瓦斯隧道溶洞施工技術(shù)研究

劉曉龍，吳 飛

（中建四局貴州投資建設(shè)有限公司，貴州貴陽 550081）

1 工程概況

秀山（黔渝界）至印江高速公路PPP 項目第五分部，起訖里程樁號K43+641-K53+122.307，路線全長9.481km，設(shè)計速度80km/h，路基標(biāo)準(zhǔn)寬度24.5m。項目位于印江縣境內(nèi)，起點位于打鐵坳村張家寨隧道入口，經(jīng)川巖村、付家寨、塘池村，終點接杭瑞高速公路。張家寨隧道為本隧道控制性工程，按高速公路雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，為小凈距+分離式隧道，設(shè)計速度80km/h；建筑界限凈寬10.25m、凈高5.0m；設(shè)計荷載為公路Ⅰ級，為高瓦斯特長隧道。左幅隧道起訖樁號ZK43+694.3-ZK47+582，長度為3887.7m，右幅隧道起訖樁號K43+698-K47+598，長度為3900m，隧道最大埋深約552.5m。隧道共設(shè)置人行橫通道10 個，車行橫通道4 個。隧道為上坡隧道，左幅縱坡為-2%、-2.95%；右幅縱坡為-2%、-2.95%。隧道防水等級為二級，二襯混凝土抗?jié)B等級P8，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100 年，其他結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限30 年。

2 K45+040 拱橋施工方法

2.1 垂直開挖基坑防護

基坑開挖前，在主洞邊墻I20b 型鋼拱架底部，每榀工字鋼設(shè)置2 根φ42*4mm 無縫鋼管作為鎖腳小導(dǎo)管，L=6.0m，縱向間距50cm，注漿采用1:1 水泥漿。

K45+027-K45+046 段為垂直開挖段，由于溶洞處需要垂直開挖拱座暗挖施工工作面，施工時必須避免對初期支護、底部圍巖產(chǎn)生過大擾動，為了防止基坑垂直開挖過程中發(fā)生坍塌，向下開挖時采用挖掘機放坡分層開挖，坡比1:0.5，同時對坡面采用10cm C25 噴射混凝土臨時防護，保證在支護垂直開挖基坑側(cè)面初期支護前有穩(wěn)定的支撐面。首先開挖Ⅰ部位，縱向開挖長度按照3m 控制，開挖完成后，工人采用風(fēng)鎬再向縱向開挖Ⅱ部位，每循環(huán)開挖50cm，嚴(yán)禁超挖欠挖，隨后安裝一榀工字鋼，施工系統(tǒng)錨桿，并且噴射20cm 厚C25 噴射混凝土進行支護，然后進入下一道循環(huán)。

垂直開挖過程中，兩側(cè)型鋼拱架頂部必須與已施工拱架接觸良好，同時型鋼拱架底部必須支墊在巖石接觸面上，嚴(yán)禁懸空，拱架長度按照支護長度加工制作安裝，焊縫飽滿，螺栓連接面無間隙。

圖1 開挖大樣圖

2.2 拱座暗挖段施工工藝

（1）拱橋及拱座施工時，先采用垂直開挖基坑，同時做好支護，為拱橋拱座暗挖段施工洞室提供工作面。①暗挖段采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工，施工過程中先開挖左側(cè)Ⅰ，施工初期支護；②開挖右側(cè)Ⅱ，施工初期支護；③開挖斷面Ⅲ，施工初期支護，最后開挖核心土Ⅳ；開挖過程中，每循環(huán)開挖長度一般控制在0.5～0.8m，嚴(yán)禁單次開挖長度超過1.0m，施工過程中需加強監(jiān)控量測，當(dāng)實際情況與設(shè)計不符時應(yīng)及時調(diào)整支護參數(shù)，加強支護。

K45+024-K45+027 段和K45+050-K45+056 段為隧道底部拱橋拱座施作洞室段，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法進行作業(yè)，逐榀開挖、逐榀支護，開挖后及時施工相應(yīng)的初期支護，同時臨時豎向支撐Ⅰ20b 工字鋼入巖深度不小于50cm（人工開鑿，避免擾動基礎(chǔ)圍巖）。

（2）施工期間，加強洞室監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報，工字鋼拱架以現(xiàn)場實際工程量為準(zhǔn)，施工期間相關(guān)單位現(xiàn)場確認(rèn)。

（3）超前支護。

拱座開挖前拱部施作超前支護，采用φ42mm，壁厚4mm 的熱軋無縫鋼管加工制成的超前小導(dǎo)管進行超前支護，長度為4.0m，環(huán)向間距40cm，縱向排距120cm。鋼管前端加工成雛形，尾部焊接A6 鋼筋加勁箍，管壁四周鉆A6mm 注漿孔，鋼管以10°～15°外插角打入圍巖。

圖2 開挖工藝流程

（4）注漿。

超前小導(dǎo)管尾端固定在鋼拱架上，保證注漿質(zhì)量。注漿采用水泥漿液通過注漿機注漿，可參入水玻璃調(diào)節(jié)凝結(jié)時間。注漿系數(shù)：水泥漿水灰比1:1，注漿壓力為0.5～1.0MPa，水泥標(biāo)號采用P.O 42.5。

（5）初期支護。

初期支護采用26cm 厚的C25 氣密性噴射混凝土。采用濕噴工藝進行施工，出碴及清理巖面后后立即初噴，然后進行鋼支撐、錨桿和鋼筋網(wǎng)支護，最后復(fù)噴至設(shè)計厚度。

鋼筋網(wǎng)采用φ6.5 鋼筋制作，鋼筋網(wǎng)襯砌網(wǎng)格之間的間距為20cm×20cm。

圖3 拱座暗挖支護

（6）加強臨時支撐：由于拱座洞室上方已經(jīng)施工主洞初期支護、二次襯砌、仰拱，拱座暗挖段施工期間避免發(fā)生異常變形，安裝臨時支撐前，必須對開挖的松石進行清理，臨時支撐必須安裝在堅實的基礎(chǔ)上面，確保臨時支撐及初期支護的穩(wěn)定性，確保拱座施工及主洞安全。

圖4 臨時支撐大樣

（7）為了確保施工安全及主洞安全，除妨礙拱座施工需要拆除外，臨時支撐不拆除。

2.3 拱座施工要求

拱座基坑開挖到設(shè)計標(biāo)高及設(shè)計尺寸后，組織監(jiān)理工程師進行驗收，驗收合格進入下一道工序施工。本工程拱座除靠近溶洞側(cè)設(shè)置側(cè)模外，其余三側(cè)面均采用原槽澆筑。

混凝土澆筑過程中嚴(yán)格控制混凝土出廠溫度。

側(cè)墻混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時覆蓋土工布或麻袋養(yǎng)護，24h后開始灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于14d。

2.4 主拱圈施工方法

拱圈采用實腹式等截面懸鏈線無鉸拱?？鐝?4m，矢跨比1/6，拱圈厚度150cm。拱座拱圈均采用C40 混凝土澆筑；拱上填料：拱上填料采用C30 混凝土。

根據(jù)設(shè)計圖紙要求，采用支架法施工拱圈，由于該段位于溶洞上方，無法搭設(shè)落地式腳手架，項目部采用工字鋼拱架施工拱圈，機械配合人工吊裝。

縱向主工字鋼采用Ⅰ20b 工字鋼，橫向搭設(shè)間距0.3m，按照拱圈參數(shù)加工弧度，由于拱架工字鋼拱架采用拼接搭設(shè)，拱架長度23.84m，采用三段拼接而成，各拱架單元底部焊接在14cm 的鋼板上，現(xiàn)場安裝采用φ25mm 高強度螺栓連接。拱架在拱座處與預(yù)埋鋼板連接，安裝位置必須準(zhǔn)確。橫向采用Ⅰ16b 工字鋼與Ⅰ20b 工字鋼連接，焊接必須飽滿牢固，2m 設(shè)置一道，橫向連接工字鋼不少于10 道，確保工字鋼在整體受力，工字鋼搭設(shè)必須有專人指揮。

型鋼拱架連接時須連接牢固，連接鋼板之間不得留空隙，支架拱腳必須放在牢固的預(yù)埋鋼板上，并且安裝水平整齊。

拱座施工時，在拱圈拱腳下方預(yù)埋一塊20mm 厚鋼板及φ25高強度螺栓，并且對預(yù)埋鋼板處設(shè)置加強鋼筋，支架搭設(shè)時與Ⅰ20b 工字鋼底部連接鋼板連接。在工字鋼拱架上部鋪設(shè)10cm×10cm 方木，間距20cm，主拱圈底模、側(cè)模采用15mm，122cm×244cm 竹膠板加工而成。

2.5 預(yù)壓與監(jiān)測

2.5.1 支架搭設(shè)

（1）支架基礎(chǔ)預(yù)壓荷載不應(yīng)小于支架基礎(chǔ)承受的混凝土結(jié)構(gòu)恒載與支架、模板重量之和的1.2 倍。按預(yù)壓荷載的60%、80%、100%、120%依次進行。

單個拱圈荷載為513.6×26=13353.6kN，拱圈受力面積為12.65m2×28.65m2=362.4m2，模板忽略不計，工字鋼荷載為516.6kN，預(yù)壓荷載為16644.2kN，施工現(xiàn)場預(yù)壓荷載按60%、80%、100%、120%加載依次進行。

（2）由于隧道內(nèi)場地受限，支架預(yù)壓范圍不應(yīng)小于施工的混凝土結(jié)構(gòu)物實際投影面寬度。

2.5.2 加載與卸載

（1）預(yù)壓荷載應(yīng)按預(yù)壓單元沿混凝土結(jié)構(gòu)縱橫向?qū)ΨQ進行加載，加載宜采用多次加載，加載過程由拱腳對稱向拱頂進行。

（2）卸載過程可一次性卸載，從拱頂開始向兩側(cè)開始，并宜沿混凝土結(jié)構(gòu)縱橫向?qū)ΨQ進行。

2.5.3 監(jiān)控監(jiān)測

（1）基礎(chǔ)預(yù)壓的監(jiān)測應(yīng)包括下列內(nèi)容：

①加載之前監(jiān)測點標(biāo)高；

②每次加載后監(jiān)測點標(biāo)高；

③加載至120%后每間隔24h 監(jiān)測點標(biāo)高；

④卸載6h 后監(jiān)測點標(biāo)高。

（2）沿混凝土結(jié)構(gòu)縱橫向設(shè)置監(jiān)測斷面；每個監(jiān)測斷面上的監(jiān)測點不宜少于5 個，并應(yīng)對稱布置。對于支架基礎(chǔ)沉降監(jiān)測，在支架基礎(chǔ)條件變化處應(yīng)增加監(jiān)測點。

（3）支架沉降監(jiān)測點應(yīng)在支架頂部和底部對應(yīng)位置上分別 L/8、L/2、7L/8（L 為跨徑）設(shè)置觀測點，如圖5 所示。

2.6 支架拆除

由于場地限制拱圈施工后，無法對拱圈支架進行拆除，因此本工程拱圈支架不拆除，當(dāng)拱圈混凝土強度達到設(shè)計要求，方可進行下一道工序施工。

拱圈澆筑后待混凝土強度達到設(shè)計強度的100%后，按照設(shè)計圖紙采用C30 混凝土進行回填，回填混凝土施工前先對拱圈混凝土施工界面要鑿毛沖洗、充分潤濕，使新舊混凝土結(jié)合密貼[1]。

圖5 監(jiān)測點布置

側(cè)墻混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時覆蓋土工布或麻袋養(yǎng)護，24h后開始灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于14d。

回填混凝土頂面高程要嚴(yán)格控制，以免影響隧道二襯厚度，仰拱混凝土強度達到設(shè)計強度100%后方可允許車輛通行。

3 總結(jié)

本文詳細(xì)研究溶洞施工技術(shù)的處理措施，同時對注意事項也進行說明，進一步得出該施工方法是可行和科學(xué)的，可以為類似工程提供參考依據(jù)。