永福屯隧道馬頭門施工工藝分析

陳斌

摘要：隧道施工中，若遇到各種設(shè)備房與隧道主洞交差較為復(fù)雜的情況，采用馬頭門施工工藝能較好保障施工過程中的洞體穩(wěn)定安全。文章結(jié)合永福屯隧道工程實例，介紹了馬頭門施工工法及其優(yōu)點，分析了其施工質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：隧道;馬頭門;超前錨桿;施工工藝

0 引言

考慮到消防安全的必要性，公路隧道常常設(shè)有人行及車行橫洞，用以在緊急情況下引導(dǎo)人與車及時疏散所用。橫洞與隧道主體連接處，形狀與馬頭極其相似，故名為馬頭門。馬頭門由于其結(jié)構(gòu)型式特殊，與隧道標(biāo)準(zhǔn)段施工方法有較大差異，在隧道施工中屬于重要的節(jié)點工程。

1 工程概況

永福屯隧道位于廣西壯族自治區(qū)柳州市融安縣泗頂鎮(zhèn)以南山嶺中，其中永福屯隧道進口端右幅樁號K61+192～K63+000，長1808m，左幅樁號ZK61+220～ZK63+015，長1795m。該隧址區(qū)屬構(gòu)造溶蝕峰叢洼地、谷地地貌區(qū)，隧道通過地段地面標(biāo)高在339.00～728.00m之間，相對高差約389.00m，地勢起伏相對較大，山坡坡度較陡，隧道最大埋深約301m，洞軸線進口走向方位角約262°，洞身段走向方位角約289°，出口走向方位角約282°，單幅隧道凈空11.0m×5.0m。隧址區(qū)出口處于一稍緩斜坡上，坡度約15°，坡向約296°，未發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)前兆及會引起失穩(wěn)的環(huán)境因素等。

本工程包含7個人行橫通道和8個車行橫通道，以及地下風(fēng)機房聯(lián)絡(luò)通道、送排風(fēng)通道、運輸通道和逃生通道、降壓變電所通道等，均需要進行洞門破除施工。洞門施工處理不當(dāng)易導(dǎo)致交接面失穩(wěn)，形成坍塌事故，因而如何同時進行如此多的洞門破除施工是本工程的控制性節(jié)點，為確保施工質(zhì)量和安全，本標(biāo)段洞門施工采用馬頭門施工方案。

2 主要施工工藝

（1）對比地勘報告及施工圖，核對隧道所在圍巖類別，并按照施工圖要求打設(shè)超前小導(dǎo)管或超前錨桿。先施工放樣，沿隧道開挖輪廓線位置，準(zhǔn)確標(biāo)出超前小導(dǎo)管或超前錨桿的位置。小導(dǎo)管采用80mm的花管，壁厚4mm，沿掌子面間距40cm進行施打，每根長5m;超前錨桿采用直徑22mm的HRB400鋼筋，沿掌子面間距30cm進行設(shè)置，每根長5m。

①超前小導(dǎo)管施工工藝。

在橫通道工作面開挖前，沿掌子面的輪廓線施工帶孔小導(dǎo)管，目的在于通過小導(dǎo)管上的開孔，利用巖體內(nèi)部壓力注漿使其固結(jié)穩(wěn)定，一般此加固范圍在0.5～1.0m左右。加固完成后方可進行接下來的工序。

a.小導(dǎo)管采用80mm的花管，壁厚4mm，壓入圍巖段的端頭進行焊接封閉，并使其形成尖端狀態(tài)，方便其進入巖體內(nèi)部。

b.注漿采用水泥漿，其水灰比控制在0.8：1～1：1之間。

c.風(fēng)鉆將小導(dǎo)管頂入孔內(nèi)，或預(yù)先采用鉆機成孔，然后置入小導(dǎo)管。檢查導(dǎo)管內(nèi)有無充填物，如有充填物，用風(fēng)管吹出或掏鉤勾出。

d.水泥漿攪拌均勻，注漿終孔壓力控制在1～1.5MPa，導(dǎo)管注漿速度不宜過快，一般控制每根導(dǎo)管總進量應(yīng)在30L/min以內(nèi)。

②超前錨桿施工工藝。

在橫通道工作面開挖前，沿掌子面的輪廓線施工超前錨桿，錨桿本身像釘子一樣，將開挖擾動的松散巖體釘在深處穩(wěn)定堅固的巖體上，使其協(xié)同受力[1]。因此，超前錨桿施工的關(guān)鍵工藝是注漿是否密實，能否將松散巖層與穩(wěn)定巖層較好地結(jié)合起來。

a.根據(jù)施工圖紙，準(zhǔn)確定位出錨桿所在位置，做出標(biāo)記。

b.在鉆孔操作過程中，需要應(yīng)用到手持風(fēng)鉆，通過長短鉆桿的相互配合來順利鉆孔，這一過程中需要控制好鉆頭直徑，令其比錨桿直徑大15mm左右，移動鉆孔臺架至施工面，由專業(yè)施工人員對鉆機進行操作，同時掌鉆，將鉆桿推進。在掌鉆的同時，對準(zhǔn)眼位并控制好鉆孔方向。鉆研深度較大的情況下，可先使用短桿后使用長桿，以加強鉆孔質(zhì)量控制。

c.成孔后，對孔位重新核實，并探查孔深是否符合設(shè)計要求。檢查合格后，對孔內(nèi)進行清理，確?？變?nèi)無雜質(zhì)。采用人工安裝或機械安裝方式，將鋼筋放置入孔中，并及時安裝對中支架及止?jié){塞等附屬物。

d.之后進行注漿施工，根據(jù)設(shè)計要求進行全粘結(jié)錨桿施工，對孔內(nèi)適當(dāng)進行返漿處理。帶錨桿漿液凝固后，根據(jù)設(shè)計要求進行錨桿拉拔力測試，滿足要求后，及時封錨。

（2）根據(jù)開挖施工示意圖進行挖土施工，按分區(qū)工序嚴(yán)格執(zhí)行，并緩慢破除開挖范圍內(nèi)的初期支護噴射混凝土，留存工字鋼架。

（3）為保證馬頭門的拱頂穩(wěn)定，需設(shè)置馬頭門暗梁。根據(jù)本次洞口設(shè)計尺寸采用如下方法：沿馬頭門上方設(shè)置6根22mm的鋼筋內(nèi)外兩側(cè)焊接，鋼筋間距為15cm。梁周主筋需進行箍筋加強，根據(jù)計算，采用8mm的鋼筋彎成矩形，每一箍間距為25mm。鋼筋間均采用焊接處理，焊縫密實飽滿，形成一道高30cm、寬24cm的暗梁，同時安裝22mm藥卷固定錨桿，然后噴射混凝土覆蓋，在馬頭門上方形成一道支撐，防止在切割工字鋼架時造成的隧道正洞拱頂下沉。

（4）切割開挖范圍內(nèi)的工字鋼架，形成側(cè)向開挖通道。應(yīng)注意及時在暗梁下方架設(shè)洞口工字鋼架托梁，托梁與切割后工字鋼連接，并用豎向支撐將拱頂托梁落地，形成較強的剛度用以支承上覆壓力。如圖1所示，架設(shè)工字鋼架托梁及豎向支撐，同時采用錨桿加固。

（5）爆破開挖2m后，施以后續(xù)洞室初期支護，再繼續(xù)洞室開挖。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 噴射混凝土質(zhì)量控制

混凝土噴射施工中，應(yīng)保證作業(yè)的連續(xù)化，并且與強度、厚度及巖面粘結(jié)力方面的設(shè)計要求相符合。開挖后初噴混凝土，復(fù)噴過程中需結(jié)合掌子面地質(zhì)情況和一次爆破藥量，進行分層次、分時段的噴射作業(yè)，保證支護能力良好，并控制好噴層厚度，噴射混凝土終凝后3h內(nèi)不可開展爆破作業(yè)。

（1）噴射作業(yè)時，應(yīng)保證噴頭與受噴面垂直正交，并保持有一定的配設(shè)間距。噴射應(yīng)自下而上進行，切忌斷噴及移動速度較快。當(dāng)巖面超挖形成凹面時，應(yīng)清理干凈并先將凹面噴平[2]。

（2）噴射施工應(yīng)分層進行，務(wù)必確保前一層混凝土終凝完成，再進行下一層混凝土的噴射。若間隔時間較長，再次噴射前應(yīng)采用水槍將表面清理干凈。

3.2 錨桿施工質(zhì)量控制

（1）為確保操作的規(guī)范性，需要進行力學(xué)試驗和工藝試驗，確認(rèn)無誤后方可使用錨桿。

（2）就錨桿的組成情況來看，包括桿體、墊板、螺母等，基于設(shè)計要求來確定錨桿材料品種，并從外觀質(zhì)量、抗拉強度、加工錨桿桿體尺寸這幾方面進行檢驗。具體來說，在外觀質(zhì)量檢驗過程中，要確保桿體直徑保持均勻且一致的狀態(tài)，不可出現(xiàn)銹蝕或者彎折。在抗拉強度方面，需要確保工程情況和設(shè)計要求相符合。對于加工后的錨桿桿體尺寸，需要與設(shè)計要求相符合，車絲部位不可出現(xiàn)偏心的情況。對于焊接件來說，焊縫表面不可出現(xiàn)缺陷，比如裂紋或者焊瘤等。

（3）在初噴混凝土之后方可開展錨桿施工，錨桿墊板基面需保持平整，以便加強施工質(zhì)量控制。

（4）錨桿鉆孔應(yīng)符合下列要求：

①施工前需先根據(jù)施工圖紙準(zhǔn)確定位錨桿位置，孔位允許偏差為±150mm;

②鉆孔施工時，應(yīng)多次復(fù)核其余圍巖面的交角，確保其正交入巖;

③一般而言，鉆孔直徑會比鋼筋直徑大，因而成孔時需確保孔洞足夠進行鋼筋插入施工，且滿足其他配件如對中環(huán)等配套;

④鉆孔入巖深度需滿足設(shè)計要求，并在成孔后及時清理孔底，確保注漿施工時孔底返漿不帶雜質(zhì)。

（5）局部進洞段落根據(jù)地勘報告，圍巖巖層定性為軟巖，錨桿施工時需控制注漿壓力，防止松散巖體因壓力過大形成塊體脫落。必要時可采用較小的壓力進行二次注漿，確保注漿的密實度及粘結(jié)強度。這樣施工后的圍巖強度較高，確保了未來的行車安全[3]。

（6）錨桿施工完成后，需及時封錨。封錨時應(yīng)注意檢查墊板是否按照設(shè)計進行安裝，其對錨桿拉拔力檢測起到重要影響。

3.3 鋼筋網(wǎng)施工質(zhì)量控制

（1）鋼筋網(wǎng)材料采用HPB300鋼筋，直徑8mm，網(wǎng)格間距為200mm×200mm，每兩片網(wǎng)片需搭接1～2個網(wǎng)格，并確保焊接質(zhì)量，使其形成一個整體。

（2）鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)應(yīng)符合下列要求：

①貼近圍巖表面先進行一層混凝土噴射，待其初凝后，再鋪設(shè)鋼筋網(wǎng);

②鋼筋網(wǎng)注意控制大小，確保其能貼合隧道輪廓線，搭接處應(yīng)注意起伏度的控制，并確保與受噴面的間隙≤3cm;

③鋼筋網(wǎng)端頭需與超前錨桿及其他支護鋼材料進行固定連接;

④初始噴射時，需確保噴頭到噴面距離小于常規(guī)噴射距離，增加其擠土效果，確保初始混凝土與鋼筋充分結(jié)合密實，防止脫空;

⑤若噴射壓力較大造成圍巖局部塊體脫落，則需及時清除，并重新噴射混凝土。

3.4 鋼拱架施工質(zhì)量控制

（1）鋼拱架施工前需對施工區(qū)域進行整理，避免殘渣影響施工質(zhì)量。同時檢查圍巖巖面是否有凹坑等，如存在則需先行用混凝土填平。鋼拱架腳部需特殊處理，使其能牢固地固定在圍巖上。

（2）鋼拱架平面應(yīng)嚴(yán)格與隧道中線正交，復(fù)核其傾斜度，確保其≤2°。

（3）鋼拱架施工時，應(yīng)注意使其與圍巖較好地緊貼閉合，復(fù)核滿足要求后，再進行鋼拱架與超前錨桿的焊接施工。每兩榀鋼架之間根據(jù)設(shè)計圖紙，需設(shè)置縱向連接鋼筋，確保其整體剛度。

（4）復(fù)核鋼拱架施工滿足設(shè)計要求后，需第一時間噴射混凝土，確保鋼架全部被混凝土包裹，[JP+1]形成均勻的良好整體。噴射一般從拱腳向上噴射，拱腳處噴射需注意質(zhì)量的控制。鋼拱架保護層厚度按設(shè)計不得<4cm，如不滿足，需剝除部分重新進行噴射[4]。

4 結(jié)語

（1）隧道施工中，若遇到各種設(shè)備房與隧道主洞交叉較為復(fù)雜的情況，優(yōu)先采用馬頭門施工工藝，其能較好保障施工過程中的洞體穩(wěn)定安全。

（2）馬頭門施工時，應(yīng)注意控制工序，務(wù)必在超前錨桿達(dá)到設(shè)計強度后再進行馬頭門暗梁施工，最后進行支承鋼架切割拆除。施工期間應(yīng)注意監(jiān)測拱頂下沉，確保馬頭門施工期間不會引起其他不必要的不穩(wěn)定因素。

（3）馬頭門施工質(zhì)量需嚴(yán)格控制，根據(jù)設(shè)計的支護形式采用不同的方法，噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)等主要控制點需根據(jù)文中所述要求嚴(yán)格控制，且滿足相關(guān)規(guī)范要求。

參考文獻：

[1]蔣青青，黃曉陽，周 愷，等.復(fù)雜條件下地鐵隧道馬頭門施工技術(shù)與監(jiān)測分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010，29（s1）：2858-2865.

[2]王福恩，張付林.地鐵豎井橫通道破馬頭門施工技術(shù)研究[J].安徽建筑，2009，16（3）：54-55.

[3]姚文花.地鐵暗挖隧道馬頭門施工技術(shù)[J].都市快軌交通，2013，26（4）：100-104.

[4]張 東.城市地鐵馬頭門施工風(fēng)險管理研究[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2015.