超大斷面扁坦隧道施工安全控制技術(shù)

張沛杰

Construction Safety Control Technology of Super Large Section Flat Tunnel

摘要： 本文以勤豐特長隧道施工案例為背景，對超大斷面的扁坦公路隧道施工方法進行探討。介紹了開挖跨度大，扁坦率達到0.68，大跨扁坦隧道與接近卵圓形的高鐵隧道在開挖過程中的支護形式與力學(xué)特性必然存在巨大差別，且隧道單幅長5480m，進出口設(shè)置兩個施工工區(qū)，單次開挖與支護量較大，工期與工程量都較大，由此合理的施工工序與成熟的施工控制技術(shù)，是完成安全施工的關(guān)鍵，同時這也為同類型的隧道施工提供借鑒。

Abstract： In this paper， the construction method of the super large section of the flat highway tunnel is discussed on the background of the construction case of the Qinfeng special long tunnel. It is introduced that the excavation span is large， flat rate open to 0.68， large span flat tunnel and near oval high-speed railway tunnel must have a great difference in supporting form and mechanical characteristics during excavation. And the single length of the tunnel is 5480m， and the two construction areas are set up in the import and export. The single excavation and support are large， and the construction period and the amount of the project are large. Therefore， the reasonable construction process and the mature construction control technology are the key to complete the safety construction. At the same time， it also provides reference for the same type of tunnel construction.

關(guān)鍵詞： 超大斷面；扁坦隧道；施工控制技術(shù)

Key words： super large section；flat tunnel；construction control technology

中圖分類號：U455 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）15-0127-03

0 引言

當(dāng)前，我國的隧道工程施工技術(shù)日益完善，然而，仍有必要對新建的不同地區(qū)的隧道進行研究分析。王明慧，張忠愛等[1]就渝黔鐵路天坪隧道穿越復(fù)雜地質(zhì)極高地應(yīng)力區(qū)，通過實時監(jiān)測隧道的應(yīng)力與變形發(fā)展趨勢，得到了加強支護與仰拱，及做好封閉能夠起到控制隧道變形的作用；肖宗榮[2]就軟弱圍巖下穿隧道的施工變形控制進行分析，介紹了不同的施工工法；陳秋南，王勤榮等[3]就超大斷面扁坦隧道進行支護結(jié)構(gòu)的力學(xué)性狀分析，采用有限差分軟件FLAC 3D驗證了雙側(cè)壁法較適用于小凈距隧道；蘇春生[4]就城市地下隧道鄰近既有建筑物的現(xiàn)狀，進行施工技術(shù)分析；韓驚偉[5]采用ABAQUS軟件對巖溶地區(qū)隧道的支護結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析。

本文就昆楚高速公路勤豐特長隧道工程，特點為隧道長度大、開挖跨度大、形狀扁坦、埋深大、工期緊及圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育的特點，進行施工安全控制技術(shù)的分析。這里采用了合理的施工工序及施工技術(shù)，能夠有效保障隧道施工的順利開展。

1 工程概況

勤豐特長隧道，位于祿豐縣祿豐鎮(zhèn)東側(cè)山脈，左線起止里程為ZK41+910～ZK47+370，右線起止里程為K41+935～K47+415，共計單幅10940m；左右幅凈距約為32.6～33.1m。隧道設(shè)計采用復(fù)合式襯砌，且隧道最大埋深約為361m，隧道正洞正常斷面開挖跨度為17.15m，開挖高度為11.68m。隧道穿越粉質(zhì)黏土、強中風(fēng)化泥巖等巖層。地下水主要為基巖裂隙水與孔隙水等。

進口段山勢陡峻，巖層風(fēng)化厚度較大，山體坡腳約35°；出口段地勢相對平緩，山體坡腳約15°，且坡面破碎，植被較發(fā)育。洞軸線地面高程1995～2325m，相對高差330m。進出口地形地貌如圖1、2所示。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 施工場地布置

施工前，在距隧道進口處2.1km，距隧道出口處140m設(shè)置兩個施工場地，建立混凝土拌合站，及鋼筋加工場，同時，依據(jù)地勢合理規(guī)劃施工進場便道，選定棄碴場，及隊伍駐地等。

2.2 施工技術(shù)要求

隧道開挖前，應(yīng)具有一定的人力、設(shè)計資料、機械設(shè)備等資源。對于施工前存在的主要技術(shù)如下：

①施工前，項目部應(yīng)組織技術(shù)人員對圖紙進行會審，并了解隧道結(jié)構(gòu)的基本形式；

②應(yīng)遵循“超前探、管超前、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、緊襯砌”的原則；

③對于關(guān)鍵工序，及特殊表明的勘探不良的地質(zhì)施工時，應(yīng)制定詳細(xì)的控制措施及操作細(xì)則；

④技術(shù)人員對施工人員進行安全技術(shù)交底并組織作業(yè)人員培訓(xùn)。

3 施工方法

3.1 施工工法

該隧道堅持科學(xué)合理的施工開挖方法，隧道洞口及明洞段易采用明挖法施工，自上而下進行分臺開挖，明挖法易對周邊巖體造成擾動，因此，應(yīng)做好邊開挖邊防護的工作；關(guān)于土質(zhì)地層，采用機械開挖，而石質(zhì)地層，采用鉆爆法開挖。明洞回填時，為保證受力均勻，應(yīng)在兩側(cè)對稱分層夯實。

隧道洞身段采用暗挖法施工。洞口淺埋及偏壓、斷層破碎帶段V級圍巖采用CRD法開挖，其余V級圍巖段，宜采用三臺階預(yù)留核心土分部開挖法開挖，Ⅳ級圍巖采用三臺階法開挖，Ⅲ級圍巖采用一般臺階法開挖。V級圍巖地段施工開挖時，加強超前支護，并及時施作初期支護。開挖過程中土質(zhì)地段以機械開挖為主，必要時輔以微量的弱爆破進行開挖作業(yè)，巖石地段應(yīng)采用預(yù)裂爆破或光面爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制超、欠挖。二次襯砌采用泵送混凝土和整體式模板臺車的機械化配套施工方案，確保二次襯砌質(zhì)量達到內(nèi)實外光。具體隧道的施工技術(shù)參數(shù)見表1所示。

3.2 三臺階七步法

勤豐隧道的特點，超大斷面、大跨度扁坦形狀，關(guān)于隧道洞身開挖施工宜采用三臺階七步法。充分利用多層開挖，預(yù)留核心土工法，能夠適用于該公路隧道跨度為17.15m的施工。開挖第1步，上部弧形導(dǎo)坑開挖，進行拱部超前支護，并預(yù)留核心土，其長度宜為3～5m，寬度宜為隧道開挖跨度的1/3～1/2；第2、3步，左右側(cè)中臺階開挖，這里根據(jù)初期支護鋼架間距確定開挖進尺，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m；第4、5步，左右側(cè)下臺階開挖，開挖尺寸同第2、3步；開挖第6步，上中下臺階預(yù)留核心土，各臺階開挖后及時施作仰拱初期支護，仰拱分段長度宜為4～6m；第7步，隧底開挖，每循環(huán)開挖進尺長度宜為2～3m，開挖后及時施作仰拱初期支護，仰拱分段長度取為4～6m。

隧道開挖施工時，應(yīng)做好監(jiān)控量測工作，及時掌握圍巖和支護變形的數(shù)據(jù)信息，做好調(diào)整支護參數(shù)和預(yù)留的變形量，從而保證施工安全。

4 主要的技術(shù)控制及措施

4.1 初期支護

①鋼拱架施工時，需在現(xiàn)場預(yù)制加工成型，同時，施工場地需用C15混凝土硬化；施工時，鋼拱架基腳部應(yīng)預(yù)留0.15～0.2m原地基，且拱腳處設(shè)置鎖腳鋼管2根Φ42*4 mm；按設(shè)計位置布設(shè)鋼拱架，當(dāng)與初噴層有較大間隙時設(shè)置不大于50mm的墊塊；鋼拱架在架設(shè)時，預(yù)先設(shè)定的位筋一段錨入圍巖0.5～1m，另一端與鋼拱架聯(lián)接；最后，鋼拱架架立之后應(yīng)盡快由墻腳處向上噴射混凝土，從而形成穩(wěn)定的保護層。

②鋼筋網(wǎng)施工時，采用Φ8鋼筋，現(xiàn)場制作成1.5m×1.5m的網(wǎng)片。同時，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿聯(lián)接牢固，隨拱形坡面進行鋪設(shè)。

③關(guān)于系統(tǒng)錨桿施工，這里采用砂漿錨桿與中空注漿錨桿。砂漿錨桿采用螺紋鋼筋制做，鑿巖機鉆孔，機械配合人工安裝錨桿，水泥注漿時，注漿管插入距孔底5～10cm處，緩慢拔出并將桿體插入，終凝后安設(shè)孔口墊板；中空注漿錨桿，通過鉆孔清理巖屑，且將錨桿送入孔內(nèi)并固定桿體，向中空錨桿內(nèi)壓注水泥漿。

④噴射混凝土?xí)r，采用采用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號為P.O42.5，碎石粒徑5-10mm，應(yīng)有良好的配合比，采用高效減水劑，選用初凝時間≤5min，終凝時間為≤10min的速凝劑；做到兩次噴射，一次噴射厚度為3cm，起到封閉巖面的作用，二次噴射應(yīng)到設(shè)計厚度；噴射混凝土終凝2h后，應(yīng)在襯砌面上噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間一般不少于7d。同時，應(yīng)做好混凝土的安全作業(yè)工作。

4.2 二次襯砌

關(guān)于勤豐隧道內(nèi)的二次襯砌，臺車及模板等支撐系統(tǒng)必須嚴(yán)格執(zhí)行《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（JTJ076-95），以及相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范規(guī)程。

根據(jù)隧道檢測的圍巖應(yīng)力，及初期支護數(shù)據(jù)，確定隧道襯施作的時間。一般而言，圍巖與初期支護在開挖進程完成且基本穩(wěn)定后施作二次襯砌，洞口淺埋段及特殊地段應(yīng)及早施作二次襯砌，采用拱墻一次成型工藝?；炷翍?yīng)振搗密實，防止收縮開裂，振搗時，不破壞防水層。二次襯砌拆模時，混凝土強度應(yīng)達到有關(guān)規(guī)范的要求。仰拱宜超前施工，其超前距離宜保持3倍以上的襯砌循環(huán)作業(yè)長度。

4.3 其他的控制措施

①突發(fā)事件控制措施。隧道施工中，應(yīng)堅持“安全第一，預(yù)防為主”的方針。做好隧道開挖安全施工的事前控制，切實履行規(guī)章制度，建立健全安全生產(chǎn)責(zé)任制度，專職專責(zé)，同時，做好安全技術(shù)交底工作；事中控制，對于突發(fā)事件應(yīng)妥善處理，并有序的開展工作；事后控制，做好總結(jié)等。

最為重要的是進行事前控制，對于有潛在事故的施工，應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)，有正常的工序管理。同時，必備的逃生器材，例如，在在洞內(nèi)掌子面100m以內(nèi)配置照明器具、救生衣、醫(yī)療箱、飲用水及食物等；在隧道開挖過程中，設(shè)置不小于內(nèi)徑為0.8m的逃生通道。

②環(huán)境保護措施。隧道開挖施工時，應(yīng)堅持“少破壞，就是最大的保護；最小的擾動，須盡最大的可能恢復(fù)”的原則。施工場地應(yīng)盡量少占用耕地、林地，洞口邊坡做好防護；隧道廢水、棄渣應(yīng)當(dāng)集中處理；同時，做好環(huán)境評估，綠環(huán)工程等。

5 結(jié)論與認(rèn)識

本文通過對勤豐隧道，超大斷面、形狀扁坦、埋深大、工期緊及圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育的特點進行了介紹，就該隧道施工安全控制技術(shù)進行了分析。并通過一些列的施工控制措施，能夠滿足該隧道施工的正常開展。同時，這里就隧道洞身采用的三臺階七步法進行了闡述，以及支護形式進行了研究，能夠為同類型的隧道施工提供指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]王明慧，張忠愛，張橋.渝黔鐵路極高地應(yīng)力隧道施工控制技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報，2015，11：93-97.

[2]肖宗榮.軟弱圍巖隧道變形控制與施工控制[J].施工技術(shù)，2017，44（18）：53-54.

[3]陳秋南，王勤榮，謝小魚，等.扁坦超大斷面小凈距隧道支護結(jié)構(gòu)的力學(xué)性狀[J].公路交通科技，2012，29（9）：89-94.

[4]蘇春生.鄰近敏感建筑城市下穿隧道施工控制技術(shù)[J].公路，2017，5：267-270.

[5]韓驚偉.巖溶地區(qū)隧道襯砌受力及變形特征的有限元分析[J].路基工程，2017，5：129-131.