鐵路隧道工程中的洞口段施工工藝分析

摘要：鐵路隧道洞口段圍巖偏破碎，局部夾雜土層，缺乏完整性和穩(wěn)定性，不利于土體成拱，施工期間的安全隱患較多，以何種方法安全完成洞口段的施工至關(guān)重要。以某鐵路隧道工程為例，重點(diǎn)對(duì)其洞口段施工工藝展開(kāi)分析，提出超前大管棚支護(hù)技術(shù)在其中的應(yīng)用要點(diǎn)。實(shí)踐表明，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的有效應(yīng)用，施工安全性有所提升，可順利推進(jìn)施工進(jìn)程，洞口段施工同時(shí)滿足安全、質(zhì)量、效率多重要求。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道;洞口段;大管棚支護(hù)

1" "工程概況

某鐵路隧道進(jìn)出口里程DK42+120～DK42+510，全長(zhǎng)390m，設(shè)計(jì)速度250km/h。隧道進(jìn)口～DK42+291.86位于直線段，剩余部分位于半徑4000m的左偏曲線上。隧道最大埋深37.5m，進(jìn)口至出口位于30‰的下坡。

2" "測(cè)量放樣

復(fù)測(cè)設(shè)計(jì)中線，布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)聯(lián)系隧道進(jìn)出口，聯(lián)測(cè)閉合進(jìn)出口高程。洞外加密點(diǎn)為一個(gè)整網(wǎng)，測(cè)段間用邊聯(lián)結(jié)的方式構(gòu)成帶狀網(wǎng)，用雙頻GPS接收機(jī)按三等聯(lián)測(cè)加密點(diǎn)。分別為各洞口設(shè)平面控制點(diǎn)，以保持良好的通視關(guān)系，布設(shè)的各控制點(diǎn)必須穩(wěn)定，且便于引測(cè)進(jìn)洞。

3" "隧道洞口段施工工藝分析

洞口段施工內(nèi)容涵蓋邊仰坡的土石方開(kāi)挖、防護(hù)、明洞施工等，為順利施工，需要針對(duì)性地采取施工工藝。洞門(mén)為帽檐斜切開(kāi)孔式緩沖結(jié)構(gòu)洞門(mén)，以明挖法組織洞口段明洞的開(kāi)挖作業(yè)，搭設(shè)Φ108mm大管棚，以起到支護(hù)作用。

3.1" "洞口開(kāi)挖

對(duì)于洞口土石方，按照從外向內(nèi)、自上而下的順序開(kāi)挖，逐層、逐段推進(jìn)。期間加強(qiáng)對(duì)邊仰坡開(kāi)挖高度和坡度的檢測(cè)與控制，保證各項(xiàng)指標(biāo)的合理性。土方和強(qiáng)風(fēng)化巖的開(kāi)挖作業(yè)以挖掘機(jī)為主，人工輔助清理開(kāi)挖面，提高開(kāi)挖精度。對(duì)于不具備機(jī)械開(kāi)挖的條件局部陡坡段，采取人工開(kāi)挖的方法。

邊仰坡開(kāi)挖后盡快組織防護(hù)作業(yè)，有效防護(hù)圍巖，以免出現(xiàn)雨水滲透、圍巖風(fēng)化問(wèn)題。以噴錨的方式對(duì)邊仰坡加以防護(hù)，打設(shè)錨桿，掛鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土，共同構(gòu)成臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)。噴射層與原坡面平順銜接，以免坡面風(fēng)化。

3.2" "暗洞進(jìn)洞

為給暗洞施工創(chuàng)設(shè)安全的環(huán)境，以錨噴（網(wǎng)）的方式對(duì)洞口襯砌外1～3m的邊仰坡做加固處理。嚴(yán)格控制洞口土石方的開(kāi)挖量，達(dá)到大管棚施工高度時(shí)，將穩(wěn)定性較好的臺(tái)階作為平臺(tái)，于該處施作超前大管棚，組織暗洞洞身的開(kāi)挖作業(yè)。通過(guò)應(yīng)用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，即可安全、順暢地開(kāi)挖暗洞進(jìn)洞部分。

3.3" "超前支護(hù)施工方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料可知，隧道洞口及明暗交界段的地質(zhì)條件欠佳，為此設(shè)Φ108mm超前大管棚，增強(qiáng)支護(hù)效果。洞口段超前長(zhǎng)管棚分節(jié)制作成型，單節(jié)長(zhǎng)度為4m或6m，材料選用的是壁厚6mm的Φ108mm熱軋無(wú)縫鋼花管，外插角1～3°，環(huán)向間距40cm。開(kāi)挖至管棚施工段時(shí)，暫時(shí)保留下臺(tái)階，將該部分作為施工平臺(tái)，于該處組織管棚和混凝土導(dǎo)向墻的施工作業(yè)。根據(jù)施工要求控制預(yù)留下臺(tái)階的尺寸，寬度2.5m，高度2.0m。

導(dǎo)向墻寬度、厚度均按1m設(shè)置，用C20混凝土施工成型。以3榀I18工字鋼為基礎(chǔ)構(gòu)件，共同構(gòu)成完整的鋼拱架，設(shè)置于導(dǎo)向墻內(nèi)，構(gòu)成環(huán)向支撐裝置。鋼架外緣設(shè)壁厚為5mm的Φ140導(dǎo)向鋼管，以焊接的方式實(shí)現(xiàn)與鋼管的穩(wěn)定連接。

管棚材料選用Φ108鋼管，按150mm的間距在管壁上開(kāi)設(shè)孔徑為10～16mm的孔，鋼管尾端150cm內(nèi)不做鉆孔處理（作為止?jié){段）。管棚分節(jié)段制作，單節(jié)長(zhǎng)度4m、6m。奇數(shù)號(hào)選用鉆孔鋼花管，偶數(shù)號(hào)選用不鉆孔鋼花管。

以方木為材料，按“井”字形搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)。根據(jù)鉆孔深度和孔徑要求適配鉆機(jī)，要求鉆機(jī)運(yùn)行性能穩(wěn)定，可在360°范圍內(nèi)鉆孔。鉆機(jī)平穩(wěn)就位后進(jìn)入鉆孔環(huán)節(jié)，孔徑為127mm，平面誤差不得超過(guò)20cm。鉆進(jìn)期間鉆桿維持穩(wěn)定，以免影響成孔效果[1]。

鉆孔后安排檢測(cè)，判斷孔位、孔徑、孔深、垂直度各方面是否滿足要求，在確認(rèn)無(wú)誤的前提下對(duì)鋼管做接長(zhǎng)處理。用鉆機(jī)頂入孔內(nèi)，遇阻礙或是存在其他異常狀況時(shí)，先安排清孔，再繼續(xù)頂入鋼管。為鉆孔編號(hào)，單號(hào)孔頂入有孔鋼管，雙號(hào)孔頂入無(wú)孔鋼管。鋼管接頭錯(cuò)開(kāi)布置，以利于優(yōu)化管棚的受力條件。相鄰鋼管接頭錯(cuò)開(kāi)距離不小于1m，兩節(jié)鋼花管間用Φ114mm絲扣聯(lián)結(jié)，保證穩(wěn)定。

注漿材料為1：1水灰比的水泥漿液，采用全控壓入式的注漿方法，在0.5～2.0MPa的壓力條件下將漿液壓注至長(zhǎng)管棚內(nèi)。注漿前組織試驗(yàn)，確定合適的作業(yè)流程、作業(yè)參數(shù)，為正式施工提供引導(dǎo)。按自下而上的順序注漿，根據(jù)注漿壓力控制結(jié)束作業(yè)的時(shí)間。注漿后及時(shí)清理管內(nèi)殘留的漿液[2]，制備適量M7.5水泥砂漿進(jìn)行填充，以此來(lái)提高管棚的強(qiáng)度和剛度。

3.4" "洞身開(kāi)挖

根據(jù)圍巖特性確定開(kāi)挖方法，其中Ⅳ級(jí)圍巖段用三臺(tái)階法施工，Ⅴ級(jí)圍巖用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工。對(duì)于具體的開(kāi)挖要點(diǎn)做如下分析：

3.4.1" "三臺(tái)階法開(kāi)挖

在三臺(tái)階法開(kāi)挖中，將斷面劃分為上、中、下臺(tái)階三部分，三部分均采用光面爆破的開(kāi)挖方法。對(duì)拱部及邊墻做光面爆破處理后，可在保證開(kāi)挖效果的同時(shí)增強(qiáng)開(kāi)挖輪廓線的圓順性，減小開(kāi)挖作業(yè)對(duì)圍巖的擾動(dòng)作用。配套簡(jiǎn)易工作臺(tái)架，以便高效施工，并用YT28型風(fēng)鉆鉆孔。通過(guò)應(yīng)用PC200型挖掘機(jī)將上、中臺(tái)階產(chǎn)生的石碴轉(zhuǎn)至下臺(tái)階，由裝載機(jī)裝碴，用自卸車(chē)外運(yùn)。

三臺(tái)階施工如圖1所示。其中：I為超前小導(dǎo)管，II為上臺(tái)階初期支護(hù)，III為中臺(tái)階初期支護(hù)，IV為下臺(tái)階初期支護(hù)，V為施作中心深埋水溝并回填，VI為仰拱填充混凝土，VII-拱墻混凝土;1為上臺(tái)階開(kāi)挖，2為中臺(tái)階開(kāi)挖，3為下臺(tái)階開(kāi)挖，4為仰拱開(kāi)挖，5為中心深埋水溝開(kāi)挖。各部分的開(kāi)挖要點(diǎn)如下。

上臺(tái)階：時(shí)間安排在拱部超前支護(hù)設(shè)置到位后，由開(kāi)挖輪廓線環(huán)向開(kāi)挖，每循環(huán)進(jìn)尺不超過(guò)2榀鋼拱架間距?？紤]到開(kāi)挖面的穩(wěn)定性要求，開(kāi)挖后隨即初噴混凝土，予以封閉;搭設(shè)穩(wěn)定可靠的型鋼鋼架，配套鎖腳錨管和系統(tǒng)錨桿，噴射混凝土，使其構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)。

中臺(tái)階：開(kāi)挖進(jìn)尺為每循環(huán)不超過(guò)2榀鋼架間距;開(kāi)挖后隨即以噴射混凝土的方式予以封閉，架設(shè)型鋼鋼架，將鎖腳錨桿和系統(tǒng)錨桿設(shè)置到位，對(duì)該基礎(chǔ)框架?chē)娚浠炷痢?/p>

下臺(tái)階：每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺以及開(kāi)挖后的防護(hù)方法均與上、中臺(tái)階一致，故此處不再贅述。

仰拱：圍巖偏軟弱、破碎時(shí)，為減小開(kāi)挖產(chǎn)生的擾動(dòng)作用，仰拱單獨(dú)開(kāi)挖;圍巖條件較好時(shí)，在協(xié)調(diào)得當(dāng)前提下仰拱與下臺(tái)階同步開(kāi)挖;仰拱開(kāi)挖采用機(jī)械為主、人工為輔的方案，絕大部分用機(jī)械設(shè)備開(kāi)挖，而后安排人工清底;待開(kāi)挖完成后施作仰拱襯砌，安排填充處理。

將各步臺(tái)階的單次開(kāi)挖量控制在2～3m，隧道開(kāi)挖后及時(shí)封閉成環(huán)，縮短開(kāi)挖面的外露時(shí)間。對(duì)于Ⅳ級(jí)圍巖的施工中，封閉位置與掌子面的距離不得超過(guò)35m。

3.4.2" "三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開(kāi)挖

上臺(tái)階以弱爆破或人工風(fēng)鎬的方法開(kāi)挖，中、下臺(tái)階采取控制爆破開(kāi)挖方法或挖掘機(jī)開(kāi)挖。此類方法可在保證開(kāi)挖質(zhì)量的同時(shí)，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，且開(kāi)挖成型的輪廓更加圓順、穩(wěn)定。其中，中下臺(tái)階的左、右邊墻交錯(cuò)施工，各部的間距需控制在2～3m，以減小擾動(dòng)作用。

上臺(tái)階每循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)不超過(guò)1榀鋼架間距，三個(gè)臺(tái)階平行作業(yè)。仰拱部分采取短開(kāi)挖的方法，根據(jù)巖土體特性控制開(kāi)挖量，土質(zhì)圍巖不超過(guò)1.5m，石質(zhì)圍巖不超過(guò)3m，仰拱墻腳、拱腳部位先由機(jī)械設(shè)備開(kāi)挖，即將接近指定位置后預(yù)留60～70cm，轉(zhuǎn)為人工精細(xì)化開(kāi)挖的方法。開(kāi)挖期間加強(qiáng)洞內(nèi)抽排水，減小水文條件帶來(lái)的不良影響，維持邊墻的穩(wěn)定性。

組織1部臺(tái)階的開(kāi)挖，噴射10cm厚混凝土，封閉掌子面。將2部的初期支護(hù)設(shè)置到位，初噴4cm厚混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定架設(shè)鋼架裝置，于指定位置設(shè)鎖腳錨管，增強(qiáng)支護(hù)效果。于導(dǎo)坑底部設(shè)I18臨時(shí)鋼架，復(fù)噴混凝土，直至實(shí)測(cè)厚度達(dá)到要求為止，從而有效支護(hù)。

隨著上臺(tái)階施工進(jìn)程的推進(jìn)，達(dá)到適當(dāng)?shù)木嚯x后安排2部臺(tái)階的開(kāi)挖。先將初期支護(hù)設(shè)置到位，初噴4cm厚混凝土，再將配套的各類裝置設(shè)置好（鋼架、鎖腳錨管），設(shè)I18臨時(shí)仰拱，復(fù)噴混凝土。達(dá)到適當(dāng)?shù)木嚯x后，安排3部臺(tái)階的開(kāi)挖，出于維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的，施作邊墻結(jié)構(gòu)初期支護(hù)。

類似的，待下臺(tái)階開(kāi)挖至適當(dāng)距離后，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異常狀況的前提下組織第4部的開(kāi)挖，依然設(shè)置初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。以分段的方式有序設(shè)置縱梁，每完成一榀鋼拱架的設(shè)置工作后，用縱梁進(jìn)行連接處理。以焊接的方法穩(wěn)定連接縱梁與仰拱環(huán)向鋼架。配套適量鎖腳錨管，將縱梁錨固至圍巖上?？v梁與仰拱環(huán)向鋼架結(jié)合，通過(guò)對(duì)兩者的焊接，構(gòu)成完整且穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)。

3.4.3" "洞口土方施工期間的安全防護(hù)措施

洞口段地質(zhì)條件特殊，開(kāi)挖的擾動(dòng)性較強(qiáng)，施工前設(shè)置防排水設(shè)施，減小水文條件的干擾。施工期間加強(qiáng)對(duì)坡面的觀察，判斷是否有異常狀況。視現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及時(shí)施作洞口邊仰坡防護(hù)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)穩(wěn)定性，營(yíng)造安全的隧道洞口段施工環(huán)境。

按自上而下的順序開(kāi)挖，使開(kāi)挖區(qū)排水系統(tǒng)始終保持通暢狀態(tài)，并高效連通至原有水系，以免產(chǎn)生積水。開(kāi)挖期間遇到巖石破碎土質(zhì)松軟部分，一方面控制開(kāi)挖面的尺寸不宜過(guò)大，另一方面及時(shí)采取防護(hù)措施，縮短暴露時(shí)間。

3.5" "明洞施工

以橫向分層、縱向分段的方式開(kāi)挖，以挖掘機(jī)為主要的開(kāi)挖設(shè)備，局部可聯(lián)合應(yīng)用弱爆破和機(jī)械刷坡的方法。開(kāi)挖產(chǎn)生的石碴及時(shí)用裝載機(jī)裝載，由現(xiàn)場(chǎng)的自卸車(chē)外運(yùn)。開(kāi)挖后及時(shí)處理基底，做承載力檢測(cè)，實(shí)測(cè)結(jié)果滿足要求后，施作仰拱、填充混凝土。

3.6" "仰拱及邊墻基礎(chǔ)的施工

仰拱全幅施工，用挖掘機(jī)高效完成基礎(chǔ)部分的開(kāi)挖作業(yè)。鋼筋安裝前先測(cè)量放樣，將定位鋼筋布置到位，以此為基準(zhǔn)進(jìn)一步安裝其他鋼筋。仰拱及邊墻基礎(chǔ)混凝土澆筑時(shí)，于鋼筋骨架上方固定拼裝式鋼模，以保障仰拱混凝土澆筑順利進(jìn)行和成型結(jié)構(gòu)具有良好的拱形。

3.7" "拱墻混凝土澆筑

以模板臺(tái)車(chē)為工作平臺(tái)，施工人員于該處完成拱墻鋼筋的安裝作業(yè)，使端墻處預(yù)留鋼筋與洞門(mén)端墻鋼筋形成連接關(guān)系。明洞襯砌施工環(huán)節(jié)，組合鋼模作外模，模板臺(tái)車(chē)作內(nèi)模，拱墻襯砌混凝土一次灌注到位。期間用插入式振搗器處理，以減小混凝土內(nèi)部的空隙，提高內(nèi)部密實(shí)性和表面平整性。待洞口襯砌與洞門(mén)整體灌注完成后，在確保無(wú)質(zhì)量問(wèn)題的前提下安排洞頂回填施工。

3.8" "明洞回填

待洞外防水層成型且實(shí)測(cè)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后組織明洞回填。側(cè)墻回填采取兩側(cè)同步推進(jìn)的方法，以增強(qiáng)施工均衡性，并提高施工效率?，F(xiàn)場(chǎng)為土質(zhì)地層時(shí)，將墻背坡面開(kāi)挖成臺(tái)階狀，以分層的方法逐步碼砌片石，對(duì)處理后局部存在得縫隙，用碎石填實(shí)。拱部回填以分層的方法有序進(jìn)行，單層厚度不得超過(guò)0.3m?？刂坪没靥顑蓚?cè)的高度，實(shí)測(cè)高差不得超過(guò)0.5m。頂層回填材料選用黏土，以達(dá)到隔水的效果。

3.9" "洞門(mén)修筑

進(jìn)洞施工無(wú)異常后安排洞門(mén)施工，此部分用混凝土澆筑成型。為給洞門(mén)修筑作業(yè)的開(kāi)展創(chuàng)設(shè)良好的條件，搭設(shè)鋼管腳手架，配套鋼模板，以泵送的方式高效澆筑混凝土。期間安排專員用插入式振搗器處理，提高混凝土的密實(shí)度。洞門(mén)施工成型后，修筑洞頂排水溝，提高排水效率，減小現(xiàn)場(chǎng)水資源對(duì)洞口穩(wěn)定性的不良影響。

4" "結(jié)語(yǔ)

綜上所述，縱觀隧道的各部分施工，洞口段屬于薄弱部位，具有安全隱患多、施工難度大的特點(diǎn)。出于安全施工的目的，本文對(duì)洞口段開(kāi)挖、超前大管棚支護(hù)、洞口段填筑幾個(gè)方面的具體技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)了探討，希望所提內(nèi)容可為類似施工參考。

參考文獻(xiàn)

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