研究高速公路隧道開挖施工技術(shù)及控制策略

付啟成

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550008)

1 工程概況

湄潭至石阡高速公路同家坳隧道工程左線起、迄樁號為ZK63+100～ZK65+987，線路總長約2 887 m，其圍巖級別劃分情況為：IV級圍巖段總長2 270 m、V級圍巖段總長607 m；右線起、迄樁號為YK63+095～YK65+965，線路總長約2 870 m，其圍巖級別劃分情況為：IV級圍巖段總長2 160 m、V級圍巖段總長710 m。該隧道進洞處山體坡向在150°～160°范圍內(nèi)，坡度為30°～35°，部分位置較為陡峭，且植被發(fā)育，表層以厚度較小的碎石土層及粉質(zhì)黏土層為主，層厚不超過1 m，下伏基巖以白云巖為主。

2 洞口開挖、支護與控制

2.1 測量放樣

石方洞開挖之前，需要對施工范圍內(nèi)的原始地形開展復(fù)核測量工作，對原始地形的斷面圖與平面圖進行繪制，然后報監(jiān)理工程師審核，經(jīng)審核批準后將其作為工程計量的參考依據(jù)。

2.2 石方洞開挖

開挖施工開始前，應(yīng)深入了解工程地質(zhì)與水文地質(zhì)，對有可能造成崩塌與滑坡等災(zāi)害的地質(zhì)條件進行有針對性處理，制定合理有效的保護措施。

將洞口截水溝施工完成后，方可開始明洞開挖施工，具體的開挖方法以明挖法為主。洞口和邊、仰坡的開挖施工都應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求的邊坡率進行，并按照從上到下的順序做好分層初支。在開挖施工完成后，應(yīng)及時做好坡面處理，將松動的巖塊及時清除干凈，并及時開展支護施工。

開挖施工中，若發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)情況和設(shè)計要求存在很大差別，應(yīng)立即通知監(jiān)理工程師與設(shè)計單位，并與其它有關(guān)單位聯(lián)合盡快解決。

邊坡護面與加固要在惡劣天氣到來之前根據(jù)設(shè)計要求完成，避免修整完成后導(dǎo)致邊坡被雨雪沖刷。

洞口開挖施工要在非雨季進行，否則要在洞口的上方做好防雨雪設(shè)施施工，避免地表水大量下滲。

2.3 明洞開挖

將洞口處的截水溝施工完成后方可開始明洞開挖施工，具體的開挖方法為明挖法。開挖施工應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求的邊坡率進行。在石方開挖過程中，先用鉆機進行鉆眼，然后進行松動爆破，此時要對鉆孔的裝藥量予以嚴格控制。爆破產(chǎn)生的石方采用挖掘機進行開挖和裝車，然后用自卸車運輸，輔以人工進行必要的邊坡清刷。對邊坡進行的防護與開挖施工應(yīng)同步進行，將明洞開挖好之后，應(yīng)立刻開始邊坡防護。

在對洞門與明洞進行開挖前，應(yīng)認真做好洞頂部位的防排水施工。另外，洞口施工應(yīng)盡量避開雨雪季節(jié)，在洞面形成之后應(yīng)立即予以防護。

明洞襯砌施工應(yīng)先進行仰拱和邊墻基礎(chǔ)，然后用襯砌臺車對拱墻進行整體灌筑。

襯砌與仰拱施工中使用的混凝土都使用專門的拌和機進行攪拌，然后采用輸送泵進行灌注施工。

明洞施工中鋼筋的加工與綁扎必須滿足設(shè)計要求，同時與相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范相符。

對于明洞的外模，以大塊模板為宜，同時要制作專門的定型板，其尺寸要滿足設(shè)計要求，將模板支設(shè)好后，應(yīng)由監(jiān)理工程師進行檢查簽證，經(jīng)檢查合格后，方可開始混凝土灌注。對拱圈進行混凝土灌注時，應(yīng)保持連續(xù)，中途不允許停頓，同時要采取合理有效的防寒與防雨雪措施。在澆筑的混凝土抗壓強度達到設(shè)計要求后，方可拆除模板。

在明洞的混凝土實際強度切實達到設(shè)計要求后，立即進行防水層施工與明洞回填施工。

3 洞身開挖、支護與控制

對于IV級圍巖段，其開挖施工方法以三臺階法為宜，在開挖上臺階的過程中，應(yīng)預(yù)留核心土，上臺階和中臺階之間的距離按5～10 m控制，中臺階和下臺階之間的距離按15～20 m控制，對于開挖循環(huán)進尺，一般按照1.0 m控制；對于II級和III級圍巖，其開挖施工方法以兩臺階法為宜，上下臺階之間的距離按照10～15 m控制，在上下兩個斷面同時進行打眼，并同步裝藥起爆開挖。

采用臺階法進行施工時，上臺階開挖施工產(chǎn)生的石渣應(yīng)拋擲至下臺階，若拋擲不到，應(yīng)采用人工和挖掘機將其扒至下臺階，然后采用裝卸機與挖掘機進行裝運。

在施工過程中應(yīng)對工序進行合理調(diào)整，從鉆爆到裝渣再到運輸，應(yīng)實現(xiàn)機械化一條龍，在開挖施工完成后，應(yīng)立即進行噴錨支護施工。

對于V級圍巖，其開挖施工方法以單側(cè)壁導(dǎo)坑法為宜，左右兩個導(dǎo)坑之間保持15～20 m的間隔距離，上下兩個臺階之間保持3～5 m的間隔距離。在開挖施工開始前，應(yīng)先根據(jù)圍巖的實際情況采用超前小導(dǎo)管與管棚對拱部進行支護，使開挖施工在支護體系保障作用下進行，以此切實保證施工安全，避免安全問題與事故的發(fā)生。在開挖過程中，先用風(fēng)槍進行鉆孔，然后利用人工進行裝藥，接著開始聯(lián)線起爆，采用光面爆破的方法。對于具體的開挖循環(huán)進尺，應(yīng)按照0.5 m進行控制，在開挖爆破完成后，應(yīng)先進行混凝土初噴，在出渣之后進行初支施工，在圍巖的沉降達到穩(wěn)定后，立即進行襯砌施工。

隧道開挖支護主要有兩種形式，即超前支護與系統(tǒng)支護，其中，超前支護是在圍巖條件相對較差的情況下使用，以設(shè)計情況為依據(jù)采用超前小導(dǎo)管或超前管棚來預(yù)加固。而系統(tǒng)支護是隧道永久性結(jié)構(gòu)其中一部分，需按照設(shè)計提出的要求進行施工，保證施工安全，并確保隧道結(jié)構(gòu)能夠達到設(shè)計要求。

在超前管棚支護施工前，先對開挖斷面上的開挖輪廓、中線與高程進行檢查，經(jīng)檢查確認滿足要求后方可支設(shè)套拱支架，并灌注混凝土，在套拱混凝土強度達到設(shè)計要求后，利用鉆頭進行鉆孔。先打入有孔的鋼花管，再注漿完成后打入無孔的鋼花管。其中，無孔管實際上是檢查管，用于對注漿質(zhì)量進行檢查。對于鋼花管之間的接頭，應(yīng)使用扣連接的方式，連接長度應(yīng)達到15 cm。對于第一節(jié)管，以長度為3 m的鋼管為主。將鋼護管設(shè)置好后，方可注入水泥漿，具體方法為采用注漿機進行。在出氣孔開始流漿后，方可停止注漿，具體的注漿壓力需通過專門的試驗確定。在注漿完成以后，應(yīng)使用專門的水泥砂漿進行填充。

在超前小導(dǎo)管施工開始前，需要在掌子面巖層進行混凝土的噴射，以此形成一道完整的止?jié){墻。小導(dǎo)管根據(jù)設(shè)計要求的長度切割，同時把端頭做成錐形，在尾部焊接一個管箍，從尾部50 cm之外到楔端管體鉆設(shè)直徑為8 mm的注漿孔，按梅花形布置，孔之間的距離為15 cm。根據(jù)設(shè)計要求準確標出鉆孔的具體位置，外插角按照10°～15°的方位控制。對于縱向相鄰的導(dǎo)管，其水平方向搭接長度應(yīng)達到1 m以上。

4 結(jié) 語

綜上所述，開挖是高速公路隧道施工重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量在很大程度上決定了整個隧道的質(zhì)量。目前，該高速公路隧道工程開挖施工已經(jīng)順利完成，經(jīng)檢查確認施工質(zhì)量合格，說明以上施工技術(shù)和控制策略合理可行，值得類似高速公路隧道工程參考借鑒，不斷提高高速公路隧道工程開挖技術(shù)水平。