石洞隧道洞口工程施工技術(shù)方案分析

趙雪輝

(中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

作為隧道項(xiàng)目施工的重難點(diǎn)部分，隧道洞口施工的重要性不言而喻，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用水平將直接決定隧道的使用壽命與性能。對(duì)隧道施工技術(shù)的使用場(chǎng)景而言，有關(guān)人員既需要考慮地形、選線等條件影響，還要對(duì)隧道洞口施工可能出現(xiàn)的偏壓和淺埋風(fēng)險(xiǎn)加強(qiáng)重視力度，由此降低施工技術(shù)難度，確保項(xiàng)目施工具有安全性。

1 工程概況

本次改擴(kuò)建的高速公路，設(shè)計(jì)車(chē)速是120km/h，擴(kuò)建路基整體寬42m，單幅寬13.25m，公路的起、終點(diǎn)分別位于東莞市懷德村、虎眼山南。其中，石洞一號(hào)隧道在森林公園內(nèi)，凈空約11.75m×5.00m，左線575m長(zhǎng)，右線910m長(zhǎng)，埋深最大能夠達(dá)到144m，是典型的中隧道，洞身圍巖以花崗片麻巖為主。石洞二號(hào)隧道同樣在森林公園內(nèi)，左線550m長(zhǎng)，右線591m長(zhǎng)，埋深最大可達(dá)90m。

2 石洞隧道洞口施工技術(shù)說(shuō)明

洞口施工包括截水天溝施工、邊仰坡防護(hù)施工、套拱施工和明洞施工。施工前，需要先開(kāi)挖截水溝，再澆筑C20混凝土。施工模式為機(jī)械與人工相結(jié)合。為保證洞口施工質(zhì)量、速度達(dá)到理想水平，施工方分別針對(duì)邊仰坡防護(hù)、截水天溝施工等環(huán)節(jié)，制定了切實(shí)可行的施工技術(shù)方案，具體內(nèi)容如下：

2.1 截水天溝施工

2.1.1 施工工藝流程

測(cè)量放樣→開(kāi)挖截水天溝→安裝模板→澆筑混凝土→拆模養(yǎng)護(hù)→嵌縫。

2.1.2 施工操作方法

開(kāi)挖截水天溝時(shí)，要保證截水天溝和邊仰坡開(kāi)挖線之間的距離超過(guò)5m。安裝模板前，先仔細(xì)清理基底的樹(shù)根、虛土和浮渣，并保證模板一次安裝成功。如果現(xiàn)場(chǎng)需要分別澆筑溝壁和溝底，則應(yīng)先澆筑溝底，待混凝土達(dá)到初凝狀態(tài)，再沿溝壁緩慢插入直徑16mm的螺紋鋼，保證其插入混凝土的部分和裸露在外的部分均為15cm。側(cè)模板選用竹膠板，其外側(cè)水平方向安裝有2根相同尺寸的木方，木方通過(guò)鋼釘固定在竹膠板上；垂直方向每隔1m安裝有長(zhǎng)70cm的木方，木方通過(guò)鋼釘固定在檁條上，這樣做可以使竹膠板剛度得到增加，對(duì)提高施工質(zhì)量具有重大意義[1]。此外，還要注意一點(diǎn)，即：模板安裝線應(yīng)做到接縫嚴(yán)密、線形平順，凈空尺寸在60cm×60cm以上，厚度在30cm以上。安裝模板的環(huán)節(jié)結(jié)束后，分別在土石分界處、轉(zhuǎn)角處設(shè)置2cm寬的沉降縫，保證溝底、溝壁沉降縫處于同一垂直面，切記不得使用假縫代替沉降縫。隨后，澆筑C20混凝土，澆筑順序?yàn)橄葴系自贉媳?，保證溝壁所澆筑混凝土的高度差在20cm內(nèi)。C20混凝土的強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa后，便可以著手拆除非承重模板，拆除完畢，盡快在上方灑水并覆蓋土工布，開(kāi)展為期14d的養(yǎng)護(hù)。

2.2 邊仰坡防護(hù)方案

2.2.1 施工工藝流程

邊仰坡防護(hù)施工工藝分為：工料機(jī)準(zhǔn)備→地質(zhì)調(diào)查和測(cè)量放樣→截水天溝施工→洞口邊仰坡分級(jí)開(kāi)挖、分級(jí)支護(hù)。

2.2.2 施工操作方法

(1)洞口明挖。洞口邊仰坡防護(hù)優(yōu)先考慮錨噴防護(hù)，要用直徑22mm的砂漿錨桿、直徑6.5mm的鋼筋網(wǎng)和厚度為10cm的C25噴射混凝土，其中，砂漿錨桿布置成梅花狀，相鄰錨桿距離為1.2m，鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格距離為20cm。

施工流程和技術(shù)要點(diǎn)如下：首先，明挖法開(kāi)挖邊仰坡，第一階段應(yīng)開(kāi)挖到臨時(shí)成洞面，以圍巖情況為依據(jù)，通過(guò)明挖+暗挖的方式，為施工人員預(yù)留進(jìn)入隧道洞口的臺(tái)階[2]。而第二階段的任務(wù)是挖出剩余部分，期間要避免重疊開(kāi)挖、掏底開(kāi)挖，形成符合要求的永久性邊仰坡。其次，測(cè)量孔位并放樣，要求孔位偏差值在-150～+150mm間，孔深偏差值在0～50mm間，鉆頭直徑略大于錨桿直徑，差值以15mm為最佳。再次，清孔完畢，將注漿管緩慢插入錨桿眼，到達(dá)錨桿眼底后，打開(kāi)閥門(mén)并注入M20水泥砂漿。在注漿的同時(shí)勻速提出注漿管。抽出注漿管后，盡快插入錨桿，使用錨固劑填充眼口，解決砂漿流失的問(wèn)題。待安裝砂漿錨桿的工作告一段落，著手安裝鋼筋網(wǎng)，用扎絲固定網(wǎng)片搭接部位，焊接錨桿尾部、鋼筋網(wǎng)片的搭接處，以確保鋼筋網(wǎng)片能夠發(fā)揮應(yīng)有作用。最后，噴射C25混凝土，噴射順序?yàn)橛上轮辽希慷伍L(zhǎng)度不得超過(guò)6m，噴射時(shí)，應(yīng)保證噴嘴和巖面垂直，噴槍頭與噴射面之間的距離在0.6m～1.5m間，噴射風(fēng)壓以0.2～0.7MPa為最佳，可根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整[3]。

(2)洞口蓋挖。通過(guò)洞口蓋挖法對(duì)邊仰坡防護(hù)進(jìn)行施工，應(yīng)注重以下方面：1)出于保護(hù)施工人員安全的考慮，保證邊仰坡每級(jí)開(kāi)挖高度在1.5m左右，最高不得超過(guò)2.0m；2)開(kāi)挖邊仰坡時(shí)，應(yīng)盡量做到零開(kāi)挖，避免邊坡高度超出允許范圍；3)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土和導(dǎo)管的規(guī)格，均要滿足項(xiàng)目要求；4)噴射混凝土前，先將坡面的虛土和浮石清理干凈，再整修坡面，保證坡面平整；5)初噴混凝土之前，應(yīng)仔細(xì)排查坡面是否存在透水點(diǎn)、滲水點(diǎn)。

2.3 套拱施工方案

2.3.1 施工工藝流程

套拱施工的工藝流程如圖1所示。

圖1 套拱施工工藝流程

2.3.2 施工操作方法

套拱施工需分兩步推進(jìn)。第一步，對(duì)上部拱部展開(kāi)施工，施工范圍是180°，高度是5.794m，第二步，對(duì)下部進(jìn)行施工，高度是3.098m。施工技術(shù)方案所提出要求如下：

(1)使用彎拱機(jī)加工鋼架節(jié)段，按照開(kāi)挖方式和設(shè)計(jì)尺寸確定各段長(zhǎng)度，保證長(zhǎng)度在4m內(nèi)。節(jié)段兩端均通過(guò)雙面CO2保護(hù)焊這一方式與鋼板相連，表面不存在焊瘤、裂紋及其他質(zhì)量缺陷。接頭處鋼板由等離子切割機(jī)負(fù)責(zé)切割，孔口處的鋼渣、毛刺，用砂輪機(jī)處理。

(2)本工程的拱腳基礎(chǔ)寬度為1.4m、高度為1.0m、長(zhǎng)度為2.0m，開(kāi)挖到設(shè)計(jì)方案所規(guī)定的高程后，盡快測(cè)試地基承載力，確保拱腳地基的實(shí)際承載力達(dá)到或超過(guò)250KPa。

(3)按照由下至上、由內(nèi)向外的順序安裝拱架。安裝導(dǎo)向管時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)向管與巖面相連。

(4)套拱模板由松木板支撐，鋼拱架負(fù)責(zé)提供下支撐。為確保套拱混凝土具有良好的光潔度，施工方對(duì)松木板的內(nèi)模做出了調(diào)整，通過(guò)增設(shè)白色光面板的方式，使套拱混凝土整體呈現(xiàn)出的效果達(dá)到項(xiàng)目要求。

(5)對(duì)稱(chēng)澆筑套拱混凝土的環(huán)節(jié)結(jié)束后，使用履帶潛孔鉆在管棚表面隔跳鉆孔，以免管棚受到擾動(dòng)，出現(xiàn)塌孔或是其他安全問(wèn)題。

(6)管棚由無(wú)縫管制成。安裝管棚時(shí)，應(yīng)在鉆孔的同時(shí)頂管，避免出現(xiàn)塌孔的情況。管棚管接頭處應(yīng)錯(cuò)開(kāi)1m，用壁厚6mm、直徑114mm的鋼套管連接。管棚鋼管內(nèi)部設(shè)有鋼筋籠，該鋼筋籠由18螺紋鋼、固定環(huán)組成，其中，相鄰固定環(huán)的距離為150cm，整體尺寸是43mm×4mm[4]。

(7)管棚壓漿所使用水泥漿液的水灰比是1∶1，添加水玻璃體積為水泥漿液的5%，壓漿順序?yàn)橛上轮辽希鯄?、終壓分別是1MPa、2MPa。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定穩(wěn)壓時(shí)長(zhǎng)(通常為10～15min間)，穩(wěn)壓結(jié)束，便可以流轉(zhuǎn)至下一環(huán)節(jié)。

2.4 明洞施工方案

2.4.1 施工工藝流程

明洞施工的工藝流程為：工料機(jī)準(zhǔn)備→地質(zhì)調(diào)查和測(cè)量放樣→明洞仰拱開(kāi)挖→低級(jí)承載力檢測(cè)→明洞仰拱、二襯施工→洞門(mén)墻施工→防水層及防水保護(hù)層施工→明洞回填及橫向截水溝施工。

2.4.2 施工操作方法

明洞施工步驟包括仰拱開(kāi)挖—制作并安裝仰拱鋼筋—制作及安裝模板—安裝止水帶—澆筑混凝土。

(1)仰拱開(kāi)挖。仰拱開(kāi)挖需要施工人員在開(kāi)挖的同時(shí)檢測(cè)控制點(diǎn)高度，以免出現(xiàn)超挖的情況。對(duì)于整體較為軟弱的圍巖，應(yīng)先用挖掘機(jī)開(kāi)挖，待開(kāi)挖深度距離設(shè)計(jì)深度20cm時(shí)，再改為人工開(kāi)挖。結(jié)束開(kāi)挖后，檢查地基承載力，一般來(lái)說(shuō)，明洞的地基承載力應(yīng)達(dá)到250KPa。

(2)制作并安裝仰拱鋼筋。明洞仰拱全長(zhǎng)5m，施工方計(jì)劃使用厚度60cm的C40鋼筋砼進(jìn)行施工，其中，仰拱主筋為直徑22mm的螺紋鋼，相鄰螺紋鋼的間距為20cm，上、下層保護(hù)層的厚度分別在6.8cm、5.0cm左右。分布筋沿用螺紋鋼，直徑改為12mm，箍筋所使用圓鋼的直徑為8mm。鋼筋在工廠制作，運(yùn)往洞口附近安裝，安裝時(shí)，要確保焊縫厚度、長(zhǎng)度以及寬度與要求相符，每道鋼筋的距離基本相同，偏差不超過(guò)允許范圍。

(3)制作及安裝模板。模板由組合鋼模拼制而成，其平整度、剛度均有明確規(guī)定。如果模板局部存在拼縫不嚴(yán)的情況，則要盡快用膨脹膠封堵，以免澆筑混凝土?xí)r，模板由于漏漿而形成麻面。

(4)安裝止水帶。施工縫包括環(huán)向、縱向兩種，均要設(shè)置厚度為6mm的膩?zhàn)又顾畮?。伸縮縫、沉降縫則要設(shè)置橡膠止水帶、背貼止水帶(厚度為10mm)。綁扎鋼筋之前，確定背貼止水帶位置并進(jìn)行安裝。本項(xiàng)目規(guī)定止水帶寬度為30cm，施工人員需要根據(jù)襯砌厚度確定預(yù)埋位置，保證止水帶預(yù)埋部分、外露部分均為15cm。對(duì)于中埋止水帶，應(yīng)使用鋼筋卡將其固定在鋼筋表面，并確保相鄰鋼筋卡的距離為50cm。

2.5 洞口水土保持方案

2.5.1 施工要求

關(guān)于洞口水土保持，應(yīng)注意以下4點(diǎn)：1)前期準(zhǔn)備階段，施工方復(fù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地形及地貌，參考各單位代表所提出意見(jiàn)，調(diào)整施工技術(shù)方案；2)堅(jiān)持以零開(kāi)挖理念為導(dǎo)向，減小項(xiàng)目施工給山體帶來(lái)的擾動(dòng)，酌情延長(zhǎng)明洞的長(zhǎng)度，保證坡體的穩(wěn)定性；3)不得隨意砍伐施工現(xiàn)場(chǎng)的植被，開(kāi)挖導(dǎo)洞時(shí)，應(yīng)盡量保護(hù)山體，使洞門(mén)和人文景觀、自然環(huán)境成為一個(gè)整體；4)如果洞口附近的圍巖條件不理想，則要先對(duì)明洞進(jìn)行施工，待明洞施工告一段落，再將重心轉(zhuǎn)向暗洞淺埋段。

2.5.2 技術(shù)要點(diǎn)

(1)開(kāi)挖土石方。開(kāi)挖洞口處的土石方時(shí)，切記不得大面積爆破，以免擾動(dòng)土體或巖體，威脅現(xiàn)場(chǎng)人員安全。正式施工前，清理邊仰坡表面有滑塌風(fēng)險(xiǎn)的灌木、浮石和表土，修整凹坑及凸起。項(xiàng)目施工期間，應(yīng)重視兩方面內(nèi)容：1)邊仰坡需分階段開(kāi)挖，避免出現(xiàn)重疊開(kāi)挖、掏底開(kāi)挖等情況；開(kāi)挖時(shí)，時(shí)刻關(guān)注洞口狀況，保證邊仰坡整體穩(wěn)定；靈活采用不同防護(hù)方案，為邊仰坡提供科學(xué)、有效的防護(hù)。如果洞口坡體存在覆蓋層厚、坡度陡或是穩(wěn)定性不理想的情況，則要改用反壓回填、地表加固方案[5]；2)如果條件允許，可以在結(jié)束開(kāi)挖的第一時(shí)間，沿洞口設(shè)置永久防護(hù)，并保證洞身附近不存在施工專(zhuān)用的水池。

(2)排水施工。關(guān)于排水工程，要做到以下幾點(diǎn)：1)先在邊仰坡附近開(kāi)挖排水/截水溝，再開(kāi)挖洞口的土石方，以免地面受到雨水沖刷，出現(xiàn)塌方或是落石的情況。排水/截水溝進(jìn)水口既可以平行于原地面，也可以略低于地面高度，但要做到緊密銜接，出水口則與排水系統(tǒng)相連；2)除邊仰坡外的其他區(qū)域，若存在坑洼積水的情況，則要嚴(yán)格按照要求處理；3)路塹兩側(cè)所建造邊溝和排水設(shè)施相連接，保證排水過(guò)程暢通；4)對(duì)沖溝處洞門(mén)進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)保證路基邊溝、山溝邊溝和洞頂改溝科學(xué)連接，嚴(yán)格控制后截水溝的質(zhì)量，既要杜絕出現(xiàn)滲透、滲漏等問(wèn)題，還要保證地表水被有效攔截。

(3)臨時(shí)防護(hù)。施工技術(shù)方案中，關(guān)于臨時(shí)防護(hù)的內(nèi)容有：1)開(kāi)挖邊仰坡和洞門(mén)永久防護(hù)兩道工序的間隔時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，考慮到項(xiàng)目所在地區(qū)的雨季較長(zhǎng)，為避免雨水滲透開(kāi)挖面，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性受到影響，需通過(guò)錨噴支護(hù)的方式，為邊仰坡提供及時(shí)且有效的防護(hù)；2)正式施工前，仔細(xì)清理巖面和坡面，確保巖面不存在危巖、浮渣；3)錨桿施工環(huán)節(jié)，先要根據(jù)坡面情況，對(duì)錨桿位置加以確定，鉆孔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制孔徑及孔深，結(jié)束鉆孔后，盡快清除巖粉，為后續(xù)施工做準(zhǔn)備；4)對(duì)于坡面有大量滲漏水、坡體含水量多或是施工現(xiàn)場(chǎng)存在地下水的情況，需酌情開(kāi)設(shè)平孔、泄水孔，保證液態(tài)水能夠快速排出。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程技術(shù)方案的選擇充分考慮了石洞隧道洞口的地質(zhì)條件、徑流情況和工期要求。對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)條件，可以采用預(yù)拼裝技術(shù)，減少對(duì)地質(zhì)環(huán)境的干擾和施工風(fēng)險(xiǎn)。施工期間展開(kāi)了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并制定相應(yīng)的預(yù)案，通過(guò)采取適當(dāng)?shù)氖┕し椒ㄟ€有監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。施工期間。人力、材料和設(shè)備等資源要合理配置，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目施工的總結(jié)，以期為類(lèi)似項(xiàng)目的施工提供借鑒。