大斷面隧道分岔段施工關(guān)鍵技術(shù)分析

收稿日期：2024-03-11

作者簡介：黎萬寶（1991—），男，本科，工程師，從事道路橋梁施工工作。

摘要 文章旨在探討大斷面隧道分岔段施工的關(guān)鍵技術(shù)。隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展，大斷面隧道分岔段的施工已成為現(xiàn)代隧道工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章分析了大斷面隧道分岔段施工中的包括開挖方法、支護(hù)措施、臨時(shí)支護(hù)拆除等施工技術(shù)。通過案例分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，旨在提高大斷面隧道分岔段的施工效率和質(zhì)量，確保工程安全。這些技術(shù)對(duì)于類似工程具有重要的參考價(jià)值，有助于推動(dòng)隧道工程技術(shù)的不斷進(jìn)步。

關(guān)鍵詞 大斷面；隧道工程；分岔段施工

中圖分類號(hào) U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）11-0144-03

0 引言

分岔隧道作為連接主要交通干線和分支線路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其施工技術(shù)的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性日益凸顯。對(duì)大斷面隧道分岔段施工關(guān)鍵技術(shù)的深入分析和研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。該文通過系統(tǒng)分析分岔隧道的施工特點(diǎn)、難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，期望能夠?yàn)轭愃乒こ烫峁┯幸娴膮⒖己徒梃b，推動(dòng)大斷面隧道分岔段施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

1 工程概況

曾家?guī)r北延伸穿越內(nèi)環(huán)新增通道工程項(xiàng)目位于兩江新區(qū)人和組團(tuán)、鴛鴦組團(tuán)范圍內(nèi)，是重慶快速路四縱線、五縱線之間的一條城市主干路。該方案位于火鳳山隧道左線ZK3+095.876～ZK3+322.762及右線YK2+843.886～YK2

+977.708分岔段加寬斷面施工。

2 總體施工情況

左、右線隧道均以直線邊為先行導(dǎo)坑，擴(kuò)挖側(cè)為后行導(dǎo)坑施工。在17.45 m洞寬地段拱墻二襯及時(shí)施作。20 m及25 m洞寬地段，前期僅施工側(cè)壁導(dǎo)坑的上、中臺(tái)階（標(biāo)高按現(xiàn)預(yù)留仰拱面控制），其中左線隧道待施工至該標(biāo)段標(biāo)尾后，再進(jìn)行側(cè)壁導(dǎo)坑下臺(tái)階、中導(dǎo)坑、反向擴(kuò)挖段及二次襯砌作業(yè)，右線隧道待B連接線施工完成及施工至該標(biāo)段標(biāo)尾后，再進(jìn)行側(cè)壁導(dǎo)坑下臺(tái)階、中導(dǎo)坑、反向擴(kuò)挖段及二次襯砌作業(yè)。B連接線隧道通過右線隧道組織施工。如圖1所示為平面示意圖。

主要施工方法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用20 m及25 m洞寬地段；單側(cè)壁法適用17.45 m洞寬地段。ZK3+095.876

～ZK3+183段采用控制爆破作業(yè)，其他地段采用非爆作業(yè)。懸臂式隧道掘進(jìn)機(jī)適用隧道掌子面正常開挖。破碎頭挖掘機(jī)適用漸變反向擴(kuò)挖段、臨時(shí)豎撐短錨桿施工范圍及掘進(jìn)機(jī)受限的角隅區(qū)域。

施工過程中，加強(qiáng)洞內(nèi)和地表的監(jiān)控量測。鋼拱架采用鋼筋棚集中加工，工廠化制作。先行洞二襯端頭應(yīng)超前后行洞先行導(dǎo)坑掌子面≥20 m。各洞施工過程中先行導(dǎo)坑與后行導(dǎo)坑掌子面應(yīng)≥15 m，二襯端頭距掌子面距離Ⅳ級(jí)圍巖≯90 m，Ⅴ圍巖≯70 m。開挖過程中嚴(yán)格控制各循環(huán)進(jìn)尺。

3 開挖工法具體施工步驟

洞寬17.45 m段單側(cè)壁導(dǎo)坑法步序：①先行導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。②先行導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。③后行導(dǎo)坑上臺(tái)階擴(kuò)挖臨時(shí)支護(hù)。④先行導(dǎo)坑上臺(tái)階反挖換拱及支護(hù)，每循環(huán)更換不超過2榀鋼架，實(shí)施前下臺(tái)階先臨時(shí)回填。后行導(dǎo)坑上臺(tái)階反挖換拱及支護(hù)，每循環(huán)更換不超過2榀鋼架。⑤先行導(dǎo)坑下臺(tái)階清除回填，后行導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖初期支護(hù)。⑥臨時(shí)支撐拆除、仰拱及填充。⑦拱墻2次襯砌。詳情如圖2所示。

洞寬20 m段雙側(cè)壁導(dǎo)坑法步序：①先行導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖、初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。②先行導(dǎo)坑中臺(tái)階開挖、初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，并實(shí)施橫撐。③后行導(dǎo)坑上臺(tái)階擴(kuò)挖及臨時(shí)支護(hù)。④后行導(dǎo)坑中臺(tái)階開挖、初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，并實(shí)施橫撐。⑤中導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖及臨時(shí)支護(hù)。⑥后行導(dǎo)坑上臺(tái)階反挖換拱及支護(hù)，每循環(huán)更換不超過2榀鋼架，實(shí)施前中臺(tái)階先臨時(shí)回填及拆橫撐；中導(dǎo)坑反挖換拱及支護(hù)，每循環(huán)更換不超過2榀鋼架；后行導(dǎo)坑中臺(tái)階清除回填、恢復(fù)橫撐后反挖換拱及支護(hù)。⑦先行導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖支護(hù)。⑧后行導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖支護(hù)。⑨中導(dǎo)坑中臺(tái)階開挖及橫撐設(shè)置。⑩中導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖支護(hù)。臨時(shí)支撐拆除、仰拱及填充施工。拱墻2次襯砌。

4 超前支護(hù)施工

（1）超前小導(dǎo)管。導(dǎo)管采用φ42 mm*4小導(dǎo)管由風(fēng)槍鑿孔送入，鉆頭選用φ50 mm型。超前小導(dǎo)管制作圖紙及尺寸參數(shù)詳情如圖3所示。

先用風(fēng)鉆在開挖面做直接錘擊送入小導(dǎo)管試驗(yàn)，如能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行孔位測量放樣并做好標(biāo)記，用風(fēng)鉆直接將小導(dǎo)管從型鋼鋼架上部、中部打入，外露20 cm撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預(yù)支護(hù)體系。

注漿前先沖洗管內(nèi)沉積物，由下至上順序進(jìn)行，隔孔跳注。注漿壓力為0.5 MPa，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）管棚施工。導(dǎo)管制作尺寸參數(shù)詳情如圖4所示。

采用潛孔鉆鉆孔，鉆孔孔徑φ90 mm，并用高壓風(fēng)清理干凈。鉆孔時(shí)，為控制好環(huán)向間距及外插角，需對(duì)每環(huán)管棚施工處鋼架腹板進(jìn)行開孔，開孔孔徑φ100 mm，前后三榀鋼架間距可適當(dāng)調(diào)整，但最大間距應(yīng)不超過80 cm。用風(fēng)鉆或潛孔樁在鋼管尾部直接錘擊送入鋼管，達(dá)到設(shè)計(jì)深度要求后，外露20 cm撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預(yù)支護(hù)體系。注漿順序及參數(shù)同上。

5 反向擴(kuò)挖工藝

工藝流程：超前支護(hù)—人工鑿除初期支護(hù)—切割縱向連續(xù)接鋼筋及鋼筋網(wǎng)—破碎頭挖機(jī)鑿打拆除臨時(shí)支護(hù)及需擴(kuò)挖部分—切割失效錨桿—換拱、安裝網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿等永久初期支護(hù)作業(yè)。

人工采用電鎬及手持式切割機(jī)沿在需換拱范圍切割一條寬20～30 cm凹槽并將拱架連接鋼筋及網(wǎng)片，應(yīng)嚴(yán)格控制換拱的縱向長度，每次換拱長度不能超過兩榀拱架間距。利用挖掘機(jī)的破碎頭對(duì)換拱部分初期支護(hù)進(jìn)行破除作業(yè)。由于破碎機(jī)械的鑿打，部分錨桿彎曲失效或侵占拱架位置，人工采用氧氣乙炔將其切除。

6 初支支護(hù)施工工藝

（1）錨桿施工。先進(jìn)行灌漿操作，隨后安置錨桿。在泵內(nèi)注入適量的水，并加入少量的砂漿以濕潤整個(gè)管路。將預(yù)先調(diào)配好的砂漿倒入泵內(nèi)。注漿管需準(zhǔn)確插入錨桿眼底部，并確保泵蓋緊密密封以防止?jié){液泄漏。在確保所有準(zhǔn)備工作完成后，緩慢開啟閥門，啟動(dòng)注漿過程。在氣壓的推動(dòng)下，砂漿將被連續(xù)壓入錨桿眼底部，同時(shí)注漿管逐漸退出眼孔[1]。在整個(gè)過程中，注漿管口需始終保持在砂漿內(nèi)部，以防止?jié){液中出現(xiàn)空洞。完成注漿管的抽出后，立即將錨桿插入眼孔，并使用木楔緊密封閉眼口，以防止砂漿流失。為確保錨桿孔完全被砂漿填滿，若發(fā)現(xiàn)不滿，必須拔出錨桿并重新進(jìn)行注漿。

注漿管在操作過程中不得對(duì)準(zhǔn)人員，以防止高壓漿液噴射造成傷害。砂漿應(yīng)在需要時(shí)及時(shí)調(diào)配，并在初凝前完全使用完畢。當(dāng)使用含有速凝劑的砂漿時(shí)，單次拌制的砂漿量應(yīng)限制在僅供3個(gè)孔使用，以避免因時(shí)間過長導(dǎo)致砂漿在泵和管路中凝結(jié)。注漿工作完成后，所有使用過的設(shè)備應(yīng)立即進(jìn)行清洗和整理，以去除殘留的砂漿和凝結(jié)物。定期的設(shè)備保養(yǎng)和維修也是必不可少的，以確保設(shè)備在下一次使用時(shí)處于最佳狀態(tài)。

（2）型鋼拱架施工。在隧道開挖的各個(gè)階段完成后，立即進(jìn)行初噴混凝土作業(yè)，以確保隧道結(jié)構(gòu)的初步穩(wěn)定性。根據(jù)工程設(shè)計(jì)的要求，將鋼架分單元及時(shí)安裝到位。這些鋼架通過定位錨桿、徑向錨桿以及雙側(cè)鎖腳錨桿進(jìn)行固定。

在縱向方向上，采用Φ22鋼筋或10#槽鋼對(duì)鋼架進(jìn)行連接，以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。為了確保鋼架與混凝土之間的有效結(jié)合和共同受力，需在鋼架之間鋪掛鋼筋網(wǎng)。最后，進(jìn)行復(fù)噴混凝土作業(yè)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的厚度。

1）型鋼鋼架的加工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，為確保其精確性，在洞外按照1∶1的比例進(jìn)行放樣加工。每個(gè)單獨(dú)的鋼架節(jié)段在完成制作和焊接后，都會(huì)進(jìn)行試拼裝，確保其合格后再運(yùn)至洞內(nèi)進(jìn)行安裝。整個(gè)加工過程在洞外的鋼筋加工廠進(jìn)行，預(yù)先按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行成形。加工場地先進(jìn)行了混凝土硬化處理，并精確抹平。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在場地上放出加工大樣，根據(jù)工藝要求，預(yù)留焊接收縮量及切割的加工余量，以確保最終成品的精度和質(zhì)量。鋼拱架的加工采用冷彎成形工藝，要求尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順。嚴(yán)格控制加工過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，確保每一個(gè)鋼架都能滿足設(shè)計(jì)要求，為隧道的穩(wěn)定性和安全性提供堅(jiān)實(shí)的保障。在批量加工前進(jìn)行首檢制度，即按技術(shù)交底加工1～2榀，檢驗(yàn)合格后，再批量生產(chǎn)，批量生產(chǎn)中按比例檢查；連接鋼板采用等離子切割，臺(tái)鉆鉆孔、人工焊接各單元接頭板。

2）鋼架制作與精度要求：鋼架按設(shè)計(jì)圖加工，采用洞外按1∶1比例放樣加工。確保每個(gè)尺寸準(zhǔn)確無誤，弧形部分圓順流暢。焊接或搭接長度必須超過4 cm，并且采用對(duì)稱焊接技術(shù)，以確保結(jié)構(gòu)平衡和應(yīng)力分布均勻。焊接過程中，操作沿鋼架兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，接頭處相鄰兩節(jié)軸線對(duì)齊，連接孔位置精確無誤，保障連接的穩(wěn)固性和準(zhǔn)確性。

鋼架的安裝工作是在掌子面開挖并完成初噴混凝土后立刻進(jìn)行的。根據(jù)預(yù)先測設(shè)的位置，各節(jié)鋼架在掌子面上通過螺栓緊密連接。為保證各節(jié)鋼架在全環(huán)封閉之前能夠穩(wěn)固地置于地基上，安裝前必須仔細(xì)清除每節(jié)鋼架底腳下的虛碴及其他雜物，確?；A(chǔ)堅(jiān)實(shí)可靠。同時(shí)每側(cè)應(yīng)增加部分臨時(shí)定位鋼筋對(duì)拱架進(jìn)行臨時(shí)固定，待縱向連接鋼筋、系統(tǒng)錨桿和鎖腳錨桿實(shí)施后統(tǒng)一焊接成整體。

3）為確保鋼架位置的準(zhǔn)確性，在隧道開挖過程中，鋼架的各連接處預(yù)留連接板凹槽。在初噴混凝土?xí)r，凹槽內(nèi)被打入了木楔，這樣做的目的是為架設(shè)鋼架時(shí)留出連接板（和槽鋼）的準(zhǔn)確位置。鋼架按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安設(shè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼架與初噴層之間存在較大間隙時(shí)，每隔2 m使用混凝土預(yù)制塊進(jìn)行楔緊。此外，鋼架背后濕噴混凝土進(jìn)行填充，保證其背后的密實(shí)性，增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。鋼架縱向連接采用鋼筋，環(huán)向間距1 m，在特殊地段加強(qiáng)縱向連接。

4）火鳳山隧道支護(hù)網(wǎng)片均采用φ8 mm鋼筋，15×

15 cm（20×20 cm）網(wǎng)格間距，雙（單）層掛網(wǎng)噴射。鋼筋網(wǎng)應(yīng)在巖面噴射一層混凝土后再進(jìn)行鋪掛，這樣可以確保鋼筋網(wǎng)與巖面之間的緊密結(jié)合，提高支護(hù)效果。底層噴射混凝土的厚度必須達(dá)到或超過設(shè)計(jì)規(guī)定的保護(hù)層厚度，以保障鋼筋網(wǎng)的有效防護(hù)。

當(dāng)使用雙層鋼筋網(wǎng)時(shí)，第二層鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)應(yīng)在第一層鋼筋網(wǎng)被混凝土完全覆蓋且混凝土達(dá)到終凝狀態(tài)后進(jìn)行。鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格間距必須嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求。網(wǎng)格尺寸的允許偏差為±10 mm。鋼筋網(wǎng)的搭接長度也是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。按照規(guī)范要求，搭接長度應(yīng)為1～2個(gè)網(wǎng)孔，允許偏差為±50 mm。鋼筋在使用前需經(jīng)過冷拉調(diào)直處理，確保其平直度滿足要求。同時(shí)，鋼筋表面必須保持清潔，不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀銹蝕等缺陷。為了確保鋼筋網(wǎng)與受噴面的緊密結(jié)合，鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨受噴面的起伏進(jìn)行鋪設(shè)，并與錨桿牢固連接，確保在噴射作業(yè)過程中不發(fā)生顫動(dòng)。開始噴射時(shí)，要減少噴頭至受噴面的距離，并調(diào)整噴射角度。

7 臨時(shí)鋼拱架拆除

臨時(shí)橫撐的提前拆除必須是在中導(dǎo)坑拱部初期支護(hù)完成后實(shí)施，且應(yīng)根據(jù)第三方監(jiān)測單位對(duì)鋼支撐應(yīng)力監(jiān)測經(jīng)監(jiān)理同意確定后方可拆除。

8 結(jié)論

大斷面隧道分岔段的施工涉及多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，包括分岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、開挖方法選擇、支護(hù)措施以及防水排水處理等。在分岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，強(qiáng)調(diào)了合理確定分岔位置和分支通道的參數(shù)，以滿足交通組織和安全要求。在開挖方法選擇上，推薦采用懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，具體選擇需根據(jù)地質(zhì)條件和施工環(huán)境等因素綜合考慮。該文的研究和分析，為類似工程提供了有益的參考和借鑒，為推動(dòng)隧道工程技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃國濤. 涌水大跨分岔式隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 施工技術(shù)， 2021（4）： 53-56.