連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術的研究應用

林 虎 （安徽省路港工程有限責任公司 安徽 合肥 230011）

1 前言

連拱隧道邊界條件、受力狀態都是極為復雜，施工時經常造成襯砌結構腐蝕裂損、凍害、滲漏水等病害，如何采用最經濟的手段維持隧道圍巖的穩定，保證隧道施工過程安全和結構質量是技術管理人員需要面臨解決的問題。

石壁山隧道位于安徽省黃山市黃山區譚家橋鎮，為連拱式短隧道。隧道全長150m，最大埋深約35m，隧道凈空（寬×高）：2×11.25m×5m。隧道出口端位于約313斜坡區域，單壓明洞長5m，以及半明半暗Ⅰ、Ⅱ型襯砌各長20m，襯砌段地質自然坡強風化層破碎，不穩定，成洞條件差，施工時易導致表層強風化層崩塌。

2 技術原理

半明半暗連拱隧道襯砌段，下部為明洞基礎，上部為明洞洞身、洞門及附屬工程、邊坡仰拱加固及排水系統。明洞擴大基礎地基應穩固，對于土層基礎應進行開挖至巖石區域，然后通過素混凝土或漿砌片石回填找平。在明洞背后邊坡上，開鑿成臺階狀，采用注漿加固與埋入式整體現澆或裝配預制錨固梁，臺階種植土護坡后覆主動防護網和防護，必要時采用錨桿進行加固防護。明洞襯砌工程施工內模采用液壓式鋼模板襯砌臺車進行全斷面一次襯砌工藝，外模及外支撐采用木模和鋼管支撐。明洞與暗洞交接區域，應從內部向外部進行施工。建立快速裝拆洞口套拱支模體系，縱向貫穿連桿互連的整體式工字鋼架，內部采用可調單元式組拼桁架支撐，外側采用三角支架單元組拼整體定型化支撐。采用模板臺車作為工作平臺，上設標高可調式鋼管腳手支撐體系支撐底模，邊墻基礎全幅整體一次澆筑成型、拱墻一次整體澆筑成型。

3 技術創新點

①減少隧道施工圍巖結構的擾動，維持圍巖的原始狀態，保持開挖能量最小化；

②對臺車每一施工階段進行實時監控，對范圍外的出現誤差及時采取糾偏措施；以此保證結構的受力和變形始終處于安全狀態；

③邊墻和拱腰處的環向施工縫采用可止水排水帶防排水，應做到剛柔結合；中隔墻墻頂與左右洞接觸處，采用定位鋼筋與墊塊精確安裝拱墻鋼筋，實現了邊墻基礎和拱墻整體一次澆筑成型，有效提高隧道襯砌段的質量；

④加強拱頂施工質量以及拱頂防排水控制，在防護結構采用仰坡坡體加固與柔性網主動防護的復合生態防護體系。

⑤內部采用可調單元式組拼桁架支撐，外側采用三角支架單元組拼整體定型化支撐，建立快速裝拆洞口套拱支模體系，實現支模體系的安全、高效。

4 施工順序及控制要點

4.1 施工順序

邊仰坡防護→中導洞開挖、支護→中隔墻施工→擴大基礎及側墻施工→護拱施工→套拱施工→管棚施工→鋼筋籠安裝→管棚。

4.2 技術施工要點

①邊仰坡防護。根據洞口仰坡土石方分為兩次開挖，首先開挖隧道上下臺階分界線標高以上及成洞面區域以外側部分，施工開挖中預留進洞臺階，對坡面進行錨噴支護防護；然后開挖剩余區域，施作錨桿加噴混凝土的防護施工時采用注漿加固與埋入式整體現澆或裝配預制錨固梁，臺階種植土護坡后覆主動防護網防護，預制裝配式擋截排一體式邊溝。

②中導洞開挖、支護。采用臺階法開挖，機械和爆破結合作業，裝載機倒退出碴，自卸汽車運至指定場地的無軌運輸方式。中導洞臨時支護方式分別為：開挖出渣完畢后打設3米長φ22早強砂漿錨桿和掛設φ6鋼筋網，設立I18型工字鋼架，Ⅴ級圍巖噴射22cm厚C25早強混凝土。

③中隔墻施工

圖1 中導洞開挖、支護

圖2 中隔墻施工

中隔墻在中導洞貫通后從相反方向往進洞端澆筑混凝土，模板臺車襯砌，按每兩天一循環，每循環9m施作。臺車就位后，利用中導洞鋼架支護，對襯砌臺車穩定性定位加固后，中隔墻下部左右側預留放置縱向排水溝的凹形槽。中隔墻墻身采用C30防水混凝土，混凝土澆筑完成后，在中隔墻頂部回填與墻身同標號混凝土，確保回填密實，中隔墻基礎要落在實處，并及時施作臨時支撐和漿砌片石回填，避免發生偏壓側移等現象。在混凝土澆筑前，在拱頂部位預埋一根φ42×4mm鋼管，進行壓漿處理，確保中隔墻頂部密實。

④擴大基礎及側墻施工

根據設計圖紙，黃山端明洞、V半明半暗Ⅰ、V半明半暗Ⅱ襯砌段明挖部分采用擴大基礎，C20片石混凝土基礎，基地允許承載力要求[σ]≥300KPa。基底需要按臺階開挖，臺階高1.5m、2m，臺階寬2m，基礎高度為3.5m～9.5m不等；外側邊坡坡率1：0.25。為減少工序之間影響，擴大基礎在中隔墻施工完成后開始施工，開挖至設計高程以上10-20cm，采用人工清槽。質檢人員對地基承載力、平面尺寸、位置、高程等自檢合格的情況下，向監理報檢，經驗收合格后進行基礎模板安裝和片石混凝土澆筑。基礎模板采用20mm厚竹膠板+100×100mm方木+Φ42無縫鋼管。一次澆筑高度不超過3.5m，超過3.5m的分層澆筑，上下層之間預留足夠的連接石，采用30cm以上的堅硬片石，接觸面并鑿毛。側墻設計為C30防水混凝土，外墻采用鋼模板，與二次襯砌相接的內墻面采用柔性的模板，分兩次澆筑，第一次澆筑耳墻以下部分，第二次澆筑耳墻部分。

⑤護拱施工

為確保施工安全，半明半暗襯砌段采用蓋挖法施工，在明挖部分先施工護拱，再進行開挖施工。設計護拱為C30混凝土，內設I22b工字鋼，間距60cm，并與初期支護中的I22b工字鋼閉合成環。護拱一端嵌入邊坡中，嵌入深度不小于50cm，一端支撐在中隔墻或側墻上。工字鋼安裝完畢后，進行護拱底模板安裝，模板采用竹膠板，用方木支撐在地面上，加固牢固，并預留足夠下沉量，確保不侵入二襯凈空。護拱與超前大管棚重疊部分，采用在護拱中預埋Φ135×4.5孔口鋼管。

⑥套拱施工：根據設計圖紙并結合現場實際地形，擬定左右洞套拱在中隔墻完成后實施，左右洞設置在K114+480～K114+482，管棚穿過護拱部分，在護拱中預埋孔口管。由專業測量人員進行測量定位放樣，導向管采用Φ108×6mm無縫鋼管，導向管方向與路線中線平行安裝，仰角1～3°（路線有縱坡需核算考慮），環向之間距離0.4m。

⑦管棚施工

熱軋無縫鋼管沿拱部環向布置，各間 距0.4m，材 料Φ108×6mm；鋼 管0.3m；管棚間隔注水泥漿，注漿壓力：初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa。

管棚施工順序：開挖設計標高→封閉巖面（噴混凝土）→澆筑混凝土基礎→工字鋼拱架安裝→固定孔口管→立模澆注混凝土護拱→鑿巖臺車鉆奇數孔→清孔→頂管→鋼筋籠安裝→注水泥漿→鑿巖臺車鉆偶數孔→清孔→頂管→鋼筋籠安裝→注水泥漿。

⑧鋼筋籠安裝

管棚內插加勁鋼筋籠，其中主筋為4根直徑20mm，其固定環采用每段長4cm的φ42mm熱軋無縫鋼管制作，間距1.5m，與主筋之間焊接；按6m分節段焊接好后安裝，現場對接焊好，接頭錯開50cm以上。（見圖3）

圖3 鋼筋籠斷面圖

⑨管棚注漿

注漿總體原則：先下后上、跳孔注漿、由稀到濃，且施工中應跳孔注漿。

注漿方法：a.先在鋼管中沿管壁安設φ15mm塑料硬管至孔底，在管口處與堵漿塞排氣孔連接，作為排氣管；b.注漿管與堵漿塞進漿孔連接，堵漿塞與管棚采用絲扣連接；c.注漿從進漿孔孔口注入，從排氣孔滿漿流出，達到設計注漿壓力或設計注漿量時終止。

5 結論

本技術通過建立邊仰坡坡體加固與柔性網主動防護的復合生態防護體系，采用注漿加固與埋入式整體現澆或裝配預制錨固梁技術，臺階種植土護坡后覆主動防護網防護，有效提高了坡體防護施工效率；建立快速裝拆洞口套拱支模體系，內部采用可調單元式組拼桁架支撐，外側采用三角支架單元組拼整體定型化支撐，提高了洞口套拱支模速度；施工中邊墻基礎全幅整體一次澆筑成型、拱墻一次整體澆筑成型，采用模板臺車作為工作平臺，提高了施工效率。通過在S11蕪湖至黃山高速公路工程等項目的成功應用，有效提高了連拱隧道施工效率，有效降低了成本，取得了顯著的經濟、社會和生態效益。可有效適用于公路、市政、鐵路V類圍巖連拱隧道半明半暗的襯砌段，II、III、IV類圍巖也可參照施工。