特長公路隧道建設中單頭快速掘進施工技術

何平

（四川公路橋梁建設集團有限公司，成都 610093）

1 工程概況

某特長公路隧道，左洞長11 489 m，右洞長11 456 m。隧址區(qū)現(xiàn)場地質條件錯綜復雜，含塊狀角礫巖、白云巖，局部夾泥灰?guī)r、頁巖等，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體的完整性不足，偏破碎。地勘結果顯示，隧道埋深超769 m 時存在較大的巖爆概率，如何在安全的前提下實現(xiàn)隧道的高效掘進作業(yè)成為本工程的重難點內容。經(jīng)技術可行性論證后，工程采用新型單頭快速掘進設備，以便高效施工。

2 單頭快速掘進施工技術的原理及應用優(yōu)勢

單頭快速掘進施工以三臂鑿巖臺車為核心裝置，負責測量、鉆眼、裝藥工作，可以減小施工期間對現(xiàn)場圍巖的擾動性；隨后啟用車載式濕噴機械手，以自動化的方式完成相關工作。利用自行式液壓仰拱棧橋可建立穩(wěn)定可靠的小型作業(yè)工作面，施工人員于該處開展仰拱澆筑作業(yè)。

防水板臺車的基本功能是用于防水板的施工，除此之外還可以提供鋼筋網(wǎng)施工平臺，以便在該處高效開展鋼筋網(wǎng)的相關工作，提高防水板的掛設效率，同時減輕員工的勞動強度。施工中，二襯臺車及時跟進，可有效保證施工質量。鑒于隧道施工安全隱患多，工程配備了監(jiān)控管理系統(tǒng)，以便展開對有害氣體的監(jiān)測工作，通過24 h 不間斷監(jiān)測的方式掌握隧道內的空氣質量，若存在異常，則及時采取加強通風等相關措施，從而提高施工的安全性。

特長公路隧道施工過程中，使用單頭快速掘進施工技術具有非常好的施工效果，具有4 個優(yōu)勢：（1）可減小施工隊伍規(guī)模。隧道掌子面施工人數(shù)大大減少，降低了員工的勞動強度。（2）有效優(yōu)化洞內的作業(yè)環(huán)境，粉塵污染、噪聲污染問題得到有效解決，有效提升了施工作業(yè)過程中的安全性，工人患職業(yè)病的概率大幅度減小，施工過程更具人性化。（3）施工質量好。混凝土密實度大幅度提升，為最終的施工質量提供了充足的保障。（4）施工全過程安全可監(jiān)控。單頭快速掘進設備配備了完善的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠24 h 對隧道內情況進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題第一時間尋找解決方案，最大限度地保障施工人員的安全。

3 單頭快速掘進施工技術的應用要點

3.1 超前地質預報

綜合應用隧道地震預測（Tunnel Seismic Prediction，TSP）、超前探測鉆孔、地質雷達等多重技術，準確探明前方地質以及水文的實際條件。基于超前地質預報信息判斷是否有設置探孔的必要，若需設置，則嚴格控制探孔的位置以及具體的數(shù)量。除此之外，超前地質預報還可以揭示掌子面前方的地質條件，指導后續(xù)工作的開展。

3.2 超前支護

3.2.1 長管棚施工工藝

長管棚施工工藝如圖1 所示。

圖1 長管棚施工工藝

3.2.2 施作導向墻

導向墻施工工序：埋設工字鋼鋼架→導向鋼管安裝→支撐體系搭設和內外模安裝→澆筑混凝土→混凝土拆模、養(yǎng)護。導向墻結構如圖2 所示。

圖2 導向墻結構

1）導向墻的關鍵參數(shù)。導向墻施工范圍為開挖輪廓線以外拱部140°范圍，用C20 混凝土施工成型，斷面尺寸為1.0 m×1.0 m，導向墻設在穩(wěn)定可靠的基巖上，向護筒內埋設2 榀I18輕型鋼架，于架體外緣以焊接的方法設置壁厚為5 mm 的φ140 mm 導向鋼管，鋼架各單元均用螺栓連接。翼緣處、接頭焊縫腹板處的焊縫高度分別按12 mm、9 mm 予以控制[1]。

2）在孔口管安裝完成后進行支撐體系搭設和內外模安裝，模板采用鋼模及木模組合，待質檢工程師自檢合格后報監(jiān)理工程師驗收，驗收合格后進行混凝土澆筑。澆筑后按要求進行養(yǎng)護。

3.3 圍巖徑向注漿

正洞施工過程中，遇到初期支護結構大幅度變形、大范圍滲漏水時，采取徑向注漿處理措施。鉆孔時，孔徑按52 mm 予以控制，用風槍鉆開孔，而后用高壓風清孔。鉆孔時加強信息的采集與記錄，例如，孔號、進尺、圍巖裂隙發(fā)育情況、涌水情況，要求單孔出水量穩(wěn)定在0.5 L/s 以內，若超過該值，隨即暫停鉆進，盡快安排注漿，采用此方法封堵涌水。涌水量較大、進漿速度較快時，使用濃漿且其凝膠時間需較短，反之則選擇凝膠時間較長的漿液。

3.4 開挖施工

3.4.1 測量放線

為保證鉆孔的準確性，提前測量放樣，具體測放出開挖輪廓線及周邊眼、掏槽眼和輔助眼的位置，在距開挖面50 m 的位置埋設中線樁，按照100 m 的間距依次設置臨時水準點。測量放樣過程中及時檢查上次爆破斷面的實際情況，動態(tài)調整爆破參數(shù)，保證其具有合理性，進而取得良好的爆破效果（無安全事故、爆破范圍精準）。

3.4.2 鉆孔作業(yè)

鉆工要先熟悉炮眼布置圖，嚴格依據(jù)測量放樣結果鉆孔，保證鉆孔位置、數(shù)量及間距的合理性。根據(jù)施工要求，安排鑿巖機就位，準確調整鉆桿的位置，確保鉆孔位置偏差不超過5 cm，而后由具有資質的司鉆工鉆進成孔。周邊眼鉆孔外插角度控制：應減小外插角的誤差，一般鉆孔孔深＜3 m 時外插角的斜率宜為0.05，鉆孔孔深＞3 m 時，外插角的斜率宜為0.03～0.05。

4 系統(tǒng)支護

4.1 混凝土噴射作業(yè)

基本作業(yè)流程為：開啟速凝劑輔助風→開啟主風閥→開啟速凝劑計量泵、主電機、振動器→加入混凝土→正式噴射。

4.2 錨桿施工

4.2.1 砂漿錨桿

風鉆鉆孔，達到指定深度后用高壓風吹孔，將砂漿灌注至孔內，直至達到孔深的2/3 為止；而后將錨桿打設到位，繼續(xù)用注漿泵補灌；再用適量的砂漿抹平孔口，將托板螺栓安裝到位并有效緊固。

4.2.2 中空錨桿

風鉆鉆孔，達到指定深度后用高壓風吹孔，置入錨桿，配套托板螺栓，拌制滿足質量要求的漿液，用注漿泵向桿體內灌注。

4.2.3 鋼筋網(wǎng)

沿拱墻巖面鋪設鋼筋網(wǎng)，將其固定在錨桿末端，安裝后鋼筋網(wǎng)應具有順直性，若被支護巖面有波動，對應的鋼筋網(wǎng)也需隨之起伏，即兩者在形態(tài)上應具有一致性，與被支護巖面的間隙控制在約3 cm。對于鋼筋網(wǎng)之間及其與錨桿的連接部位，均以點焊的方式處理，保證鋼筋網(wǎng)的穩(wěn)定性。為使鋼筋網(wǎng)有足夠的完整性，搭接至少一個網(wǎng)格，必要時適當增加。

4.3 監(jiān)控量測要求

監(jiān)控量測的覆蓋對象較多，包含凈空、拱頂下沉及地表沉降等。監(jiān)控量測點的布設及數(shù)據(jù)采集要注意兩點：（1）測點布置要有針對性。在洞外地表開裂、洞內圍巖惡化、初支開裂區(qū)域、富水等地段，應特別加密觀測點位。（2）觀測時段要有針對性。應對施工中極易產(chǎn)生變形的工序加密監(jiān)測頻率，例如，在鋼架落底、隧底開挖等時段變形一般急劇增大，要重點監(jiān)測。施工期間，監(jiān)測人員在每次監(jiān)測后應及時進行校對和整理，及時對量測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，預測該斷面可能出現(xiàn)的變形速率和變形加速度，準確判斷圍巖和支護結構的穩(wěn)定性，并根據(jù)規(guī)范防控變形等級標準指導施工。若量測數(shù)據(jù)有突變（例如，明顯超出許可范圍），則隨即暫停施工，經(jīng)過全面調查后，根據(jù)實際情況采取針對性的應對措施。

4.4 注意事項

隧道安全步距必須得到有效控制，其指的是隧道仰拱至掌子面的距離，也可以指隧道二襯至掌子面的距離，具體根據(jù)不同的圍巖等級而定。對于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖，要求仰拱與掌子面的距離≤35 m；Ⅲ級圍巖抑拱與掌子面的距離≤90 m；類似地，根據(jù)圍巖等級的不同，二次襯砌與掌子面的合適距離也存在差異，即Ⅰ、Ⅱ級圍巖≤200 m；Ⅲ級圍巖≤120 m；Ⅳ級圍巖≤90 m；V 級圍巖≥20 m。待圍巖和初期支護變形基本穩(wěn)定后，再組織二次襯砌施工。

嚴格控制二次襯砌的施作時間，通常宜在圍巖和初期支護變形基本完成時施工。遇到圍巖變形量明顯偏大的情況時，若需提前施作二次襯砌，還需對初支以及襯砌采取加強措施。

混凝土灌注施工期間加強振搗，有效減小混凝土內部的空隙，切實提高其密實性。對于混凝土的拆模，主要根據(jù)實際強度而定，禁止在未滿足強度要求時拆模，實際拆模過程中要加強防護，以免損傷混凝土。

養(yǎng)護是提高混凝土成型質量的重要方法，需編制混凝土養(yǎng)護作業(yè)指導書，以此為基準，開展相應的指導工作。混凝土養(yǎng)護過程中注重保濕，根據(jù)混凝土的成型情況以及現(xiàn)場氣溫適當調整灑水的頻率，通常養(yǎng)護時間需達到28 d 及以上。

5 施工效果分析

通過單頭快速掘進施工技術的應用，可以有效改善特長隧道的施工環(huán)境，提高施工質量；掌子面施工、防水板臺車掛設等環(huán)節(jié)的人員投入量較少，同時員工的工作強度降低；現(xiàn)場施工條件好轉，可以較好地緩解噪聲污染、粉塵污染等問題，符合文明施工的理念，為一線施工人員提供了安全和健康的雙重屏障；施工時應用的是高精度、高穩(wěn)定性的車載式濕噴機械手，可以有效保證混凝土噴射的施工效果，而通過二襯臺車的應用，可以提高混凝土的密實度，由于在拱頂處預留了注漿孔，后續(xù)可以實現(xiàn)帶模注漿，從源頭上規(guī)避了拱頂空洞問題；各道工序緊密銜接，機械設備的性能優(yōu)勢突出，可以實現(xiàn)集約化建設的目標，有助于提高項目的經(jīng)濟效益。

6 結語

在特長隧道施工中，單頭快速掘進施工技術具有良好的應用優(yōu)勢，可以有效改善洞內施工環(huán)境，在安全的環(huán)境下高效開展各項施工作業(yè)，由此降低事故的發(fā)生概率，是公路隧道尤其是特長公路隧道掘進中較為關鍵的方法。在后續(xù)的公路工程中，有關技術人員仍需持續(xù)探索，結合實際情況合理優(yōu)化施工技術，進一步提高施工技術的應用水平，為公路隧道工程的高品質發(fā)展提供有力的技術支撐。