隧道工程洞身施工重點(diǎn)技術(shù)分析

摘要 隧道工程洞身施工是隧道建設(shè)中的核心環(huán)節(jié)，其技術(shù)要點(diǎn)涉及多個(gè)方面，包括開挖方法、襯砌施工、超前小導(dǎo)管施工等。文章重點(diǎn)分析隧道洞身施工中的關(guān)鍵技術(shù)：在開挖方法上，根據(jù)圍巖級(jí)別的不同，靈活采用全斷面法、臺(tái)階法等多種方法；在支護(hù)技術(shù)方面，注重超前導(dǎo)管支護(hù)、格柵或型鋼鋼架的應(yīng)用。通過深入分析此類技術(shù)要點(diǎn)，為類似隧道洞身施工提供一定技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞 隧道工程；洞身施工；重點(diǎn)技術(shù)；

中圖分類號(hào) U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）19-0109-03

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加速和交通需求的日益增長(zhǎng)，隧道工程在城市建設(shè)和交通網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著越來越重要的作用。隧道洞身施工涉及眾多技術(shù)要點(diǎn)，在實(shí)際施工中，仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)和難點(diǎn)，如開挖、混凝土噴射、格柵鋼架制作與安裝工藝的控制等，文章旨在通過深入分析隧道工程洞身施工的重點(diǎn)技術(shù)，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)創(chuàng)新，為相似隧道工程的建設(shè)提供有益的參考和借鑒。

1 工程概況

桂花隧道位于四川省南充市順慶區(qū)桂花鄉(xiāng)。該隧道為雙線隧道。洞內(nèi)縱坡為（14‰，3 122 m）、（?3‰，100 m）的人字坡。樁號(hào)DK22+728～DK25+950，中心里程DK24+339，隧道全長(zhǎng)3 222m。該隧道多處下穿水塘、房屋、道路，其中隧道出口下穿DK25+878～DK25+885水泥公路，埋深16 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，粉質(zhì)黏土覆蓋層厚，存在塌方風(fēng)險(xiǎn)。整體而言，隧道安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高，施工難度大。

2 洞身施工

2.1 洞身開挖

臺(tái)階法開挖施工方法：先進(jìn)行上部開挖，進(jìn)行上部噴錨支護(hù)，再進(jìn)行下部開挖，隨即進(jìn)行下部初期支護(hù)。開挖臺(tái)階長(zhǎng)度根據(jù)施工機(jī)具條件與圍巖情況確定，當(dāng)圍巖自穩(wěn)能力較好時(shí)，臺(tái)階長(zhǎng)度宜控制在10～50 m以內(nèi)，圍巖穩(wěn)定性較差時(shí)，臺(tái)階長(zhǎng)度宜控制在31788a0924718b9824ecab270d33b9b5ee40a982b60aa950d6dac734b36e6a2a9～10 m[1]。施工工藝見圖1所示：

開挖中，各臺(tái)階長(zhǎng)度、循環(huán)進(jìn)尺、上下臺(tái)階高度應(yīng)嚴(yán)格控制：開挖上臺(tái)階高度約5 m，上臺(tái)階長(zhǎng)度約5 m，開挖下臺(tái)階高度約3 m，下臺(tái)階長(zhǎng)度宜為20～30 m，仰拱開挖約2 m；在針對(duì)V級(jí)圍巖的臺(tái)階法開挖過程中，每個(gè)循環(huán)的開挖支護(hù)進(jìn)尺須嚴(yán)格控制，不得超出單榀鋼架設(shè)定的間距。邊墻的開挖支護(hù)進(jìn)度也需遵循相應(yīng)規(guī)定，每循環(huán)的開挖支護(hù)進(jìn)尺不超過兩榀鋼架間距的限制。在仰拱開挖作業(yè)開始前，鋼架鎖腳錨桿的固定工作已經(jīng)完成。每個(gè)循環(huán)的開挖進(jìn)尺必須嚴(yán)格控制在3 m以內(nèi)。隧道開挖后，初期支護(hù)工作應(yīng)迅速展開并及時(shí)封閉成環(huán)，確保V級(jí)圍巖的封閉位置距離掌子面的距離不超過35 m。此外，二次襯砌的施工與掌子面之間的距離也應(yīng)得到有效控制，不得超過70 m的限制。

針對(duì)不同級(jí)別的圍巖，開挖方法的選擇至關(guān)重要。在面臨Ⅴ級(jí)圍巖的洞口段和淺埋偏壓段時(shí)，優(yōu)先采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法進(jìn)行施工，對(duì)于一般Ⅴ級(jí)圍巖的深埋地段，考慮地質(zhì)條件的相對(duì)穩(wěn)定性和施工效率的需求，則選擇采用三臺(tái)階法施工；Ⅳ級(jí)圍巖地段采用三臺(tái)階法施工；Ⅲ級(jí)圍巖地段采用臺(tái)階法。施工方法應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、監(jiān)控測(cè)量結(jié)果進(jìn)行適時(shí)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)圍巖情況，及時(shí)修正爆破參數(shù)，以期達(dá)到最佳爆破效果，并形成整齊準(zhǔn)確的開挖面。

2.2 噴射混凝土

隧道初期支護(hù)噴射混凝土全部采用濕噴工藝。緊跟掌子面及時(shí)施作，并盡快封閉。將骨料、水泥、合成纖維和水充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，各組分之間的比例和混合均勻度會(huì)直接影響到噴射物的強(qiáng)度、耐久性和其他物理特性。利用濕噴射機(jī)將混合均勻的物料壓送到噴頭處。在噴頭處，需要再次添加速凝劑。通過噴頭將添加了速凝劑的混合物料噴出，形成所需的噴射層。這一步驟需要精確控制噴頭的噴射角度、距離和速度。在施工過程中，密切關(guān)注混合物的狀態(tài)、噴射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及噴射層的質(zhì)量，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，施工人員也需做好個(gè)人防護(hù)，避免吸入粉塵或接觸有害物質(zhì)。噴混凝土料由洞外自動(dòng)計(jì)量拌和站生產(chǎn)，混凝土攪拌車運(yùn)輸，濕噴機(jī)噴射，噴射混凝土必須做無底試件或大板試件，貫入法測(cè)一天的強(qiáng)度。濕噴混凝土施工工藝流程見下圖2所示：

2.3 工字鋼和格柵鋼架制作與安裝

工字鋼鋼架與連接板接頭處焊縫及加強(qiáng)肋（角鋼）要求焊縫飽滿密實(shí)。型鋼鋼架對(duì)接接頭應(yīng)設(shè)置加筋板滿焊密貼保證鋼架受力。在洞內(nèi)用高強(qiáng)螺栓連接成整體。洞內(nèi)安裝在初噴混凝土后進(jìn)行，與定位筋焊接。鋼架之間設(shè)縱向連接筋，鋼架間濕噴混凝土填平。鋼架拱腳必須安放在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上（現(xiàn)場(chǎng)一般要求墊設(shè)鋼板），拱腳兩側(cè)設(shè)鎖腳錨桿（管），架立時(shí)鋼架橫向、縱向偏差、垂直度均需符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。當(dāng)鋼架和圍巖之間間隙過大時(shí)設(shè)置混凝土楔形墊塊（與初噴混凝土同強(qiáng)度）揳緊，再用噴射混凝土噴填。

Ⅴ級(jí)圍巖工字鋼架由12個(gè)單元組成，全環(huán)設(shè)置；Ⅳ級(jí)圍巖格柵鋼架由7個(gè)單元構(gòu)成，拱墻設(shè)置；Ⅳ級(jí)圍巖工字鋼架由12個(gè)單元構(gòu)成，全環(huán)設(shè)置。Ⅲ級(jí)圍巖格柵鋼架由7個(gè)單元組成，拱墻設(shè)置。鋼架單元在洞外預(yù)制，由主筋、聯(lián)系筋、角鋼（厚度12 mm）焊接而成，焊接接頭處焊縫為10 mm，各單元間以螺栓連接，螺栓孔眼中心間距公差不超過+0.5 mm，格柵鋼架單元在施工時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整單元長(zhǎng)度，并相應(yīng)調(diào)整接頭位置。格柵鋼架與初噴混凝土間務(wù)求緊密接觸，空隙處用混凝土墊塊揳緊。鋼架架設(shè)時(shí)可利用系統(tǒng)錨桿作為定位鋼筋，并在鋼架拱腳位置設(shè)置鎖腳錨桿，鋼架腳必須放在牢固的基礎(chǔ)上。鋼架在初噴后架設(shè)，再?gòu)?fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。復(fù)噴支護(hù)面與二襯之間空隙用于二襯同級(jí)混凝土回填。

襯砌類型為Ⅴa的段落在架立鋼架后，設(shè)置I18臨時(shí)橫撐；襯砌類型為Ⅴb、Ⅴc架立上臺(tái)階鋼架后，設(shè)置I18臨時(shí)鋼架（橫撐），噴臨時(shí)仰拱。I18橫撐連接處或與鋼架連接處均設(shè)置鋼墊板（240×200×16mm），I18橫撐為臨時(shí)支護(hù)，施工中倒換使用。

2.4 超前小導(dǎo)管施工

（1）小導(dǎo)管采用Φ42 mm熱軋無縫鋼管加工，長(zhǎng)度為3.5 m，環(huán)向每米3根，其縱向搭接長(zhǎng)度不小于1 m，并注水泥砂漿預(yù)加固圍巖[2]。小導(dǎo)管施工工藝流程見圖3所示：

（2）施工方法：采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)是高效且精準(zhǔn)的方式。人工安裝超前小導(dǎo)管，并與鋼架焊接固定，注漿作業(yè)采用注漿泵，注入水泥單液漿，注漿壓力控制在0.8 MPa。小導(dǎo)管前端為尖錐形，便于頂入孔中；尾部焊接有φ8 mm鋼筋加勁箍，增強(qiáng)了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；管壁上每隔15 cm交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑為6～8 mm。

導(dǎo)管外露部分不超過20 cm。進(jìn)漿速度要進(jìn)行嚴(yán)格的把控，每根導(dǎo)管內(nèi)的漿液進(jìn)量維持在每分鐘不超過30升的范圍內(nèi)。在處理軟弱圍巖地段時(shí)，特別注意小導(dǎo)管的安裝，小導(dǎo)管應(yīng)沿格柵鋼架的中部打入，與鋼架進(jìn)行焊接，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的預(yù)支護(hù)體系。在注漿操作之前，為了防止?jié){液外泄，要在掌子面上均勻地噴射一層5～10 cm厚的混凝土，形成一道止?jié){墻。在注漿過程中，關(guān)注單孔注漿量的變化。一旦單孔的注漿量達(dá)到預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)注漿量標(biāo)準(zhǔn)，即表示該孔的注漿作業(yè)已完成，可以結(jié)束注漿操作。

2.5 襯砌施工

（1）仰拱施工

桂花隧道為III、IV、Ⅴ級(jí)圍巖，襯砌采用曲墻帶仰拱襯砌斷面形式，仰拱及其與邊墻的連接形式是影響隧道結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的重要因素，Ⅴ級(jí)圍巖距掌子面距離小于35 m。為保證洞內(nèi)車輛和機(jī)械的通行，在施工地段設(shè)仰拱棧橋，仰拱棧橋采用工字鋼制作，一端支撐在枕木垛上，另一端支撐在已澆筑完的混凝土上，下面設(shè)橡膠墊對(duì)混凝土面進(jìn)行保護(hù)。仰拱棧橋移動(dòng)利用機(jī)械牽引，橋下預(yù)留滿足仰拱、填充及鋪底鋼筋綁扎或混凝土澆筑施工需要的空間。澆筑前，對(duì)隧底進(jìn)行清理，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后澆筑。為保證仰拱曲率，該隧道采用大塊定型鋼曲模，曲模上口采用絲杠調(diào)整開口尺寸，通過鋼管、頂托與棧橋相連防止曲模上浮?；炷翝仓捎霉捃囍苯訚仓瑥那暗胶笠淮螡仓尚?，附著式振搗器搗固。

（2）仰拱填充

仰拱和填充分次澆筑，待仰拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后進(jìn)行填充混凝土施工，為提高仰拱混凝土的早期強(qiáng)度，仰拱混凝土在拌制時(shí)可按試驗(yàn)確定的配合比摻加早強(qiáng)劑。

（3）拱墻襯砌施工

在洞外設(shè)立攪拌站，對(duì)混凝土進(jìn)行集中拌制，通過混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸至洞內(nèi)，混凝土在運(yùn)輸過程中防止出現(xiàn)離析、分層等現(xiàn)象。在泵送過程中，控制好泵送速度和壓力，避免對(duì)模板和鋼筋造成過大的沖擊。插入式振搗器可以通過振動(dòng)使混凝土中的氣泡排出，振搗過程中，注意控制振搗時(shí)間和強(qiáng)度。灌注時(shí)采用兩側(cè)對(duì)稱灌注的方式，控制兩側(cè)灌注高差，防止因側(cè)壓力過大而導(dǎo)致臺(tái)車移位。

當(dāng)混凝土灌注至拱頂時(shí)，采用擠壓式泵送混凝土灌注。輸送泵在供混凝土?xí)r應(yīng)盡量保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。輸送管的布置應(yīng)盡量保持直線，減少轉(zhuǎn)彎。在泵送前，對(duì)管道進(jìn)行潤(rùn)滑處理，以減少摩擦阻力，提高泵送效率。此外，根據(jù)氣候條件、混凝土強(qiáng)度等因素制定合理的養(yǎng)護(hù)方案。

3 結(jié)論

隧道洞身施工的成功與否，關(guān)鍵在于是否根據(jù)地質(zhì)條件和圍巖級(jí)別的不同，靈活選擇和應(yīng)用開挖方法。全斷面法、臺(tái)階法等多種開挖方法的合理運(yùn)用，能夠有效提高施工效率。支護(hù)技術(shù)在隧道洞身施工中占據(jù)重要地位。超前導(dǎo)管支護(hù)、格柵或型鋼鋼架等支護(hù)措施的有效實(shí)施，對(duì)于防止圍巖變形具有至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]吳楊.公路隧道洞身開挖施工技術(shù)[J].交通世界，2024（Z2）：209-211.

[2]莫振謹(jǐn).不同圍巖級(jí)別下的隧道洞身開挖施工方法分析[J].西部交通科技，2018（8）：151-155.

收稿日期：2024-06-13

作者簡(jiǎn)介：唐剛（1992—），男，本科，工程師，主要從事鐵路施工工作。