山區(qū)隧道的淺埋段及洞口明洞模筑襯砌施工研究

張憲豪

(中鐵十八局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，天津 300308)

在山區(qū)隧道淺埋段施工中，經(jīng)常會(huì)遇到軟弱圍巖，它大大增加了施工的難度，極易發(fā)生變形、坍塌、冒頂?shù)入U(xiǎn)情。因此，在具體施工過程中，必須結(jié)合工程特性及地質(zhì)勘探報(bào)告，選擇和制定切實(shí)可行的施工方案，通過“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)施工”的原則可大幅度降低施工風(fēng)險(xiǎn)，確保山區(qū)隧道淺埋段施工的安全性和質(zhì)量。洞口明洞模筑襯砌施工是整個(gè)隧道工程施工的重中之重，其施工效果對(duì)隧道工程的質(zhì)量、使用壽命、安全性、穩(wěn)定性等方面兼有非常重要的意義。

1 工程概述

銅萬高速－宜豐聯(lián)絡(luò)線工程位于宜豐縣境內(nèi)，標(biāo)段起點(diǎn)k14+300、終點(diǎn)k16+500，線路全長(zhǎng)2200米，為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)車速為80km/h。路基寬度為分離式路基12.25m。橋梁寬度為分離式12.25m。路面結(jié)構(gòu)類型主線為瀝青混凝土。汽車荷載等級(jí)為公路I級(jí)。設(shè)雙峰隧道一為分離式短隧道，左側(cè)長(zhǎng)度445m，右側(cè)長(zhǎng)度425m。設(shè)雙峰隧道二為分離式特長(zhǎng)隧道，左側(cè)長(zhǎng)度3285m，右側(cè)長(zhǎng)度3265m。本標(biāo)段的雙峰隧道二長(zhǎng)度為1305m。

2 山區(qū)隧道淺埋段施工方案分析

就案例工程而言，水文地質(zhì)比較復(fù)雜，為保證施工的安全性和施工速度，在隧道拱部120°施工范圍中搭設(shè)了Φ108mm，長(zhǎng)度為10m/根的管棚。具體做法為：先預(yù)設(shè)Φ108mm的導(dǎo)向管，接著在開挖施工面上安裝鉆進(jìn)設(shè)備，對(duì)其定位完成之后制作管棚，管棚間距控制在40cm左右，搭接長(zhǎng)度控制在3m以上，每隔7m施工1環(huán)管棚并注漿加固[1]。在整個(gè)淺埋段需要設(shè)置8環(huán)管棚。按照在開挖撐子面前方注漿的施工方法，搭設(shè)1個(gè)注漿固結(jié)保護(hù)圈在初期支護(hù)之外，控制其厚度在0.8m～1.0m之間，結(jié)合超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)完成綜合施工。現(xiàn)場(chǎng)施工方法為臺(tái)階法，核心土依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行合理預(yù)留。洞身開挖時(shí)以人工開挖為主，輔助以破碎錘。在淺埋段洞身開挖完成之后，在施工現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)H175鋼架和網(wǎng)噴支護(hù)，并利用注漿固結(jié)之后的圍巖承載力，促錨噴支護(hù)和圍巖加固共同形成一個(gè)整體的支護(hù)受力體系。并且需每天進(jìn)行3～5次監(jiān)控測(cè)量，詳細(xì)記錄監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來判斷初期支護(hù)的穩(wěn)定性和安全性，并及時(shí)向施工現(xiàn)場(chǎng)反饋，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。

3 洞口明洞模筑襯砌施工

3.1 洞口及明洞施工

在洞口施工中，為保證施工質(zhì)量，本工程選擇了從上到下明挖施工方法，由于工程洞口表層土為風(fēng)化軟巖，采用了機(jī)械開挖法。針對(duì)一些硬質(zhì)巖石，機(jī)械開挖難以完成，采用了爆破開挖法。仰坡處則進(jìn)行二次開挖，以人工配合機(jī)械開挖為主，石方進(jìn)行二次光面爆破，通過此種施工方法，有效保證了洞口仰坡的平順性和穩(wěn)定性，為后期進(jìn)洞施工奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在整個(gè)洞口明挖過程中，工作面控制在2%左右，并在坡腳位置設(shè)置了排水溝，可將工作面上的積水及時(shí)排出，使得整個(gè)開挖過程工作面都比較干燥，大大提升了開挖效果，在進(jìn)行施工之前，為保證施工質(zhì)量，降低安全事故發(fā)生的概率，先檢查邊、仰坡以上的山坡穩(wěn)定情況，并進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)。

在洞口開挖時(shí)采用臺(tái)階法，先進(jìn)行Ⅰ斷面開挖，然后進(jìn)行初期支護(hù)，再進(jìn)行Ⅱ斷面開挖，開挖完成后同樣進(jìn)行支護(hù)處理，待整個(gè)邊坡都趨于穩(wěn)定之后，再進(jìn)行模筑二次襯砌。具體開挖示意圖如圖1所示：

圖1 臺(tái)階法施工示意圖

臺(tái)階法施工較適用于主洞所有的Ⅳ級(jí)圍巖主洞段、Ⅲ級(jí)圍巖主洞段和緊急停車帶段，具體施工順序?yàn)椋篴上臺(tái)階開挖Ⅰ；b上臺(tái)階初期支護(hù)Ⅱ；c下臺(tái)階開挖Ⅲ；d下臺(tái)階初期支護(hù)Ⅳ；e澆筑仰拱Ⅴ；f拱墻二次襯砌澆筑Ⅵ[2]。

下臺(tái)階開挖之前，要等噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%之后再進(jìn)行開挖，如果遇到巖石不穩(wěn)定的問題，可采取縮短進(jìn)尺的施工方法，如果情況必要，需進(jìn)行左右錯(cuò)開施工，施工完成后立即進(jìn)行支護(hù)和仰拱操作。此外，在具體施工中，還要注意施工干擾問題，避免影響施工總體質(zhì)量。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)量測(cè)信息指導(dǎo)隧道施工，若圍巖級(jí)別與設(shè)計(jì)不符，應(yīng)立即調(diào)整施工方案。

3.2 超前支護(hù)施工

案例工程主要采用超前大管棚、注漿用小導(dǎo)管和超前錨桿等超前支護(hù)施工。其中，超前大管棚（φ108mm，壁厚6.0mm）3215m，φ22錨桿73370m，注漿小導(dǎo)管（φ42mm，壁厚4mm）61308m。隧道洞口大管棚支護(hù)時(shí)，采用了Φ108mm熱軋無縫鋼管，并借助型鋼做加固處理，大管棚按照一環(huán)布置，導(dǎo)向墻通過C30防水混凝土施工，為最大限度上保證管棚施工的精度，在鋼架外緣設(shè)置了Φ133×6mm導(dǎo)向鋼管。漿液水灰比為1：1，注漿時(shí)要嚴(yán)格控制注漿壓力，控制在0.5～2.0MPa之間為最佳[3]。為保證注漿的質(zhì)量，需先在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)確認(rèn)注漿用參數(shù)，注漿量的計(jì)算公式如下：

Q=πR2Lη

其中R為漿液擴(kuò)散半徑，取R=0.6L0；L0為注漿鋼花管的間距；L為鋼花管長(zhǎng)；η為圍巖孔隙率。注漿按鋼管施鉆的順序自下而上逐步疊加，壓力由小逐漸加大。

3.3 格柵鋼架制作與安裝

格柵鋼架在施工現(xiàn)場(chǎng)加工制作，按照明挖洞口實(shí)際情況，選擇與之相適的斷面，通過放樣測(cè)量進(jìn)行下料，分節(jié)段焊接。焊接誤差控制在允許范圍中，焊接完成后分類堆放，并做好防銹蝕工作[4]。通過專用的機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，搭設(shè)人工作業(yè)平臺(tái)，要注意安鋼架的垂直度，避免發(fā)生傾斜，將錨桿和縱向鋼筋連接為一個(gè)整體。

3.4 混凝土噴射

噴射混凝土是本工程施工建設(shè)的重中之重，為保證施工質(zhì)量，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷面進(jìn)行開挖和檢驗(yàn)，采用濕噴工藝，濕式噴射混凝土施工工藝如圖2所示：

圖2 濕式噴射混凝土施工工藝圖

選用高質(zhì)量的硅酸鹽水泥，控制細(xì)度模數(shù)低于2.5，砂石粒徑控制在5～12mm之間，選擇化驗(yàn)合格水作為混凝土拌合水，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配比配制混凝土，配制好的混凝土每班至少進(jìn)行2次坍落度檢查，達(dá)到要求時(shí)可繼續(xù)施工，如果超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則要重新配制。在噴射混凝土之前，還要對(duì)隧道斷面形式進(jìn)行系統(tǒng)檢查，對(duì)開裂、破碎的巖石處理干凈，再用高壓水槍清洗巖面[5]。噴射混凝土需要采取分段、分塊施工，本工程施工順序?yàn)橄葔w后拱部，通過從下到上方法進(jìn)行噴射。在整個(gè)噴射過程中，噴嘴需要做螺旋狀反復(fù)運(yùn)動(dòng)，為保證濕噴效果，螺旋的直徑控制在20～30cm之間，以提升混凝土噴射的密實(shí)性，此外，還要嚴(yán)格控制風(fēng)壓、水壓及混凝土噴射間距，以降低噴射過程中形成的回彈量。

3.5 洞身襯砌混凝土

仰拱地段過程中，采用仰拱先行的施工方法，且采用全幅澆筑的方法一次完成澆筑仰拱，嚴(yán)禁半幅施工，以起到早閉合、防塌方的作用。仰拱施工時(shí)，為避免影響車輛通行，采用簡(jiǎn)易平臺(tái)做過渡通道，以確保掌子面施工正常。填充采用4-8米模板，要先預(yù)留中心排水管位置。仰拱棧橋立面示意圖如圖3所示：

圖3 仰拱棧橋立面示意圖

在水溝底部位合理鋪設(shè)鋼軌，控制鋼軌之間的間距在4500mm之間，通過倒鏈將平臺(tái)上后坡道拉起，用裝載機(jī)把仰拱平臺(tái)全部托起，并緩慢托運(yùn)到預(yù)定位置，人工清底。將平臺(tái)下仰拱底部虛碴清理干凈，抽出積水[6]。然后架立仰拱堵頭模板。澆筑仰拱及隧道填充混凝土?xí)r，采用運(yùn)輸車將混凝土運(yùn)送到仰拱平臺(tái)，向中間及兩側(cè)傾倒，或直接用混凝土輸送泵送至仰拱模板內(nèi)。同時(shí)用混凝土振動(dòng)棒將混凝土攤平、振搗。

4 結(jié)語

山區(qū)隧道淺埋段施工難度較大，施工風(fēng)險(xiǎn)也比較大，極易發(fā)生安全事故。任何一個(gè)細(xì)微的環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都可能引發(fā)嚴(yán)重的安全問題和質(zhì)量問題。文章從淺埋段施工方案、洞口及明洞施工、超前支護(hù)施工、格柵鋼架制作與安裝、混凝土噴射、洞身襯砌混凝土施工六個(gè)方面分析了淺埋段洞口明洞模筑襯砌施工要點(diǎn)，通過切實(shí)做好這幾方面的工作，可大幅度提升淺埋段施工的安全性和質(zhì)量，符合目前我國(guó)山區(qū)隧道施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，值得大力推廣應(yīng)用。