山區(qū)連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術(shù)應(yīng)用探析

王麒麟，蘇穎 （安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

目前在我國(guó)隧道工程項(xiàng)目中，半明半暗襯砌段是隧道技術(shù)難度最大、受力最復(fù)雜的部位，施工中控制不當(dāng)極易發(fā)生塌方冒頂、山體滑動(dòng)事故。針對(duì)上述情況，研發(fā)出了連拱隧道半明半暗襯砌段施工工法。結(jié)合S11蕪湖至黃山高速公路07標(biāo)工程項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐效果，對(duì)該技術(shù)工藝進(jìn)行分析論述，在類似工程中具有借鑒意義。

1 施工技術(shù)

本工法在隧道工程半明半暗襯砌段施工過(guò)程中，通過(guò)建立新型邊仰坡坡體加固與柔性網(wǎng)主動(dòng)防護(hù)的復(fù)合生態(tài)防護(hù)體系，在開(kāi)挖過(guò)程中保證了邊仰坡的整體穩(wěn)定性和安全性。在具體施工過(guò)程中通過(guò)使用由三腳架、單元組拼桁架、臺(tái)車等組成的洞口套拱體系，利用該體系縱向貫穿連桿和模板底模支撐均可調(diào)節(jié)，具有快速裝拆的優(yōu)點(diǎn)，使得邊墻基礎(chǔ)和拱墻在施工過(guò)程中做到全幅整體一次澆筑成型。

2 工法特點(diǎn)

①建立邊仰坡坡體加固與柔性網(wǎng)主動(dòng)防護(hù)的復(fù)合生態(tài)防護(hù)體系，開(kāi)挖施工過(guò)程中有效保護(hù)了邊仰坡的整體穩(wěn)定性，有利于生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù)。

②建立了由三腳架、單元組拼桁架、臺(tái)車等組成的洞口套拱施工快速裝拆體系，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性高、形變量小、剛度大的特點(diǎn)，增大了有效凈空面積。襯砌結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行過(guò)程中臺(tái)車定位速度快，提高了襯砌混凝土的內(nèi)在和整體外觀質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了施工的安全高效。

③邊墻基礎(chǔ)全幅整體一次澆筑成型、拱墻一次整體澆筑成型，有效提高了邊墻的整體穩(wěn)固性以及抗剪能力，提高外觀質(zhì)量。

3 工藝原理

3.1 連拱隧道半明半暗襯砌段的結(jié)構(gòu)成型新方式

本工法半明半暗連拱隧道，下部為明洞基礎(chǔ)，上部為明洞洞身、洞門及附屬工程、邊坡仰拱加固及排水系統(tǒng)。明洞在擴(kuò)大澆筑基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)落在堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的土地基上，如在混凝土層上，須將土挖至基巖，用鋼筋漿凝土砌片石或素混凝土粘土回填方法找平。在明洞背后邊坡上，開(kāi)鑿成臺(tái)階狀，采用注漿加固與埋入式整體現(xiàn)澆或裝配預(yù)制錨固梁，臺(tái)階種植土護(hù)坡后覆主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)，必要時(shí)采用錨桿防護(hù)。明洞支模襯砌體系采用快速支模裝填自拆方式洞口支模套砌和拱形式支模襯砌體系全部跨斷面一次明洞襯砌。

3.2 邊仰坡復(fù)合生態(tài)防護(hù)體系

建立邊仰坡坡體加固與柔性網(wǎng)主動(dòng)防護(hù)的復(fù)合生態(tài)防護(hù)體系，減少邊仰坡擾動(dòng)，增加邊坡穩(wěn)定和綠化效果。邊仰坡自上而下分臺(tái)階開(kāi)挖，坡體采用錨網(wǎng)噴與主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)復(fù)合防護(hù)形式，巖土體破碎嚴(yán)重區(qū)域先注漿加固，并在錨桿端部設(shè)置埋入式整體現(xiàn)澆或裝配預(yù)制錨固梁，隧道洞口邊仰坡開(kāi)挖線外施作漿砌石或預(yù)制裝配式擋截排一體式邊溝;臺(tái)階種植土護(hù)坡后，加覆主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，并對(duì)邊仰坡采用適宜植被三維網(wǎng)生態(tài)護(hù)坡。

3.3 快速裝拆洞口套拱支模體系

建立了快速裝拆洞口套拱支模體系及施工方法，縱向貫穿連桿互連的整體式工字鋼架，內(nèi)部采用可調(diào)單元式組拼桁架支撐，外側(cè)采用三角支架單元組拼整體定型化支撐。采用模板臺(tái)車作為工作平臺(tái)，上設(shè)標(biāo)高可調(diào)式鋼管腳手支撐體系支撐底模，邊墻基礎(chǔ)全幅整體一次澆筑成型、拱墻一次整體澆筑成型。

圖1 半明半暗連拱隧道結(jié)構(gòu)示意圖

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

見(jiàn)圖2。

圖2 半明半暗連拱隧道施工工藝流程圖

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 中導(dǎo)洞開(kāi)挖、支護(hù)

中導(dǎo)洞開(kāi)挖挖掘面寬6.38m，高6.72m，采用臺(tái)階法挖出，機(jī)械和動(dòng)力爆破設(shè)備結(jié)合作業(yè)，裝載機(jī)和自卸汽車協(xié)同工作，將渣土裝運(yùn)至指定場(chǎng)地。中導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)方式：開(kāi)挖出渣完畢后打設(shè)3m長(zhǎng)φ22早強(qiáng)砂漿錨桿和掛設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)，設(shè)立I18型工字鋼架，Ⅴ級(jí)圍巖噴射22cm厚C25早強(qiáng)混凝土。

4.2.2 中隔墻施工

中隔墻在中導(dǎo)洞貫通后，反向從進(jìn)洞端開(kāi)始澆筑混凝土，現(xiàn)場(chǎng)人工綁扎中導(dǎo)洞隔墻上的鋼筋。模板臺(tái)車襯砌每次施工作業(yè)9m，每?jī)商熳鳛橐粋€(gè)施工周期。中隔墻應(yīng)在墻身使用標(biāo)號(hào)c30防水混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑墻體完成后，在中高層隔墻頂部還應(yīng)回填與澆筑墻體本身同標(biāo)號(hào)防水混凝土，確保頂部回填密實(shí)，中隔墻基礎(chǔ)要落在實(shí)處，并及時(shí)施作臨時(shí)支撐和漿砌片石回填，避免發(fā)生偏壓側(cè)移等現(xiàn)象。在混凝土澆筑前，在拱頂部位預(yù)埋一根φ42×4mm鋼管，進(jìn)行壓漿處理，確保中隔墻頂部密實(shí)。

4.2.3 擴(kuò)大基礎(chǔ)及側(cè)墻施工

①明挖部分采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，C20片石混凝土基礎(chǔ)，基地允許承載力要求[σ]≥300kPa?；仔枰磁_(tái)階開(kāi)挖，臺(tái)階高1.5m、2m，臺(tái)階寬2m，基礎(chǔ)高度為3.5m～9.5m;外側(cè)邊坡坡率1:0.25。

②為減少工序之間影響，擴(kuò)大基礎(chǔ)在中隔墻施工完成后開(kāi)始施工，開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程以上10～20cm，采用人工清槽。質(zhì)檢工作人員對(duì)底層地基片石承載力、平面結(jié)構(gòu)尺寸、位置、高程等自測(cè)質(zhì)檢結(jié)果合格的正常情況下，向工程監(jiān)理部門報(bào)檢，經(jīng)驗(yàn)證回收自檢合格后方可進(jìn)行底層基礎(chǔ)片石模板施工安裝和基礎(chǔ)片石鋼筋混凝土基礎(chǔ)澆筑。基礎(chǔ)模板采用20mm厚竹膠板+100×100mm方木+φ42無(wú)縫鋼管。一次澆筑高度不得超過(guò)3.5m，超過(guò)3.5m的分層澆筑，上下層之間預(yù)留足夠的連接石，采用30cm以上的堅(jiān)硬片石，接觸面并鑿毛。側(cè)墻設(shè)計(jì)為C30防水混凝土，外墻采用鋼模板，與二次襯砌相接的內(nèi)墻面采用柔性的模板，分兩次澆筑，第一次澆筑耳墻以下部分，第二次澆筑耳墻部分。

4.2.4 護(hù)拱、套拱施工

為確保施工安全，半明半暗襯砌段采用蓋挖法施工，在明挖部分先施工護(hù)拱，再進(jìn)行開(kāi)挖施工。

設(shè)計(jì)護(hù)拱為C30混凝土，內(nèi)設(shè)I22b工字鋼，間距60cm，并與初期支護(hù)中的I22b工字鋼閉合成環(huán)。護(hù)拱一端嵌入邊坡中，嵌入深度不小于50cm，一端支撐在中隔墻或側(cè)墻上。工字鋼板的安裝工作完畢后，進(jìn)行了保護(hù)拱底模板鋼的安裝，模板采用竹膠板，用方木支撐在地面上，加固牢固，并預(yù)留足夠下沉量，確保不侵入二襯凈空。護(hù)拱與超前大管棚重疊部分，采用在護(hù)拱中預(yù)埋Φ135×4。5孔口鋼管，做法參照?qǐng)D紙?zhí)坠爸蓄A(yù)埋孔口管做法。

4.2.5 鋼筋籠安裝

導(dǎo)管內(nèi)插加勁鋼筋籠，主筋4根，直徑20mm，固定環(huán)使用φ42mm熱軋無(wú)縫鋼管進(jìn)行制作，每段長(zhǎng)4cm，間距150cm，與各主筋之間焊接;按6m分節(jié)段焊接好后安裝，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊好，接頭錯(cuò)開(kāi)50cm以上。鋼筋籠接長(zhǎng)采用搭接焊，焊接工藝須符合規(guī)范要求。

4.2.6 初期支護(hù)施工

采用臺(tái)階法開(kāi)挖斷面，再使用光面爆破，周邊眼間隔裝藥。當(dāng)洞口防護(hù)施工完成后，即可進(jìn)行暗洞的開(kāi)挖施工。

①每榀處的拱架之間均應(yīng)采用兩根縱向互相連接的鋼筋橫梁進(jìn)行橫向連接，以達(dá)到加強(qiáng)橫梁支護(hù)的拱架整體使用效果。

②鋼架固定位置安裝前在其他的鋼架臨時(shí)安裝固定施工位置上向鋼架施工單元加入臨時(shí)設(shè)定施工位置的兩根鋼筋，以便臨時(shí)固定各自的鋼架施工單元。只要在其鋼架固定位置安裝在圍巖面已鋼架施工完并進(jìn)行鋼架初驗(yàn)并同時(shí)噴涂了鋼筋混凝土后方可施工進(jìn)行。

③鋼桁架橋梁基底拱頂框架拱頂基底安裝時(shí)，必須嚴(yán)格要求保證與隧道縱向高度標(biāo)準(zhǔn)垂直，其上下、左右傾斜方向上的允許高度標(biāo)準(zhǔn)偏差一般控制為5cm，鋼架拱頂橫向橫梁傾斜度標(biāo)準(zhǔn)偏差一般不得大于2°。若施工發(fā)現(xiàn)桁架拱頂基底接腳處與基底高度標(biāo)準(zhǔn)最高高度偏差不足時(shí)，要單獨(dú)重新設(shè)置一個(gè)加固鋼板槽以對(duì)其進(jìn)行高度上的調(diào)整，必要的時(shí)候還需用混凝土加固鋼板槽來(lái)加固桁架拱腳拱頂基底。

④鋼架與圍巖之間存在間隙，應(yīng)當(dāng)使用噴射混凝土將其充填密實(shí)。用混凝土墊塊將空隙處頂緊，鋼架數(shù)量按照每單元為一處計(jì)列，每處采用槽形墊塊一塊，楔形墊塊二塊，施工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況酌情調(diào)整。噴射混凝土?xí)r要由兩側(cè)拱腳向上對(duì)稱噴射，并將鋼架覆蓋，保證鋼架保護(hù)層不小于4cm。

4.2.7 二次襯砌

二次襯砌在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后施工作業(yè)。當(dāng)出現(xiàn)圍巖變形量較大和流變特性明顯的情況時(shí)，要加強(qiáng)初期支護(hù)并盡早施作仰拱和二次襯砌。

鋪底鋼筋混凝土前應(yīng)先行施工澆筑，便于工作臺(tái)車施工就位和及時(shí)展開(kāi)二次施工襯砌，并改善洞內(nèi)施工道路交通情況，營(yíng)造良好洞內(nèi)施工交通環(huán)境。

當(dāng)矮邊墻與二次襯砌同時(shí)澆筑時(shí)，要求二次襯砌臺(tái)車下掛設(shè)可收放的矮邊墻鋼模板。這樣可以提高二次襯砌的整體質(zhì)量。

在開(kāi)挖工作完成后，應(yīng)盡快開(kāi)始施工邊墻基礎(chǔ)和仰拱及隧底填充工作。以達(dá)到支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)盡快閉合的目的，從而構(gòu)建穩(wěn)固的支護(hù)支撐體系，保障各項(xiàng)工程運(yùn)行安全，提高工程質(zhì)量。

邊墻施工采用建筑鋼、木結(jié)構(gòu)組合模板作為基礎(chǔ)模板，仰拱采用仰拱大樣模板，加密測(cè)點(diǎn)，保證仰拱的設(shè)計(jì)拱度準(zhǔn)確無(wú)誤?；炷帘密囘\(yùn)送混凝土至指定地點(diǎn)澆筑，再使用插入式搗固棒進(jìn)行搗固。隧道正洞仰拱及填充砼施作時(shí)，為確保運(yùn)輸暢通，應(yīng)分左右幅錯(cuò)開(kāi)交替進(jìn)行。仰拱填充混凝土施工時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)混凝土表面標(biāo)高，保證路面面層厚度符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 支模體系示意圖

5 效益分析

5.1 技術(shù)效益

本工法對(duì)半明半暗段做整體性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義，該技術(shù)是在拱隧施工傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上開(kāi)創(chuàng)的一種新的技術(shù)工法，豐富了拱隧施工的施工工藝，同時(shí)對(duì)施工的可行性和安全性也給予了有效保障，具有較大的技術(shù)效益。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)在S11蕪湖至黃山高速公路07標(biāo)工程項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用，在拱隧施工中采用本技術(shù)工法與傳統(tǒng)適宜技術(shù)相比綜合節(jié)約造價(jià)9%左右，該施工方式優(yōu)化改良了拱隧施工的傳統(tǒng)工藝，有效拓展了拱隧施工的創(chuàng)新手段，極大保障了施工的可行性和安全性。同時(shí)也節(jié)省了施工過(guò)程中的人力、財(cái)力和物力，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 社會(huì)效益

連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術(shù)、施工工藝、施工控制技術(shù)對(duì)連拱隧道特別是半明半暗段施工技術(shù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義，也將推動(dòng)連拱隧道施工技術(shù)向前發(fā)展。本工法通過(guò)工程的應(yīng)用推廣，證明了該工法能夠保證施工體系的安全性、可靠性，同時(shí)也節(jié)約了大量人力、物力、財(cái)力，提高了隧道工程的質(zhì)量，具有一定的社會(huì)推廣效益。

6 結(jié)語(yǔ)

連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術(shù)的使用，對(duì)半明半暗段做整體性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義，該技術(shù)成功應(yīng)用于S11蕪湖至黃山高速公路07標(biāo)工程項(xiàng)目，經(jīng)研究分析，通過(guò)使用該技術(shù)，項(xiàng)目造價(jià)成本有所降低，給項(xiàng)目帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)連續(xù)澆筑的特點(diǎn)有效加快了工程進(jìn)度，提高了工程質(zhì)量。該技術(shù)的成功應(yīng)用推動(dòng)連拱隧道施工技術(shù)向前發(fā)展，豐富了傳統(tǒng)半明半暗拱隧施工手段，具有極大的現(xiàn)實(shí)推廣意義。