cè)頻率。施工中的量測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)黃土隧道變形的特點(diǎn)合理確定。

4)監(jiān)測(cè)管理。主要是進(jìn)行設(shè)計(jì)值、警戒值、允許值的確定。其中，通過(guò)預(yù)估變形量的百分比確定警戒值。

在該隧道施工中，淺埋段和下穿高速公路段采用側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，施工進(jìn)度快，隧道洞頂高速路面沒(méi)有發(fā)生任何開裂，洞內(nèi)拱頂沉降和路面下沉均控制在了50 mm以內(nèi)，滿足了路面行車要求，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 楊云濤.雙側(cè)壁導(dǎo)洞法隧道施工技術(shù)[J].科研，2011(1)：72.

[2] 何秀文.淺談雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在黃土隧道施工中的應(yīng)用[J].江西建材，2014(3)：49.

[3] 尹福倫.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在大跨度黃土隧道淺埋段的施工技術(shù)應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2016(1)：88.

Keypointsofconstructionoflargesectionloesstunnelsideheadingmethod

LiWei

(ShanxiLuqiaoJinzhongConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

In the construction of a loess tunnel, side heading method adopted in construction, can maximize the use of soil structure strength, fast construction speed, are controlled in the design range of the subsidence of vault settlement and pavement, ensure tunnel construction quality and safety, and has good social and economic benefits.

tunnel, support, excavation, grouting

2017-10-02

李 偉(1986- )，男，助理工程師

1009-6825(2017)35-0178-02

U455

A