大傾角長(zhǎng)硐室開挖施工關(guān)鍵技術(shù)

劉臻 黎圓圓 張基進(jìn)

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

目前，我國(guó)懸索橋得到了快速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年，世界上已建成跨度超過400m的懸索橋110余座，我國(guó)占比超過一半，建成了以楊泗港長(zhǎng)江大橋和西堠門大橋?yàn)榇淼囊慌罂鐝綉宜鳂?，懸索橋的跨徑不斷向更大方向邁進(jìn)，正在建設(shè)中的張靖皋長(zhǎng)江大橋主跨達(dá)到2300m，在目前的懸索橋中跨度排名第一。這些橋梁的建造實(shí)施，有力地促進(jìn)了我國(guó)懸索橋設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

山區(qū)懸索橋隧道錨能較好地利用山區(qū)地形地質(zhì)條件，隧道錨工程量相對(duì)較少，性價(jià)比較高，對(duì)周邊環(huán)境影響及施工擾動(dòng)小。隨著我國(guó)山區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，采用隧道式錨碇建設(shè)懸索橋的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。

1 工程案例

圖1 大橋整體布置圖

該橋隧道錨錨碇處于沿江河谷地貌，隧道錨開挖深度147.8m，其中錨洞長(zhǎng)32m，前錨室長(zhǎng)60m，錨塞體長(zhǎng)52m，后錨室長(zhǎng)3.8m，進(jìn)洞斜坡為26°，延伸至32m，轉(zhuǎn)斜度為41°。洞底最大單洞截面尺寸為17m×18m，拱頂半徑8.5m，左右洞最小凈距25m左右，隧道錨立面如圖2所示。

圖2 隧道錨立面圖

下伏基巖為泥灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化極破碎，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，力學(xué)強(qiáng)度低，厚度約2m；其下為中風(fēng)化泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，巖體較破碎、較完整。隧道錨最大埋深113m，巖體主要為抗拉和抗剪（抗拔），其主要影響因素為巖體與錨固體之間的黏結(jié)強(qiáng)度和圍巖巖體本身的抗剪強(qiáng)度。隧道錨區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。

2 大傾角長(zhǎng)硐室隧道錨開挖施工要點(diǎn)

隨著懸索橋建設(shè)環(huán)境條件越來越苛刻，大傾角長(zhǎng)硐室隧道錨愈發(fā)常見，如傾角超過40°、長(zhǎng)度超過100m，尤其對(duì)于在城鎮(zhèn)建成區(qū)實(shí)施的懸索橋隧道錨施工，要求越來越高。對(duì)于大傾角長(zhǎng)硐室隧道錨，其洞口一般地形較陡峭，施工條件苛刻，洞口開挖難度大，施工風(fēng)險(xiǎn)較高；在洞身施工中，存在開挖坡度大、出渣慢、出渣量大、開挖截面高度大等難點(diǎn)；在初襯和二襯施工中，存在作業(yè)面狹窄，交叉干擾多、高空作業(yè)量多等難點(diǎn)。

在城鎮(zhèn)建成區(qū)，因洞口段埋深較淺，為確保隧道錨上方建筑物安全，須做好施工安全組織及預(yù)案，保障人員及財(cái)產(chǎn)安全。

應(yīng)加強(qiáng)施工過程中的臨時(shí)排水，防止積水軟化圍巖，造成錨塞體摩阻力下降。在隧洞開挖過程中，可能存在滲水問題，施工單位應(yīng)配置滿足日均最大降雨量?jī)杀赌芰Φ呐潘O(shè)備。

施工全過程實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與反饋，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常應(yīng)及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，以確保硐室開挖的安全。開挖施工中應(yīng)遵循隧道開挖“少擾動(dòng)，快加固，勤量測(cè)，早封閉”的原則。

2.1 洞口工程施工關(guān)鍵技術(shù)

在洞口邊坡開挖之前，于開挖線外2m采用漿砌片石做好洞頂截水溝，截水溝斷面40cmX40cm，壁厚25cm。洞口邊坡開挖的施工程序?yàn)椋憾纯谥苓吳灞怼┕そ亍⑴潘疁稀扔袚跬翂︻A(yù)加固→第二級(jí)邊坡開挖→搭設(shè)腳手架平臺(tái)施工注漿小導(dǎo)管及噴錨→第一級(jí)邊坡開挖→搭設(shè)腳手架平臺(tái)施工注漿小導(dǎo)管及噴錨。

指標(biāo)含義：對(duì)生產(chǎn)、調(diào)度、營(yíng)銷等專業(yè)提出的10（20）千伏電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)是否納入規(guī)劃范疇并已消除，薄弱環(huán)節(jié)包含電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線截面等不符合導(dǎo)則要求的情況。

洞口作業(yè)鋼平臺(tái)鋼管墩采用獨(dú)立基礎(chǔ)，每個(gè)承臺(tái)下設(shè)置5根長(zhǎng)10m的微樁作為承臺(tái)基礎(chǔ)。微樁直徑20cm，采用潛孔鉆鉆孔施工，基礎(chǔ)采用C30混凝土。鋼平臺(tái)鋼管墩采用φ630×10mm鋼管，主橫梁及承重梁采用雙拼I45a工字鋼，分配梁采用I20a工字鋼，布置間距30cm，平臺(tái)面板采用10mm厚鋼板鋪設(shè)。

洞口邊仰坡處理完畢后，在洞口掌子面預(yù)留核心土上施做套拱，套拱混凝土采用C30混凝土。套拱作為管棚的固定端，設(shè)4榀I20工字鋼，縱向間距60cm，管棚采用φ127孔口管，環(huán)向布置37個(gè)。套拱混凝土澆筑時(shí)，自兩側(cè)側(cè)墻左右對(duì)稱澆筑。

2.2 隧道錨洞身開挖施工關(guān)鍵技術(shù)

隧道錨洞身開挖施工按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”[1]的方針進(jìn)行，嚴(yán)格遵守“開挖一段、支護(hù)一段”的原則。

錨洞段和前錨室采用上下臺(tái)階法施工，機(jī)械開挖，裝載機(jī)出渣。臺(tái)階法施工時(shí)臺(tái)階長(zhǎng)度控制在4.8m以內(nèi)，高度根據(jù)洗挖機(jī)在上臺(tái)階機(jī)械開挖所需空間確定，不宜超過5m。上臺(tái)階開挖每循環(huán)進(jìn)尺為1榀鋼架間距（0.6m），下臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺宜不大于2榀鋼架間距（1.2m）[2]。下臺(tái)階開挖前，上臺(tái)階噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上，在下臺(tái)階開挖時(shí)，分左右跳倉(cāng)開挖，開挖過程中及時(shí)開展初期支護(hù)和仰拱施工，以減少施工擾動(dòng)，確保上臺(tái)階、圍巖和支護(hù)變形符合施工要求。下臺(tái)階左、右側(cè)開挖宜前后錯(cuò)開兩榀工字鋼間距，同一榀鋼架兩側(cè)不得同時(shí)懸空[3]，下臺(tái)階施工時(shí)要保證上下臺(tái)階的初支鋼架整體連接平順，位置符合設(shè)計(jì)要求，螺栓連接牢靠。

進(jìn)入錨塞體段后，由于隧道錨斷面較大應(yīng)采用三臺(tái)階法施工，將各臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3.6m以內(nèi)，高度根據(jù)施工時(shí)挖機(jī)開挖所需空間確定，不宜超過6m。V級(jí)圍巖段每循環(huán)進(jìn)尺為1榀拱架（0.6m），Ⅳ級(jí)圍巖段每循環(huán)進(jìn)尺為兩榀拱架（1.2m）。中下臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺，不得大于兩榀鋼架間距。上臺(tái)階鋼架施工時(shí)，采取加固鋼架基礎(chǔ)等有效措施控制下沉和變形。下臺(tái)階左、右側(cè)開挖應(yīng)錯(cuò)開1.2m～2m，底板施工時(shí)應(yīng)緊跟下臺(tái)階，及時(shí)完成隧道錨碇支護(hù)體系閉合。

出渣系統(tǒng)采用大容量料斗輔以變頻卷?yè)P(yáng)機(jī)，出渣高效，可有效保證或縮短隧道錨開挖施工工期，對(duì)大傾角、長(zhǎng)度長(zhǎng)、開挖方量大的隧道錨施工具有良好的適用性。通過傳感器智能控制斗車減速停車，采用可視化監(jiān)視設(shè)備等輔助安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，保證卷?yè)P(yáng)機(jī)平速運(yùn)行，降低了人為操作的失誤隱患，有效保證了卷?yè)P(yáng)機(jī)在運(yùn)行過程中的安全。

圖3 智能化快速出渣系統(tǒng)

2.3 初期支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉”的原則，隧洞開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)。

初噴C30混凝土找平后，立即鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片和鋼拱架進(jìn)行快速安裝，及時(shí)跟進(jìn)中空錨桿（或藥卷錨桿）施工，再?gòu)?fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。每層噴射混凝土厚度≥5cm，逐層噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。待噴射混凝土具有一定強(qiáng)度（≥70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度）時(shí)方可進(jìn)行下個(gè)循環(huán)開挖作業(yè)。

隧道錨洞身初期支護(hù)采用I20a型鋼拱架，每榀間距60cm，鎖腳錨桿每處設(shè)兩根4m長(zhǎng)φ25錨桿，鋼筋網(wǎng)片為φ8mm@15×15cm，初支混凝土為29cm厚的C30噴射混凝土。隧道錨前32m錨洞段系統(tǒng)錨桿采用φ22藥卷錨桿，長(zhǎng)度按3.5m、7m梅花形布置，環(huán)向間距1m，32m～147.8m為前錨室、錨塞體段、后錨室系統(tǒng)錨桿采用長(zhǎng)3.5m、直徑22mm的藥卷錨桿+長(zhǎng)7m、直徑42mm的注漿鋼花管，按梅花形布置，環(huán)向間距1m。鋼筋網(wǎng)片采用Ⅰ級(jí)φ8鋼筋焊制。

2.3.1 鋼拱架施工

鋼拱架設(shè)計(jì)為I20a型鋼，鋼拱架根據(jù)隧洞輪廓和開挖臺(tái)階及分段形式在洞外分段加工，錨洞段分為5段，前錨室、錨塞體、后錨室均分為7段，各段構(gòu)件在洞內(nèi)安裝時(shí)采用法蘭螺栓連接[4]，鋼拱架榀與榀之間用直徑20mm鋼筋焊接。工字鋼支架間距為60cm。施工時(shí)，及時(shí)設(shè)置拱架，控制工字鋼的垂直度和穩(wěn)定性，加強(qiáng)底板穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與防護(hù)，改善圍巖引起的不平衡力對(duì)拱架及立桿的影響。

2.3.2 噴射混凝土

初期支護(hù)采用濕噴噴射混凝土，混凝土由拌和站根據(jù)設(shè)計(jì)配合比拌制，通過混凝土罐車運(yùn)至洞外，再通過濕噴機(jī)開展作業(yè)。洞身每循環(huán)開挖后（如一榀鋼架間距），先初噴混凝土封閉巖面，再安裝鋼架、鋼筋網(wǎng)、后施工錨桿，最后清理初噴巖面后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。噴射混凝土的其他要求應(yīng)符合施工技術(shù)規(guī)范和施工作業(yè)指導(dǎo)書的要求，以確保噴射混凝土的施工質(zhì)量。

2.4 隧道錨二襯施工關(guān)鍵技術(shù)

二次襯砌必須在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下實(shí)施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整。二次襯砌施工時(shí)間應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的變形速度；拱頂豎向變形、底板垂直位移速度明顯下降，并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合以往隧道錨施工經(jīng)驗(yàn)，洞口段的二襯采用襯砌臺(tái)車施工，錨室的二襯施工采用腳手架施工。

嚴(yán)格控制二襯鋼筋安裝質(zhì)量，加強(qiáng)兩層主筋層間連接構(gòu)造鋼筋的施工，準(zhǔn)確定位二襯兩層鋼筋的間距。

隧道錨二襯是厚度較高的結(jié)構(gòu)，施工荷載大，要求精度高，其加工質(zhì)量和安裝精度必須嚴(yán)格控制。由于截面處于變截面，二襯模板支架采用普通腳手架鋼管搭設(shè)，橫向間距為70cm，縱向間距和步距均為60cm，下設(shè)20cm掃地桿。

模板安裝符合要求，混凝土澆筑前，必須將矮邊墻鑿毛；拌制混凝土?xí)r，水泥、集料、水及外加劑的質(zhì)量偏差應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定的要求?；炷翝仓r(shí)，應(yīng)保護(hù)好防水板，混凝土澆筑垂距應(yīng)符合要求；同時(shí)，混凝土澆筑應(yīng)注意支架和模板的受力，保證其變形均衡，從兩側(cè)拱腳同步向拱頂澆筑，兩側(cè)拱腳拱腰澆筑面高差不宜超過50cm，控制混凝土澆筑速度，并有效控制混凝土工作性能、振搗方法、布料措施，以減少混凝土表面氣泡，提高襯砌混凝土表面質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著山區(qū)懸索橋跨徑的不斷增大，選線條件日益苛刻，大傾角長(zhǎng)硐室隧道錨越來越常見，對(duì)施工技術(shù)與管理提出了新的要求。本文提出了合理的施工技術(shù)，可以克服大傾角長(zhǎng)硐室隧道錨施工中的諸多難題，并通過工程應(yīng)用實(shí)踐，驗(yàn)證了施工的安全性、工期和質(zhì)量，可為類似工程提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。