公路工程雙連拱隧道施工技術(shù)

馮宇

（山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

雙連拱隧道常建設(shè)于橫坡較陡、縱向長度較短等環(huán)境中，其質(zhì)量要求較高，施工期間涉及的細(xì)節(jié)較多。因此，必須遵循因地制宜的原則，結(jié)合實(shí)際環(huán)境制訂施工方案，選擇合適的施工技術(shù)，將其有效落實(shí)到位。

1 工程概況

某高速公路隧道工程，其中雙連拱隧道長約170m，樁號為BJK16+770.000—BJK16+930.000。整個(gè)斷面的面積為251.25m2，每洞開挖寬度為23m。在該雙連拱隧道施工中，綜合應(yīng)用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中導(dǎo)洞法，為保證開挖的安全性和各類結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)臨時(shí)仰拱和豎向支撐。

2 雙連拱隧道的設(shè)計(jì)

2.1 襯砌的設(shè)計(jì)

通過三次襯砌結(jié)構(gòu)的有效設(shè)置，維持大跨淺埋隧道的穩(wěn)定性，以免其發(fā)生變形。具體結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 三次襯砌結(jié)構(gòu)

2.2 中導(dǎo)洞的設(shè)計(jì)

中導(dǎo)洞采取臺(tái)階法開挖，以噴錨的方法起到支護(hù)的作用，在此前提下組織中隔墻的混凝土澆筑作業(yè)。以主線為例，其開挖示意如圖1所示。通過臨時(shí)仰拱與豎向支撐的聯(lián)合應(yīng)用，發(fā)揮出支護(hù)的作用。

圖1 臺(tái)階法施工流程

2.3 橫通道的設(shè)計(jì)

合理設(shè)置橫通道，目的在于適度加大工作面的面積，給施工創(chuàng)設(shè)良好的條件，減輕現(xiàn)場交通運(yùn)輸壓力，提高施工效率。

3 雙連拱隧道的施工準(zhǔn)備工作

以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果為參考，據(jù)此判斷前方的地質(zhì)條件，根據(jù)掌握的現(xiàn)場環(huán)境制訂具有可行性的地層加固方案，必要時(shí)采取帷幕注漿的方法，提升地層加固效果[1]。

沿著前述提及的思路開展設(shè)計(jì)工作，得到科學(xué)可行的設(shè)計(jì)方案。具體而言，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果顯示現(xiàn)場的圍巖條件較差，以Ⅴ級圍巖為主，且局部有裂隙水，受施工的擾動(dòng)作用，部分圍巖偏破碎的區(qū)段容易塌方，因此有必要采取超前支護(hù)和加固措施。爆破施工環(huán)節(jié)，盡可能選擇弱爆破、短進(jìn)尺的方法；開挖結(jié)束后，隨即采取封閉措施，以免開挖面由于長期暴露至環(huán)境中而失穩(wěn)。施工期間加強(qiáng)監(jiān)控量測，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)對圍巖狀態(tài)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等作出準(zhǔn)確的判斷，動(dòng)態(tài)調(diào)控，保證施工安全和施工質(zhì)量。

在本雙連拱隧道的施工中，較為關(guān)鍵的超前支護(hù)方法如下。

（1）洞口長管棚支護(hù)?？傞L42m，布設(shè)在隧道和明洞之間。長管棚的端頭設(shè)置在具有足夠穩(wěn)定性的套拱上。套拱則以C30混凝土為施工材料，以澆筑的方法施工成型。除了設(shè)置長管棚外，還配套適量超前導(dǎo)管，聯(lián)合支護(hù)。

（2）地表注漿支護(hù)。注漿管道選用的是4 道直徑為50mm 的鋼花管，按照1.2m×1.2m 的間距有序布置。在開挖輪廓線以外，注漿管道需達(dá)到起拱線的位置；在開挖輪廓線以內(nèi)，則需達(dá)到拱頂上部0.5m 處。根據(jù)各布設(shè)部位的長度要求，合理加工鋼花管。

（3）地表加固支護(hù)。按1.5m 的間距有序設(shè)置?800mm 隔離樁，通過此類樁體結(jié)構(gòu)的設(shè)置，達(dá)到加固地表的效果。

（4）超前小管棚支護(hù)。根據(jù)4m、10m 兩種長度要求設(shè)置小管棚，首先設(shè)置兩排10m的導(dǎo)管，再向其中布置兩排4m的導(dǎo)管，共同結(jié)合為完整、穩(wěn)定的小管棚。

4 雙連拱隧道施工技術(shù)關(guān)鍵要點(diǎn)

4.1 中導(dǎo)洞施工技術(shù)

4.1.1 中導(dǎo)洞開挖

（1）待各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，組織中導(dǎo)洞的開挖作業(yè)，為保證開挖的安全，提前預(yù)埋超前小導(dǎo)管，發(fā)揮出支護(hù)的作用[2]。

（2）中導(dǎo)洞開挖采取臺(tái)階法，臺(tái)階長度3～5m，施工人員根據(jù)此要求予以有效的控制。以機(jī)械開挖的方法為主，輔以人工作業(yè)，兼顧開挖效率和開挖進(jìn)尺準(zhǔn)確性的雙重要求。局部圍巖強(qiáng)度較大，臺(tái)階法在此環(huán)境中的可行性不足，為此調(diào)整為鉆爆法開挖。

（3）嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，避免超挖回填現(xiàn)象。于中導(dǎo)洞底部預(yù)留高度為1m 的土層，目的在于防止積水的產(chǎn)生，否則將由于積水的作用而導(dǎo)致中導(dǎo)洞底部發(fā)生軟化。

（4）隧道施工的工作量較大，涉及到的工序較多，容易出現(xiàn)工序交叉的情況，因此需加強(qiáng)協(xié)調(diào)，均衡好各道工序的關(guān)系，以便根據(jù)既定計(jì)劃有序推進(jìn)施工進(jìn)程。

（5）施工期間注重信息的采集與記錄，例如地質(zhì)信息、水文信息，給后續(xù)的施工提供富有參考價(jià)值的資料。

4.1.2 中導(dǎo)洞支護(hù)

（1）以預(yù)埋超前小導(dǎo)管的方式實(shí)現(xiàn)對中導(dǎo)洞的有效支護(hù)處理，小導(dǎo)管材料為熱軋無縫鋼管，直徑為50mm、長度為5m、環(huán)向間距為40cm，提前加工成型，在現(xiàn)場高效使用。

（2）實(shí)際施工中，開挖前先將準(zhǔn)備好的小導(dǎo)管預(yù)埋在開挖部位，于管口配套止?jié){塞，灌注施工材料選用1∶1 水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa，隨著漿液的固結(jié)而達(dá)到封閉的狀態(tài)，發(fā)揮出支護(hù)作用。

4.2 中隔墻施工技術(shù)

4.2.1 基底清理

（1）施工時(shí)間安排在中導(dǎo)洞開挖后，施工時(shí)需全面清理基礎(chǔ)底板的浮渣、積水等各類影響施工質(zhì)量的雜物。并且，基礎(chǔ)底板必須具有平整性。

（2）現(xiàn)場勘察結(jié)果顯示，基底圍巖偏破碎，因此在澆筑前先采取錨固技術(shù)加固處理。錨桿是錨固施工中的重要構(gòu)件，為保證加固效果，在使用前對其做性能測試，確認(rèn)無誤后方可投入使用。

4.2.2 中隔墻澆筑

（1）待基礎(chǔ)清理工作完成后，組織混凝土澆筑作業(yè)。以分段的方法有序推進(jìn)，盡可能保證各段長度的均勻性。模板選用的是厚度為6mm 的鋼板，根據(jù)工程施工要求制作成完整的大塊模板，用螺栓連續(xù)固定相鄰兩塊模板。

（2）對于中隔墻拐角部位，于該處設(shè)異形鋼板。

（3）以泵送的方式澆筑混凝土，振搗環(huán)節(jié)，用內(nèi)插式振動(dòng)器加以處理，提高混凝土的密實(shí)度。按照“底座→墻頂→頂蓋”的流程有序澆筑。

4.2.3 中隔墻的防護(hù)措施

側(cè)導(dǎo)坑、主洞開挖伴有擾動(dòng)作用，其會(huì)影響到中隔墻的穩(wěn)定性，因此根據(jù)中隔墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取防護(hù)措施，例如用圓木、人造紙板做有效的支護(hù)處理，確保中隔墻在后續(xù)的施工中無偏移問題。

4.3 側(cè)導(dǎo)洞施工技術(shù)

在確認(rèn)中隔墻施工無誤的前提下，組織側(cè)導(dǎo)洞的開挖作業(yè)，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，盡可能減小開挖對周邊的不良影響，以免出現(xiàn)中隔墻失穩(wěn)、受損的問題。

4.4 主洞施工技術(shù)

4.4.1 主洞開挖

（1）主洞開挖環(huán)節(jié)，先開挖上半截面，再挖核心土，最后完成仰拱的開挖作業(yè)，按照該流程有序進(jìn)行。

（2）隔墻混凝土的實(shí)測強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，先組織上半截面的開挖，此部分以圓弧開挖的方法為宜，適時(shí)采取支護(hù)措施，此后安排核心土的開挖，此部分采取松動(dòng)爆破的方法，施工中嚴(yán)格控制炸藥用量，以免由于爆破過于強(qiáng)烈而對周邊地質(zhì)、結(jié)構(gòu)造成不良影響。

（3）核心土開挖后，開挖仰拱，主洞的施工作業(yè)面標(biāo)高按12m的要求加以控制。

4.4.2 主洞支護(hù)

（1）主洞支護(hù)要求高，采用型鋼拱架支護(hù)的方法，先將其制作成若干個(gè)合適規(guī)格的單元和塊體，以便在現(xiàn)場高效拼接成完整的結(jié)構(gòu)。

（2）支護(hù)施工期間，及時(shí)測量鋼架，將其架立到位。合理的狀態(tài)使鋼架貼合圍巖，兩者間不形成空隙。針對現(xiàn)場地基偏松軟的問題，采取設(shè)置墊板的方法，均勻分散作用力，以免因局部受力異常而下沉。

（3）各單元的連接部位較為薄弱，分別在此類部位增設(shè)鎖腳錨，將設(shè)置好的鋼架穩(wěn)固在墻上，對各錨桿做連接處理，增強(qiáng)穩(wěn)定性。

（4）鋼架間的連接應(yīng)有穩(wěn)定性，為此采用螺紋鋼做焊接處理，發(fā)揮出鋼架整體裝置在支護(hù)方面的作用。針對鋼架與圍巖間存在的空隙，根據(jù)實(shí)際尺寸加入適量的混凝土預(yù)制楔塊，消除兩者間的空隙，使圍巖壓力均勻地向鋼架傳遞，保證鋼架能夠取得較好的支護(hù)效果。

4.5 防排水施工技術(shù)

高坡面的積水順勢流向低坡面并集中在該處，由于積水的持續(xù)存在，對圍巖、隧道結(jié)構(gòu)有侵蝕作用，給隧道工程埋下質(zhì)量隱患和安全隱患。為此，工程建設(shè)排水系統(tǒng)，用排水設(shè)施將雨水高效引流至自然地表徑流，減小對施工的影響[3]。

（1）于初支和二襯間設(shè)防水層，材料選用防水性能較好的PVC 防水板，并輔以適量的PVC 波紋管、半圓管等，構(gòu)成性能可靠的排水系統(tǒng)。

（2）對于初支與防水層之間的邊墻角，在此類區(qū)域設(shè)PVC 波紋管，貫通整個(gè)隧道，將存在于隧道內(nèi)的積水順半圓管流動(dòng)，匯入PVC 管，而后經(jīng)由隧道底部排水管外排至溝渠內(nèi)，形成一條積水排放路徑。

4.6 二次襯砌施工技術(shù)

二次襯砌施工前，先將模板拆除作業(yè)落實(shí)到位，拆模時(shí)間安排在初次澆筑混凝土的實(shí)測強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%時(shí)。拆模期間加強(qiáng)防護(hù)，以免影響混凝土的完整性或誘發(fā)排水系統(tǒng)受損等問題。此外，做好通風(fēng)、照明等各類基礎(chǔ)設(shè)施的準(zhǔn)備工作，為二襯施工創(chuàng)設(shè)良好的條件，進(jìn)而由專員根據(jù)要求將二次襯砌施工成型。

4.7 監(jiān)控量測技術(shù)

施工期間加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)實(shí)測結(jié)果判斷圍巖的特性，確定適用于各段的開挖方法，明確開挖進(jìn)尺、開挖速度等基礎(chǔ)參數(shù)。于初期支護(hù)中設(shè)適量測量點(diǎn)，由專員測量數(shù)據(jù)并做完整的記錄，以實(shí)測結(jié)果為參考，對中、側(cè)導(dǎo)洞的施工做靈活的調(diào)整，提高施工方法與實(shí)際環(huán)境的適應(yīng)性。

5 雙連拱隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)和防范對策

在該雙連拱隧道的施工中潛在諸多安全隱患，常見有地表沉降、周邊建筑開裂、孤石塌方等，一旦出現(xiàn)某些異常狀況，將直接影響施工質(zhì)量，也將威脅到施工安全。因此，需要采取針對性的防范措施。

5.1 地表沉降的防范

根據(jù)3cm/月的要求采取控制措施，具體包括以下方面：

（1）按照“先加固和護(hù)頂，后開挖”的思路組織工作。

（2）根據(jù)實(shí)際開挖情況，適時(shí)采取支護(hù)措施。

（3）加強(qiáng)對開挖循環(huán)進(jìn)尺的有效控制，避免超欠挖。

（4）臺(tái)階的寬度以5～8m 為宜，并適時(shí)對臨時(shí)仰拱做封底處理。

（5）開挖完成后，條件允許時(shí)盡快施工初支結(jié)構(gòu)，二襯施工緊隨其后，加強(qiáng)對各道工序的銜接，保證施工的連續(xù)性。

（6）施工時(shí)，視實(shí)際情況及時(shí)安排補(bǔ)償注漿，以優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力條件，保證結(jié)構(gòu)受力的合理性。

（7）加強(qiáng)防排水，減小積水對現(xiàn)場施工的不良影響。

（8）注重地表沉降監(jiān)測，用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)日常工作。

5.2 隧道周邊建筑開裂與傾斜的防范

（1）隧道開挖期間，可能誘發(fā)地層變形問題，從而破壞周邊建筑物的穩(wěn)定性。為此，以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，合理設(shè)置隔離樁，起到加固地層、減少地基變形量的作用。

（2）隧道周邊建筑開裂是隧道爆破施工中需重點(diǎn)關(guān)注的問題，為此提前做好爆破設(shè)計(jì)工作，形成完善的爆破方案，保證炸藥類型、用藥量等方面的合理性。加強(qiáng)對爆破參數(shù)的監(jiān)測與控制，以對建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)速度為例，要求該值不超過2cm/s。在合理的控制方式下，均衡好雙連拱隧道爆破施工質(zhì)量要求和周邊建筑物穩(wěn)定性要求，在合理的環(huán)境中施工。

5.3 孤石塌方的防范

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料得知，該段隧道的孤石較發(fā)育，容易影響拱頂或邊墻的穩(wěn)定性，導(dǎo)致此類部位發(fā)生不同程度的塌方事故。為此，在開挖前做全面的調(diào)查，掌握孤石的實(shí)際情況，開挖期間加強(qiáng)對進(jìn)尺的控制，以免由于大塊孤石的出現(xiàn)而發(fā)生塌方事故。部分大塊孤石分布在拱頂部位且均在開挖輪廓線以外，針對此類孤石采取有效的超前支護(hù)措施，并合理優(yōu)化開挖方法，最大限度減小開挖對孤石的擾動(dòng)作用，營造安全的施工環(huán)境。

6 結(jié)語

綜上所述，在該雙連拱隧道工程中，根據(jù)現(xiàn)場的圍巖、地下水等方面的實(shí)際條件選擇合適的開挖方法，并對中隔墻做有效的處理，保證施工質(zhì)量，提高施工效率。在施工中，各項(xiàng)工作能夠有條不紊地落實(shí)到位，施工安全得到保證，施工質(zhì)量較佳，效率和效益均較高，達(dá)到預(yù)期要求。由此也說明，該雙連拱隧道采取的施工技術(shù)具有可行性，可供參考。