砂礫石地層新奧法地鐵區間隧道快速施工的設備應用

左材攀

中鐵隧道集團一處有限公司 重慶 401121

1 工程概況

1.1 現目概況

本項目位于智利圣地亞哥地鐵2 號線延長線最南端，全長共1760.6m，整個線路位于城市主干道下方。本工程主體結構由1個車站、2 個豎井和4 段區間隧道組成，其中區間隧道總長度為1604m，單段最大長度為740m[1]。

本工程區間隧道采用單洞雙線設計，全斷面法開挖，除洞口外無系統錨桿護輔助施工，其中最大開挖截面為65.7 ㎡，最小開挖截面為49.5 ㎡。隧道的主要支護結構采用5cm 初噴+鋼筋網+拱架+15cm 支護混凝土+鋼筋網+15cm 敷面混凝土，無二次襯砌，所有支護結構混凝土均采用噴射混凝土。隧道設計如圖1。

圖1 隧道通車圖

1.2 水文地質

該項目沿線地層地質構造從上至下分別為：砂礫石、砂質泥巖，局部有夾砂帶。項目結構范埋深較淺以砂礫石地質為主，且結構工程位于地下水位線以上，工程所在區域年降水量較少。隧道滲水主要是來自于市政管網和地表補給水。

2 施工概述

根據本工程的地質特點和該地區的施工條件及設計習慣，隧道施工過程中不采用系統錨桿等輔助措施來降低安全風險。施工過程中遵循“少擾動、短進尺、快封閉”的施工原則，以配套化機械施工為主，降低工程安全風險。過程中加強監控量測，加密監控量測點，以量測數據為導向，確保施工安全。

3 各工序的設備應用

3.1 開挖

3.1.1 開挖工藝

區間隧道采用全段面法開挖，采用挖機進行初步開挖，人工配合修整輪廓線的施工工藝。基于砂礫石地層的特點，為保證進洞安全，洞口采用長度9m 的中空錨桿進行超前支護，洞口段前5m 必須封閉成環才能進行后續施工。在開挖時預留一小部份核心土，用來提高掌子面的穩定性能，同時作為安裝拱架的支撐點。從第1 個掌子面開始，掌子面開挖成型后，測量組立即采集數據，以便指導后續施工。正常開挖步距為1m，遇到較差的地質環境，視情況縮減開挖步距及降低開挖輪廓線。

3.1.2 開挖配套設備

掌子面開挖主要以挖機為主，輔以人工修整，根據斷面的大小配備不同型號的挖機。人工修整采用旋轉式伸縮臂叉車配合，在叉車上加裝施工掛籃及防護頂棚[2]。

3.1.3 出渣系統配套設備

洞內出渣主要采用側卸裝載機和自卸汽車配合，最好選用鏟斗擋板可拆的側卸裝載機，在運輸距離不超過50m 時，開挖完成后由裝載機直接進行運輸，效率最高。大于50m 時，拆除鏟斗擋板，配合自卸汽車進行運輸。

豎井出渣，主要采用裝載機、塔吊配合。豎井出渣主要靠塔吊進行垂直運輸，在選取豎井內和地面存渣區時，盡量減少塔吊的擺幅。

3.2 支護結構設備應用

3.2.1 混凝土結構中濕噴機械手的應用

結構混凝土主要采用罐車配合濕噴機械手進行施工，與人工噴漿相比，效率不但高，效果也更好。而且設備移動靈活，安全風險低。

機械手控制要點，在噴射混凝土時，噴嘴運行軌跡呈螺旋形，且盡量保持噴嘴垂直于受噴面，按照自下而上，先墻后拱的順序進行噴涂，噴涂時每層噴射厚度控制在7±2cm。復噴間隔時間控制在20-25min。正常情況下風壓控制在0.4-0.5MPa，噴射距離保持在1m-1.3m。

噴射過程中，操作手做好安全防護，結束后立即清洗設備。

3.2.2 鋼筋安裝中伸縮臂叉車的應用

本項目設計支護鋼筋采用鋼筋網片，縱向搭接長度為3 個網格，環向搭接長度為4 個網格，扎絲間距15cm。由安裝施工掛籃的伸縮臂叉車輔助施工，首先要根據載重及鋼筋網單位重量核算搭載長度。將鋼筋網片用繩索固定在防護頂棚上，然后提升至指定位置，按照設計要求進行搭接連，鋼筋網安裝按逆時針或順時針方向依次拼裝，安裝第二層鋼筋網時提前預埋混凝土控制樁。

3.2.3 拱架安裝中伸縮臂叉車的應用

本項目設計采用格柵拱架，較為輕便，拱架安裝主要采用伸縮臂叉車配合施工。

在開挖時兩邊拱腳位置多挖深60cm，作為拱架的扶正空間。工人將拱架運至掌子面，在地面完成拼接。拼接完成后，伸縮臂叉車在隧道中線位置擺正，并調節水平。由工人將拼裝好的拱架頂部用繩索栓在掛籃上，然后將拱架頂部提升至少2m，用支撐桿支撐，穩固后叉車收回大臂，并將施工掛籃落回地面推送至拱架下方，用繩索將拱架頂部固定在施工掛籃防護頂棚上，然后慢慢提升，直至將拱架推送至指定位置后停止。掛籃中的作業人員和掛籃下方作業人員也要按照要求進行相應的操作。待所有工作完成后，才能撤除收回大臂，用于該榀拱架其他地方連接施工。

3.3 各工序的資源配置

3.3.1 開挖資源配置

以最常見的49.5 ㎡為例，通過已完成區間隧道統計的數據得出，單工作面從開挖修整到洞渣運輸完成，平均用時在2.6 小時。單工作面單班資源配置見表1：

3.3.2 安裝鋼筋網及拱架的資源配置

通過已完成區間隧道統計的數據，安裝1 循環的鋼筋網和拱架，平均用時在2.2 小時，單工作面單班資源配置見表2：

3.3.4 噴射混凝土的資源配置

通過已完成區間隧道統計的數據，機械手工作效率平均為15m3/h，每循環從準備到結束，用時在1.5h。單工作面單班資源配置見表3：

表3 噴射混凝土主要資源配置

表1 開挖出渣主要資源配置

表2 網片及拱架安裝要資源配置

3.3.5 豎井出渣資源配置

21m 深的豎井垂直出渣從提升到裝車運走，通過已完成階段的實踐，垂直效率可達40m3/h。單班作業資源配置見表4：

4 監控量測

本工程位于城市主干道正下方，暗挖施工過程中對隧道及路面進行沉降監測尤為重要，本項目監控量測主要包括地表沉降、洞內收斂及拱頂沉降觀測，其中地表沉降涉及地面交通及管線，地表沉降允許值范圍為12mm，警戒值為17mm，已完工隧道穩定區域地面沉降監測均在允許值范圍內。

表4 垂直提升主要資源配置

因砂礫石地層水平應力相對較小，沉降變形主要是來自豎向壓力，在施工過程中重點對洞口超前支護、洞口破除兩個工序進行觀測，觀測數值在合理范圍內，后期在洞內抽取離掌子面較近的點進行監測分析，地表沉降和拱頂沉降數據均無變化，根據監測數據表明在無水砂礫石地層隧道施工中快速封閉是關鍵，現場通過合理配備和優化工裝設備，達到了快速封閉的施工目的[3]。

5 結語

智利地鐵2 號線砂礫石地層隧道采用機械開挖，在施工過程中遵循“少擾動、短進尺、強支護、快封閉、勤測量”的原則，抓住不良地質走向，減少地質擾動、快速封閉是重點。同時本項目機械配套化作業優勢凸顯，本項目在投標階段按常規進度指標分析，全斷面法單工作面進度指標為2.7 循環/天，過程中不斷優化工裝設備，最終單工作面進度指標最高可達4 循環/天。降低了安全風險同時也保證了快速施工。