大斷面黃土隧道施工技術(shù)分析

衛(wèi)學(xué)軍

山西路橋第五工程有限公司 山西太原 030000

公路建設(shè)規(guī)模在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用下而逐步擴(kuò)大，施工期間易遇到較復(fù)雜的地質(zhì)條件，不利于工程建設(shè)工作的順利開(kāi)展。黃土地區(qū)的地質(zhì)條件特殊，于該處施工大斷面隧道時(shí)，易誘發(fā)質(zhì)量問(wèn)題甚至安全事故。對(duì)此，需要從實(shí)際建設(shè)條件出發(fā)，引入先進(jìn)的施工技術(shù)，切實(shí)提高大斷面黃土隧道的施工質(zhì)量。

1 工程概況

某黃土隧道工程，全長(zhǎng)1241m，最大、最小埋深分別為56m、12m，屬黃土淺埋隧道。隧道結(jié)構(gòu)方面，主體部分為曲墻帶仰拱復(fù)合式襯砌，施工材料為C35防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)不低于P10。出于安全層面的考慮，加強(qiáng)初期支護(hù)，采取的是“鋼拱架+鋼筋網(wǎng)+錨桿+噴射混凝土”相結(jié)合的方案，以形成完整、穩(wěn)定的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)體系[1]。

2 大斷面黃土隧道的施工難點(diǎn)

地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，黃土地區(qū)主要含三層，自上而下分別為新黃土、老黃土、第三系泥巖。各部分的性質(zhì)不盡相同，其中新黃土的土體相對(duì)疏松，受外部壓力的作用，易出現(xiàn)土體變形、下沉現(xiàn)象。在常規(guī)的大斷面黃土隧道施工中，常采用的是掌子面分割開(kāi)挖的方法，期間根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)增設(shè)臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。但該方法存在局限之處，即擾動(dòng)性較強(qiáng)，易導(dǎo)致本就缺乏穩(wěn)定性的圍巖進(jìn)一步變得疏松，且洞內(nèi)作業(yè)空間有限，大型設(shè)備難以順利進(jìn)場(chǎng)，不利于施工進(jìn)程的高效推進(jìn)。并且，隧道的圍巖條件錯(cuò)綜復(fù)雜，存在諸多潛在影響因素，需根據(jù)實(shí)際情況靈活改變方法，由此帶來(lái)施工周期長(zhǎng)、質(zhì)量可控性差、安全隱患多等問(wèn)題。針對(duì)大斷面黃土隧道的施工難點(diǎn)，需要采取適應(yīng)性更強(qiáng)、效率更高的施工技術(shù)[2]。

3 大斷面黃土隧道施工技術(shù)分析

3.1 套拱及管棚施工

套拱基礎(chǔ)用C25混凝土澆筑而成，按設(shè)計(jì)要求，將提前加工成型的鋼板和鋼筋預(yù)埋到位；配套φ42mm的鎖腳錨桿，利用該裝置穩(wěn)固套拱內(nèi)鋼板腳底，以免施工期間出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

于套拱上安裝2榀I20a型鋼拱架，彼此間用連接鋼筋穩(wěn)定連接。待工字鋼架安裝完成后，由技術(shù)人員檢測(cè)，確定導(dǎo)向管的具體位置。在本工程中，導(dǎo)管采用的是φ127mm×5mm鋼管，具體如圖1所示。套拱施工期間，于相鄰兩導(dǎo)向管間設(shè)置φ22mm錨栓，在采取此方法后，可抵消鉆孔時(shí)的反力，減小外力所帶來(lái)的不良影響。

圖1 套拱中導(dǎo)向管示意圖

大管棚成型后，鉆機(jī)就位，進(jìn)入鉆孔施工環(huán)節(jié)。鉆進(jìn)期間，操作人員精準(zhǔn)控制設(shè)備的作業(yè)姿態(tài)，鉆桿和鉆具各自的軸線應(yīng)共處相同的直線上。導(dǎo)向管施工中，外插角按1°-3°控制。鉆孔作業(yè)落實(shí)到位后，及時(shí)澆筑水泥砂漿，隨著時(shí)間的推移，待水泥砂漿凝固后，即可關(guān)閉預(yù)先設(shè)置在管外的閥門，按照此方式有序施工。

鋼管選用的是φ108mm×6mm熱軋無(wú)縫鋼管，按照環(huán)向間距40cm的標(biāo)準(zhǔn)依次設(shè)置，鋼管絲扣長(zhǎng)15cm，相鄰鋼管接頭錯(cuò)開(kāi)量至少達(dá)到1m，具體根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。鋼管需穩(wěn)定設(shè)置在襯砌拱部，實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置的誤差不可超過(guò)20cm。于明洞襯砌外設(shè)置套拱，縱向長(zhǎng)2.0m、厚60cm。

3.2 三臺(tái)階法施工

根據(jù)隧道進(jìn)口段的施工條件，采用三臺(tái)階法施工，基本思路為：測(cè)量放線→上、中臺(tái)階超前支護(hù)→鉆孔→注漿→扒渣→裝渣→打設(shè)錨桿→噴射混凝土→施作仰拱→施作二次襯砌。

開(kāi)挖施工中，首先處理的是上邊的弧形導(dǎo)坑，再轉(zhuǎn)為左右錯(cuò)位開(kāi)挖的方法，由此完成中臺(tái)階的開(kāi)挖作業(yè)，期間密切關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)挖除上中臺(tái)階的核心土，再施作下臺(tái)階的仰拱，期間各道工序緊密銜接，形成流水化作業(yè)模式，盡可能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)仰拱封閉成環(huán)的目標(biāo)。

各階段開(kāi)挖的關(guān)鍵作業(yè)要點(diǎn)有：

（1）上臺(tái)階開(kāi)挖：經(jīng)前期的超前支護(hù)作業(yè)后，若無(wú)誤即可進(jìn)入上臺(tái)階開(kāi)挖環(huán)節(jié)，采取機(jī)械設(shè)備為主、人工為輔的方法，預(yù)留核心土，高度2.3-2.5m。

（2）中臺(tái)階開(kāi)挖：以兩側(cè)左右錯(cuò)開(kāi)的方式開(kāi)挖，原因在于經(jīng)前期施工后，已經(jīng)形成具有穩(wěn)定性的上臺(tái)階初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以發(fā)揮出支護(hù)的作用，因此具備錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖中臺(tái)階的施工條件。挖掘機(jī)應(yīng)在中臺(tái)階的核心土處穩(wěn)定運(yùn)行，由專員操作，精準(zhǔn)控制開(kāi)挖進(jìn)尺，隨后再由人工修整，全面保證開(kāi)挖質(zhì)量。

（3）下臺(tái)階開(kāi)挖：施工方法與上臺(tái)階相類似，開(kāi)挖長(zhǎng)度取3-4榀拱架間距。

（4）出碴：各部分開(kāi)挖期間將產(chǎn)生棄碴，為避免現(xiàn)場(chǎng)堆積現(xiàn)象，宜利用挖掘機(jī)裝載，由自卸車轉(zhuǎn)移至指定堆放場(chǎng)所。

3.3 初期支護(hù)施工

以隧道開(kāi)挖進(jìn)度為準(zhǔn)，合理安排初期支護(hù)作業(yè)，保證兩項(xiàng)工作同步開(kāi)展。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制施工長(zhǎng)度，未經(jīng)許可時(shí)不可隨意變更；及時(shí)設(shè)置支撐裝置，發(fā)揮出防護(hù)作用；密切測(cè)量挖掘深度，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)后續(xù)的開(kāi)挖施工，在安全的環(huán)境下完成各項(xiàng)開(kāi)挖作業(yè)[3]。

3.4 二襯施工

為充分發(fā)揮出二次襯砌的支護(hù)作用，需嚴(yán)格控制其與仰拱的安全距離，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖等級(jí)而定，Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)該值≤90m，Ⅴ圍巖時(shí)該值≤40m。此外，根據(jù)各施工部位選擇合適的材料，填充環(huán)節(jié)以C15混凝土為宜，仰拱施工可采用C30混凝土。以施工要求為準(zhǔn)，在攪拌站集中生產(chǎn)適量質(zhì)量達(dá)標(biāo)的混凝土，遵循隨拌隨用的原則，將出廠后的混凝土及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，檢測(cè)其坍落度，滿足要求后方可用于澆筑，優(yōu)先施工仰拱中心，逐步向兩邊對(duì)稱推進(jìn)。為確保混凝土具有足夠的密實(shí)性和平整性，澆筑期間利用振搗器振搗。需注意的是，振搗器的作業(yè)點(diǎn)位應(yīng)具有合理性，不可出現(xiàn)振搗點(diǎn)過(guò)密或過(guò)于疏松的情況。

圖2 隧道初期支護(hù)施工

3.5 防排水施工

初支與二襯間設(shè)置防水板（1.5mm厚）和無(wú)紡布，縫隙處使用雙焊接縫。

根據(jù)施工要求，在矮邊墻處設(shè)置防水板，該板材結(jié)構(gòu)與二襯間易形成縱向接縫，為盡可能避免此問(wèn)題，在二襯施工前便制作合適尺寸的襯砌臺(tái)車，對(duì)其兩側(cè)底模采取加長(zhǎng)處理措施。仰拱以上的部分采取二襯混凝土一次澆筑成型的方法。經(jīng)過(guò)一系列的技術(shù)優(yōu)化后，可以提高矮邊墻的施工效率，并且可減少防水板兩側(cè)的縱向接縫，具有較好的綜合應(yīng)用效果。

隧道為上坡施工，在此條件下，隨著掌子面的開(kāi)挖，部分水（指的是灑水濕潤(rùn)處理后多余的水）易向下流淌，從而聚積在仰拱開(kāi)挖處。針對(duì)此問(wèn)題，采取的是霧炮機(jī)噴霧降塵的方法，此時(shí)可以有效減少多余的水分，由此避免水分大范圍聚集在仰拱開(kāi)挖處的情況。在錨桿鉆孔施工環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)用水量的控制，在不影響施工質(zhì)量的前提下盡可能減少用水量，以免因水分過(guò)多而流淌至仰拱基坑處。此外，經(jīng)仰拱開(kāi)挖作業(yè)后，需隨即組織仰拱混凝土回填，通常該間隔時(shí)間不超過(guò)1h。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大斷面黃土隧道的地質(zhì)條件特殊，隧道開(kāi)挖期間易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。對(duì)此，工程技術(shù)人員需遵循因地制宜的原則，做好前期勘察工作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件合理制定施工方案，適配先進(jìn)的施工技術(shù)，以規(guī)范化的方式將相關(guān)工作落實(shí)到位，保證大斷面黃土隧道的施工質(zhì)量。