淺談三車(chē)道黃土隧道施工方法

麻宇翔

摘 要：蘭州新區(qū)是國(guó)家第五個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)。為了適應(yīng)蘭州新區(qū)高速的建設(shè)步伐，急需一條高效快速的公路大動(dòng)脈來(lái)加快新區(qū)建設(shè)所需的各類(lèi)物資輸送。蘭秦快速路正是這條大動(dòng)脈上最關(guān)鍵的一段。其中付家窯2#隧道是整個(gè)蘭秦快速路的控制性工程，它的竣工時(shí)間標(biāo)志著蘭秦快速的的通車(chē)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：黃土；三車(chē)道；隧道；施工方法

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）07-0094-02

付家窯2#隧道位于蘭州市黃河北岸的皋蘭縣忠和鎮(zhèn)付家窯，隧道穿行黃土山梁，進(jìn)口布設(shè)黃土沖溝一側(cè)山體，緊鄰109國(guó)道。出口邱家溝上游右側(cè)山體。付家窯隧道屬中溫帶大陸性氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，氣候溫和，市區(qū)海拔平均高度1520米，年均氣溫2.1℃，年平均降水量253.8mm，全年日照實(shí)數(shù)平均2446h，無(wú)霜期180d以上。隧道地處位于黃土山梁丘陵區(qū)，地勢(shì)東北高西南底，地形破碎，溝壑縱橫，沖溝發(fā)育，地表被厚層黃土覆蓋。隧址區(qū)土體主要為風(fēng)積黃土，粉粒含量較大，土體結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，滲透性強(qiáng)，有高壓縮性，具有自重濕陷性，其自重濕陷厚度約為20m，地層為密實(shí)黃土。項(xiàng)目開(kāi)始項(xiàng)目部采取了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，開(kāi)工兩月施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后，整環(huán)初支完成70m，如此進(jìn)度帶來(lái)的問(wèn)題是：隧道工期嚴(yán)重滯后，難以保證按時(shí)能夠按時(shí)完工，施工人員和設(shè)備窩工嚴(yán)重項(xiàng)目成本大幅增加。針對(duì)眼前的形式，項(xiàng)目部積極的討論研究，決定啟用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，改用三分法進(jìn)行掘進(jìn)。

1 黃土三車(chē)道隧道三分法

所謂三分法其實(shí)就是將原來(lái)兩車(chē)道隧道施工常見(jiàn)的分部臺(tái)階開(kāi)挖法中的上臺(tái)階分先后兩個(gè)導(dǎo)坑分部開(kāi)挖。為保證安全，開(kāi)挖先、后行導(dǎo)坑掌子面前必須先利用超前小導(dǎo)管經(jīng)行支護(hù)，開(kāi)挖時(shí)必須預(yù)留足夠尺寸的核心土。先、后進(jìn)導(dǎo)坑掌子面距離控制在8-12米。先、后行導(dǎo)坑掌子面采用拱架支護(hù)，拱腳安裝鎖腳錨桿，防止拱腳位移、下沉。其中先行導(dǎo)坑施工時(shí)需要安裝臨時(shí)拱架來(lái)支護(hù)一側(cè)土體，臨時(shí)拱架和主拱架封閉成環(huán)，并采用螺栓連接。適當(dāng)經(jīng)行噴射砼加強(qiáng)支護(hù)，臨時(shí)拱架拱腳安裝鎖腳錨桿，防止拱腳位移、下沉。待后行導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)完成，整個(gè)隧道隧道上臺(tái)階完成初期支護(hù)，此時(shí)臨時(shí)支撐繼續(xù)發(fā)揮作用，后續(xù)下側(cè)墻工序馬上進(jìn)行，隧道下側(cè)墻分左右側(cè)墻施工。左右側(cè)墻開(kāi)挖不得同時(shí)進(jìn)行，必須保證需錯(cuò)開(kāi)3-5米。一側(cè)側(cè)墻噴護(hù)完成后及時(shí)回填掩埋拱腳后再開(kāi)挖另一側(cè)側(cè)墻側(cè)墻施工時(shí)利用挖掘機(jī)開(kāi)挖邊槽，人工修整，安裝拱架、鎖腳錨桿，噴砼封閉支護(hù)。仰拱開(kāi)挖必須緊跟，左右側(cè)墻完成后立即開(kāi)挖安裝拱架支護(hù)，澆筑砼。仰拱及填充澆筑完成后施工二襯。三分法施工，如圖1所示。

2 具體施工方法

隧道主洞內(nèi)輪廓拱部采用R=766.5圓弧，側(cè)墻采用R= 550的圓弧，仰拱半徑為1800cm，仰拱與側(cè)墻采用R=150cm小半徑圓弧鏈接，主洞內(nèi)路面寬度為12.5m，拱頂高8.255m。

先行導(dǎo)坑開(kāi)挖面面積為46.34㎡。拱架全寬8.24m，拱架凈高7.47m。中間有臨時(shí)支撐進(jìn)行支撐，臨時(shí)支撐采用Ⅰ18工字鋼，主拱采用HW175型鋼，間距60cm，φ42×4mm超前小導(dǎo)管預(yù)加固圍巖，L-300cm，環(huán)向間距35cm，每環(huán)48根，搭接1.2m、斜插角α-10°～15°；H175型鋼拱架支護(hù)全環(huán)封閉，縱向間距60cm，每榀鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距100cm；型鋼拱架內(nèi)、外側(cè)均鋪掛φ8（20cm×20cm）鋼筋網(wǎng)；噴C25混凝土30cm；二次襯砌、仰拱為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚65cm，預(yù)留變形量15cm。

后行導(dǎo)坑開(kāi)挖面面積51.3㎡，拱架全寬8.47m，與先行導(dǎo)坑進(jìn)行連接，臨時(shí)支撐處先后行導(dǎo)坑拱架進(jìn)行連接，支護(hù)與先行導(dǎo)坑支護(hù)相同。

2.1 側(cè)墻

側(cè)墻采用分步開(kāi)挖的方式，第一榀拱架與上導(dǎo)坑主拱進(jìn)行連接，并且安裝鋼筋網(wǎng)片，當(dāng)?shù)谝婚凹苓B接完畢后，第二榀拱架開(kāi)始開(kāi)挖，最后全部安裝完畢后，一次性噴射C25混凝土進(jìn)行初襯。

2.2 仰拱

仰拱在先后行導(dǎo)坑，側(cè)墻施工完成后，離施工側(cè)墻10-15m左右進(jìn)行仰拱施工，全寬16.2m，中間最深處達(dá)2.6m，兩邊與側(cè)墻連接處達(dá)1.5m深，仰拱最適宜施工長(zhǎng)度為6m，考慮到棧橋和不影響上導(dǎo)坑的上下導(dǎo)的掘進(jìn)，長(zhǎng)度不宜過(guò)寬，安全系數(shù)也不高，開(kāi)挖完成后，需第一時(shí)間進(jìn)行拱架安裝，防止拱腳處拱架懸空時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成安全隱患，主拱拱架間采用Φ22的連接筋進(jìn)行連接，間距為一米，施工完畢后采用C30混凝土進(jìn)行澆筑，待拱架施工完畢后，需要安排班組進(jìn)行仰拱鋼筋綁扎，主筋才用Φ25的鋼筋，分布筋采用Φ14的鋼筋，箍筋采用Φ16的螺紋筋，間距都為25cm進(jìn)行綁扎，仰拱中間處間距為60cm。待鋼筋完成后，及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑，第一時(shí)間成環(huán)。

2.3 二襯

仰拱施工完成20-30m處后，可以考慮開(kāi)始二襯鋼筋綁扎，考慮到工期的時(shí)間，需要用18工字鋼搭接一個(gè)防水臺(tái)車(chē)，以便工人進(jìn)行防水板，鋼筋的綁扎。二次襯砌采用泵送混凝土和模板臺(tái)車(chē)的機(jī)械化配套施工方案，并做好襯砌拱頂、拱腰部位背后可能空洞的壓密注漿回填，確保襯砌與圍巖、襯砌結(jié)構(gòu)層之間密實(shí)接觸無(wú)空洞或空隙。本項(xiàng)目鋼筋采用φ25的鋼筋，間距25cm。分布筋采用φ14的鋼筋，箍筋采用φ16的鋼筋并且在拱腳處加密。使得整個(gè)二襯受力均勻。

導(dǎo)坑分臺(tái)階開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m，先行導(dǎo)坑下臺(tái)階與后行導(dǎo)坑上臺(tái)階間距8～10m，開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～0.75m，初期支護(hù)與一次模筑襯砌緊跟開(kāi)挖面，后行導(dǎo)坑下臺(tái)階開(kāi)挖及支護(hù)作業(yè)面距離中巖柱上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)作業(yè)面距離8～10m；中巖柱分臺(tái)階開(kāi)挖、支護(hù)，仰拱作業(yè)時(shí)需架設(shè)鋼棧橋，仰拱一次施作，二次襯砌距離初期支護(hù)封閉成環(huán)段距離15～20m。隧道各項(xiàng)工序前后安全距離，如圖2所示。

由于洞口淺埋黃土地層圍巖條件差，需嚴(yán)格按要求進(jìn)行施工過(guò)程中的各項(xiàng)監(jiān)控量測(cè)，控制各交錯(cuò)工序的開(kāi)挖長(zhǎng)度和循環(huán)進(jìn)尺，嚴(yán)格按要求施作鎖腳錨管、拱腳，仰拱及二襯需及時(shí)跟進(jìn)；嚴(yán)格控制超挖、尤其掘進(jìn)方向的超挖，確保鋼拱架緊貼掌子面和圍巖。

因?yàn)檎麄€(gè)隧道的跨度過(guò)大，需要及時(shí)做好監(jiān)控量測(cè)的工作。隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)采用二次模筑和新奧法原理，要求在施工過(guò)程中必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，及時(shí)掌握圍巖在開(kāi)挖過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，提供有關(guān)隧道施工的全面、系統(tǒng)信息資料，以便及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)圍巖-支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測(cè)，并據(jù)此制定相應(yīng)的施工措施，以確保洞室周邊巖體的穩(wěn)定以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。（1）洞口淺埋段的地表下沉觀(guān)測(cè)；（2）隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測(cè)；（3）圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)效果分析；（4）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

監(jiān)控量測(cè)對(duì)整個(gè)隧道的施工來(lái)說(shuō)有很重要的作用，可以對(duì)技術(shù)人員提供一個(gè)開(kāi)挖的理論依據(jù)。防止超挖，注意人身安全都有很重要的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

忠水二標(biāo)項(xiàng)目部經(jīng)歷了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和三分法之后，明顯感覺(jué)到三分法對(duì)于本項(xiàng)目的適合，三分法將隧道分為五個(gè)部分，先行導(dǎo)坑，后行導(dǎo)坑，左右側(cè)墻，仰拱。當(dāng)掌子面掘進(jìn)到一定距離的時(shí)候，幾個(gè)工作面可以同時(shí)開(kāi)展，同時(shí)前進(jìn)，互不影響，尤其是拆除臨時(shí)支撐的時(shí)候，難度比雙側(cè)壁導(dǎo)坑更低。三分法施工時(shí)需要注意的幾個(gè)工作面的間隔距離的把握，絕對(duì)不能為了一時(shí)貪圖工程的進(jìn)度，而忘記了安全距離。掌子面的核心土的預(yù)留對(duì)導(dǎo)坑的掘進(jìn)有至關(guān)重要的作用，事實(shí)表明核心土的預(yù)留能大大降低事故的發(fā)生。三分法將施工工藝進(jìn)行精簡(jiǎn)，各個(gè)工作面的工作時(shí)間減少，安全系數(shù)大大增加，若人員和材料安排妥當(dāng)，比起雙側(cè)壁導(dǎo)坑法掘進(jìn)時(shí)間縮短不少，通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，我深深的理會(huì)到施工工法對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的工期和利潤(rùn)有相當(dāng)重要的作用。