隧道工程施工方法分析

羅慶林

（重慶建工第二市政工程有限責(zé)任公司，重慶 400013）

1 工程概況

1.1慈母山隧道按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速為60km/h；設(shè)計(jì)荷載為：城-A級(jí)，人群荷載4.0kN/m2，大車道3.75米，小車道3.5米。

1.2隧道凈空13.75×5.00m；隧道縱坡為單向坡，坡度為-0.8%；本標(biāo)段慈母山隧道圍巖主要有洞口回填土段、泥巖、頁(yè)巖，斷層破碎帶、煤線層、砂巖，施工難度大，其中Ⅴ級(jí)圍巖占32%，IV級(jí)圍巖占4.8%，Ⅲ級(jí)圍巖占63.2%。慈母山1#隧道隧道左線ZK0+000～ZK0+254.032段位于曲線半徑6000m(左轉(zhuǎn))的曲線上，ZK0+254.032～ZK1+150段為直線段，A標(biāo)段右線K0+000～K0+569.088段位于曲線半徑 6600m(左轉(zhuǎn))的曲線上，K0+569.088～K1+150段為直線段。

1.3混凝土結(jié)構(gòu)采用“雙滲技術(shù)”，強(qiáng)度等級(jí)為C30，以混凝土結(jié)構(gòu)自防水為根本，以接頭防水為重點(diǎn)，輔以頂部或整體附加防水層加強(qiáng)防水的多道防線。隧道采用單洞三車道分離式設(shè)計(jì)。采用射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)方式進(jìn)行通風(fēng)。隧道帶仰拱段內(nèi)凈空面積為109.08m2，不帶仰拱段內(nèi)凈空面積為90.12m2。

1.4本標(biāo)段共設(shè)2個(gè)人行通道、1個(gè)汽車通道。

2 明洞施工

由于本項(xiàng)目工期壓力較大，慈母山隧道是本項(xiàng)目的關(guān)鍵工序，能否快速順利進(jìn)洞將直接影響總體工期目標(biāo)，項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)方案研究，為確保快速形成進(jìn)洞條件，采用明洞拉槽至洞口，立即施作套拱及管棚，并同時(shí)陸續(xù)進(jìn)行明洞土石方開挖。

2.1 明洞開挖

在明洞拉槽施工前，先進(jìn)行測(cè)量放線，放出洞口邊仰坡坡頂線和臨時(shí)截水溝位置。洞口邊仰坡開挖前先施作洞頂截水溝；然后，按設(shè)計(jì)坡度、設(shè)計(jì)臺(tái)階利用PC-200型大反鏟從上至下，分段、分層逐段開挖，分段長(zhǎng)度控制在8m內(nèi)，層厚控制在1m內(nèi)。開挖一段防護(hù)一段，施工防護(hù)前期采用錨網(wǎng)噴結(jié)構(gòu)，施工參數(shù):φ22砂漿錨桿 L=3.0m，間距為 1.0×1.0m；鋼筋網(wǎng) φ6鋼筋，網(wǎng)格為 20×20cm；C25噴砼5cm。施工中本著自上而下分層進(jìn)行，并隨挖隨護(hù)，“反鏟開挖為主，人工為輔”必要時(shí)采用微差控制爆破開挖的原則進(jìn)行施工，切實(shí)加強(qiáng)邊仰坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，以保證施工安全。

2.2 明洞結(jié)構(gòu)施工

明洞施工順序：①明洞仰拱及邊墻砼施工→②明洞仰拱混凝土填充→③明洞基礎(chǔ)砼施工→④明洞拱墻砼施工→⑤水溝、電纜槽砼澆筑→⑥明洞外防水層施工→⑦明洞拱背回填施工→⑧洞口防護(hù)、綠化。

施工方法見圖1。

圖1 明洞回填施工示意圖和縱斷面示意圖

2.2.1隧道洞門與明洞砼結(jié)構(gòu)施工

洞口段土石方明洞段開挖至雙側(cè)壁導(dǎo)坑上臺(tái)階標(biāo)高時(shí)，即開挖上臺(tái)階導(dǎo)坑進(jìn)入正洞施工，隧道洞口拉槽處設(shè)置鋼棚架頂蓋，以保證正洞兩側(cè)導(dǎo)坑與洞口土石方開挖平行作業(yè)的施工安全，待正洞開挖完成一定距離后，再進(jìn)行洞口段結(jié)構(gòu)物的施工。其施工主要內(nèi)容為：明洞段仰拱(包括砼填充)、洞門與明洞邊墻基礎(chǔ)、拱墻襯砌、防排水、拱背回填等。

仰拱及邊基砼采用組合鋼模板人工立模澆注，拱部砼施工采用襯砌模板臺(tái)車作內(nèi)模，外模采用組合鋼模板整體灌注。

首先施工明洞仰拱、拱墻腳部鋼筋砼及洞門基礎(chǔ)，待砼達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆模并進(jìn)行施工縫鑿毛，然后施工上部邊墻及拱部鋼筋砼，砼由兩側(cè)對(duì)稱灌注。

鋼筋在洞外加工場(chǎng)下料成型、現(xiàn)場(chǎng)綁扎，砼采用商品砼，由砼運(yùn)輸車運(yùn)輸，泵送入模，插入式搗固器及附著式振搗器振搗密實(shí)，拱墻砼一次整體澆筑成型。

2.2.2明洞外防水層施工

拱圈澆筑完成，待砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，鋪設(shè)防水層并回填。明洞外防水層設(shè)計(jì)為“BAC高分子復(fù)合自粘防水卷材”。

施工時(shí)，先將砼表面的外露鋼筋頭等雜物清理干凈，然后將砼表面上的凹凸不平處修鑿平整，最后用水泥砂漿將襯砌外表涂抹平順，以免損壞防水層。

為保證防水板接頭質(zhì)量，先在平地上將BAC防水板逐幅連接起來(lái)，檢查接頭質(zhì)量合格后再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)。防水板鋪設(shè)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，防止對(duì)防水板造成損傷和破壞，如有缺陷立即進(jìn)行修補(bǔ)，直至達(dá)到質(zhì)量要求為止。

為防止明洞與隧道防水板的接頭在回填土?xí)r被破壞，用3cm厚的水泥砂漿將防水板接頭保護(hù)起來(lái)。

2.2.3明洞拱背回填施工

明洞襯砌和防水層施工完畢后，鋪設(shè)10cm厚C15細(xì)石砼保護(hù)層，砼強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后回填50cm碎石透水層。

明洞回填采用M7.5漿砌片石回填與碎石土回填結(jié)合方案。漿砌片石回填高度為6m，漿砌片石以上采用碎石土回填，回填土壓實(shí)度不低于85%。

當(dāng)明洞回填完成后，及時(shí)進(jìn)行洞口及洞頂?shù)木G化及防護(hù)工作，避免雨水沖刷。

3 進(jìn)洞施工方案

慈母山隧道洞口主要為填筑土、泥巖，進(jìn)洞方案采用20m的φ89超前管棚預(yù)支護(hù)，和修建支護(hù)性構(gòu)件砼套拱，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)洞的施工方案。

3.1施工順序：測(cè)量放線→鋼拱架安裝→導(dǎo)向管安裝→模板安裝→砼套拱施工→鉆機(jī)定位、鉆孔→φ89無(wú)縫鋼管安裝→注水泥砂漿。

3.2施工方法：右洞里程K0+151.484，左洞ZK0+151.148的20m范圍內(nèi)采用φ89管棚對(duì)圍巖進(jìn)行整體加固。套拱采用三榀I22a工字鋼，在洞口立設(shè)三榀I22a型鋼鋼架，一榀靠緊開挖面，三榀間距為0.8m，拱架立好之后用Ф22鋼筋縱向連成整體，連接鋼筋環(huán)向間距1.0m，按設(shè)計(jì)貼緊拱架外緣施工φ112導(dǎo)向管無(wú)縫鋼管，并將導(dǎo)管的尾部焊接于鋼拱架上，外插角1°。套拱采用木模板，吊模法施工C20砼，砼厚45cm。

套拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)鉆孔強(qiáng)度后采用MKD-5鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。管棚采用Φ89熱扎無(wú)縫鋼尖管制作，鋼管前段呈尖錐狀，尾部焊接φ10加勁筋，管壁四周鉆4排φ15mm壓漿孔，間距30×30cm梅花形布置，環(huán)向布置間距為40cm。分段安裝，每段長(zhǎng)6～8米（總長(zhǎng)20m），兩段之間用絲扣連接。

管棚安裝完成后采用KBY50-70注漿機(jī)注水泥砂漿對(duì)洞口段圍巖加固，形成支護(hù)結(jié)構(gòu)明洞，然后按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法步驟開挖進(jìn)洞，具體開挖方法見Ⅴ類圍巖開挖方法。

4 隧道洞身開挖

4.1 Ⅴ級(jí)（淺埋、深埋）圍巖開挖方法

Ⅴ級(jí)圍巖主要為填筑土、泥巖、頁(yè)巖、煤層(線)，圍巖巖體較破碎，軟弱。根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，施工方法見圖2“雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖”。

圖2 Ⅴ級(jí)圍巖施工工序橫斷面和縱斷面

Ⅴ級(jí)圍巖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，人工與機(jī)械配合開挖，必要時(shí)采用弱爆破；在做好主洞小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)和側(cè)導(dǎo)洞超前錨桿預(yù)支護(hù)之后，先行左或右側(cè)導(dǎo)洞上斷面掘進(jìn)開挖及初期支護(hù)，掘進(jìn)開挖采用人工配合挖掘機(jī)開挖，必要時(shí)采用弱爆破。

圖3Ⅳ級(jí)圍巖施工工序橫斷面和縱斷面

圖4 臺(tái)階法開挖支護(hù)施工方法示意圖

導(dǎo)坑采用微臺(tái)階法施工，上下臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m，下斷面開挖后及時(shí)施做初期支護(hù)，左右側(cè)導(dǎo)坑開挖面距離要求保持在30m左右。

主洞中部開挖要在距離最近的導(dǎo)坑開挖面30m后再進(jìn)行開挖，中部開挖采用微臺(tái)階法施工，上斷面開挖及拱部初期支護(hù)完成后進(jìn)行下斷面開挖，并盡快澆筑主洞仰拱，封閉成環(huán)。

根據(jù)襯砌施工進(jìn)度、監(jiān)控量測(cè)反饋信息分段拆除左右兩側(cè)壁導(dǎo)坑的臨時(shí)支護(hù)。

4.2 Ⅳ級(jí)圍巖開挖方法

Ⅳ級(jí)圍巖段開挖采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。施工方法見圖3“Ⅳ級(jí)圍巖開挖支護(hù)”。

在做好側(cè)導(dǎo)洞超前錨桿預(yù)支護(hù)之后，先行側(cè)導(dǎo)洞上斷面掘進(jìn)開挖及初期支護(hù)，然后進(jìn)行下斷面開挖支護(hù)，掘進(jìn)開挖采用微差爆破。

導(dǎo)洞采用臺(tái)階法施工，下斷面開挖后及時(shí)施做初期支護(hù)，達(dá)到適當(dāng)距離澆筑仰拱混凝土。

左右側(cè)導(dǎo)坑開挖面距離要保持在40m左右，根據(jù)襯砌施工進(jìn)度、監(jiān)控量測(cè)反饋信息分段拆除先行側(cè)壁導(dǎo)坑的臨時(shí)支護(hù)，以便進(jìn)行二次襯砌的施工。

4.3 Ⅲ級(jí)圍巖開挖方法

Ⅲ級(jí)圍巖段采用上下臺(tái)階法非電毫秒雷管起爆，光面爆破技術(shù)，臺(tái)階長(zhǎng)度控制在15～25m，上下臺(tái)階均采用多功能作業(yè)臺(tái)架、手持風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，循環(huán)開挖進(jìn)尺根據(jù)情況控制在2～3m。Ⅲ級(jí)圍巖段臺(tái)階法開挖方法見圖4“臺(tái)階法開挖支護(hù)施工方法示意圖”。

結(jié)束語(yǔ)

慈母山隧道是重慶市總體交通路網(wǎng)“五橫、六縱、一環(huán)、七聯(lián)絡(luò)”城市快速干道系統(tǒng)中三橫線的關(guān)鍵項(xiàng)目，設(shè)計(jì)為三車道大跨斷面，特別是在軟弱圍巖不良地質(zhì)段施工難度大，防坍任務(wù)重。慈母山隧道施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度是制約本項(xiàng)目總體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素，是項(xiàng)目管理的重點(diǎn)。因此，選擇科學(xué)合理的施工方法具有極其重要的意義。

[1]傅德明;周文波.超大直徑盾構(gòu)隧道工程技術(shù)的發(fā)展[J].上海城建集團(tuán)公司，2011（11）.

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