市政公路下穿河流段隧道施工技術(shù)

李 雪 張 楊

（山東華富建設(shè)有限公司，山東 濰坊 261000）

0 引言

市政公路下穿河流段隧道施工包括眾多的施工項(xiàng)目、施工技術(shù)，加之施工環(huán)境具有復(fù)雜性的特征，更是加大了施工難度。為解決施工問題，降低施工難度，施工單位有必要做好施工調(diào)查工作，了解施工情況與要求，并設(shè)計(jì)科學(xué)的施工方案。與此同時，施工人員有必要學(xué)習(xí)河流段隧道施工技術(shù)，掌握施工技術(shù)應(yīng)用技巧，合理地推進(jìn)河流段隧道施工活動。

1 工程概況

本次以某市政公路下穿河流段隧道工程作為研究對象，該隧道兩岸結(jié)構(gòu)采用明挖法進(jìn)行施工，全線長度為890m，其中明挖隧道長600m，暗挖隧道長度為290m，均為雙向四車道設(shè)計(jì)線路，施工段在河床下最小覆蓋厚度為14m[1]。該工程施工難度比較大，在施工的過程中容易遇到各項(xiàng)問題[2]。所以說，施工單位需要認(rèn)真、謹(jǐn)慎地開展施工活動，積極地迎接施工中的挑戰(zhàn)。

2 市政公路下穿河流段隧道施工技術(shù)研究

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報

2.1.1 預(yù)報的目的

超前地質(zhì)預(yù)報是市政公路下穿河流段隧道施工的重要環(huán)節(jié)，預(yù)報的目的如下所述：1）了解工程地質(zhì)概況，明確施工方向，保證隧道施工工作的有效推進(jìn)，提升隧道施工水平；2）排除隧道施工是一項(xiàng)安全風(fēng)險高的工作。超前地質(zhì)預(yù)報工作可確保施工單位合理推進(jìn)施工安全方案工作，降低施工人員安全風(fēng)險；3）隧道施工設(shè)計(jì)工作的順利推進(jìn)需要超前地質(zhì)預(yù)報信息數(shù)據(jù)支持，而在有效開展該項(xiàng)工作的情況下，隧道施工設(shè)計(jì)工作水平將會提升；4）在編制竣工文件時需要地質(zhì)資料，而預(yù)報所得的數(shù)據(jù)、資料就屬于地質(zhì)資料，通過開展預(yù)報工作，可為竣工文件的編制提供資料支持。后期也可以參考預(yù)報數(shù)據(jù)資料，提升隧道安全運(yùn)營水平，最大化地發(fā)揮隧道價值。

2.1.2 超前地質(zhì)預(yù)報的手段及其任務(wù)

提前開展隧道施工活動，對比隧道施工與地質(zhì)預(yù)報所得出的信息數(shù)據(jù)；應(yīng)用綜合超前地質(zhì)預(yù)報的方法在施工期間有效地開展預(yù)報工作，以獲知工程地質(zhì)與水文情況，明確不良地質(zhì)的位置，評估不良地質(zhì)對施工安全性、施工質(zhì)量的影響，為隧道施工的科學(xué)推進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.1.3 超前地質(zhì)預(yù)報方案

由于超前地質(zhì)預(yù)報事關(guān)工程的安全性、工程建設(shè)質(zhì)量，相關(guān)主體需要高度地重視該項(xiàng)工作。構(gòu)建超前地質(zhì)預(yù)報方案，有利于提高預(yù)報水平，因此要做好該項(xiàng)目工作。預(yù)報方案設(shè)計(jì)的要點(diǎn)如下所述：1）根據(jù)隧道情況以及工程質(zhì)量、安全要求，結(jié)合采取長距離與短距離預(yù)報；2）將超前水平鉆孔作為一項(xiàng)重要的施工活動，以便清楚地了解地質(zhì)情況，保證地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。

2.1.4 隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法

本次研究的隧道超前地質(zhì)預(yù)報方法如下：1）TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)。應(yīng)用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)可預(yù)測掌子面前方 100m~200m 的地質(zhì)條件，為施工提供可靠依據(jù)。因此在本次工程中應(yīng)用到了TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，超前地質(zhì)預(yù)報程序見圖1。首先，現(xiàn)場準(zhǔn)備。在開展隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作前，一定要做好現(xiàn)場準(zhǔn)備工作，以便達(dá)到事半功倍的預(yù)報效果。包括做好接受器套管清洗、安裝等工作。同時聯(lián)接電纜、炮孔裝藥等為后續(xù)預(yù)報工作的有效推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。其次，數(shù)據(jù)錄入。應(yīng)用計(jì)算機(jī)作為信息數(shù)據(jù)的錄入工作。最后，數(shù)據(jù)處理。解譯在預(yù)報中所獲得的數(shù)據(jù)、圖像等，為后續(xù)施工工作的推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。2）地質(zhì)雷達(dá)。在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報前，要做好測線布置工作。即針對該項(xiàng)目，就需要做好十字形布置、井字形布置工作，進(jìn)而正式開展地質(zhì)檢測工作。3）超前鉆孔。在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中，可采取超前鉆孔的方式，開展預(yù)報活動。超前鉆孔預(yù)報的流程見圖2。首先，開展測量定位工作，其次，做好機(jī)械就位及安裝工作，在該環(huán)節(jié)中要把控測量定位工作。再次，進(jìn)行水文地質(zhì)試驗(yàn)工作，包括鉆進(jìn)水文地質(zhì)試驗(yàn)地點(diǎn)→整理巖石標(biāo)本（巖芯）→進(jìn)行巖石標(biāo)本鑒定→涌水測定，了解地質(zhì)水文狀況→存儲巖石標(biāo)本，然后，資料整理。最后，預(yù)測預(yù)報與印證。

圖1 超前地質(zhì)預(yù)報程序

圖2 超前地質(zhì)鉆孔預(yù)報流程

2.2 下穿河流段超前探水方案研究

在下穿河流段隧道施工中，要明確提前構(gòu)建探水方案。該方案涉及的內(nèi)容如下：1）應(yīng)用紅外探水技術(shù)可在復(fù)雜環(huán)境下獲得準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)。采用紅外探水技術(shù)探測下穿河流段是否存在水，以便更好地評估施工活動，有效地為施工工作排除不良干擾因素，在距離掌子面 20m 范圍內(nèi)進(jìn)行了探水工作，發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在水；2）在隧道軸線上，每間隔10m就設(shè)置了1個測試點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況總共設(shè)置8個測試點(diǎn)，進(jìn)而開展測試工作[3]；3）在測試完成后，則需要整理所得的數(shù)據(jù)資料，并分析數(shù)據(jù)資料，切實(shí)保證后續(xù)施工活動順利推進(jìn)。

2.3 全斷面帷幕注漿地層加固技術(shù)研究

全斷面帷幕注漿屬于地層加固技術(shù)，在工程建設(shè)中，要注重應(yīng)用全斷面帷幕注漿施工技術(shù)，對地層進(jìn)行加固處理，具體涉及的施工工作如下所述。

2.3.1 鉆孔

在鉆孔前，要做好鉆孔機(jī)器的選擇工作，針對該工程選擇的是RPD-75SL-H2多功能鉆孔機(jī)。為提高多功能鉆孔機(jī)應(yīng)用水平，保證施工效果，要做好開孔直徑的控制工作，避免降低施工水平，同時也要控制好終孔直徑。前者的直徑為Φ110mm，后者的直徑為Φ91mm[4]。記錄是鉆孔施工的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。相關(guān)人員需要做好記錄工作，如記錄出水量、終孔深度等，這樣就可以為后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)資料。

2.3.2 注漿

在該工程施工時，一定要根據(jù)注漿的流程開展施工活動。注漿的工序包括以下事項(xiàng)：挖孔口段安設(shè)套管；在鉆孔到位后大，將注漿管后退3m，進(jìn)而開展注漿施工；注漿管繼續(xù)后退3m，再次進(jìn)行注漿；仍舊后退，直到完成整個注漿施工工作。

2.3.3 注漿方式

將套管柱塞方式應(yīng)用注漿工作中，提升注漿施工水平。針對超過 20m 的深孔，要確認(rèn)注漿管位置，進(jìn)行壓力控制工作，保證注漿效果。

2.3.4 注漿前的準(zhǔn)備工作

開展注漿前的準(zhǔn)備工作，有利于達(dá)到事半功倍的注漿效果。所以說，注漿準(zhǔn)備是一項(xiàng)不可缺少的工作。注漿前的準(zhǔn)備工作即試泵，以了解泵吸水功能，其中在泵的壓力符合預(yù)定注漿壓力后，要持續(xù)3min。倘若在3min泵沒有出現(xiàn)運(yùn)行問題，就代表泵的功能是正常的，可保證注漿施工操作活動的順利推進(jìn)。

2.3.5 選擇注漿參數(shù)

在注漿施工中，要做好注漿參數(shù)的選擇工作，包括注漿壓力須設(shè)定為2.0MPa~5.0MPa；注漿的速率為5L/min~110L/min，其中，相關(guān)人員需要注意觀察施工實(shí)際情況，靈活地調(diào)整注漿的速率，保證注漿施工質(zhì)量。一般而言，注漿的速率須控制在 5L/min~110L/min。在停止注漿操作后，需要再注入一定的清水，清洗管中的漿液，防止?jié){液凝固在管中。在整個注漿施工完成后，要拆卸注漿器，沖洗保養(yǎng)注漿機(jī)具。

2.3.6 注漿中異常現(xiàn)象的處理

在發(fā)生注漿異常現(xiàn)象時，會影響注漿效果。因此，要格外留意注漿情況。如果注漿壓力突然升高，就需要注入清水，待泵壓正常后，就可以繼續(xù)開展工作。通過開展這些工作，可以確保施工活動有效進(jìn)行。為此，要注重研究注漿中異常現(xiàn)象的處理方法，并提前構(gòu)建應(yīng)對措施，以便有效處理該問題。

2.3.7 注漿效果檢驗(yàn)

在注漿施工完成后，要檢查注漿施工工作，了解注漿情況。

2.4 開挖方法研究

2.4.1 洞口處理方法

2.4.1.1 洞口段超前長管棚

根據(jù)工程實(shí)際情況，確定注漿長管棚，其中采用的是φ108mm熱軋無縫鋼管，鋼管長度是 40m，壁厚是 6mm，環(huán)向間距是 40cm。在鋼管長度、壁厚、環(huán)向間距得到有效控制的情況下，就可以順利推進(jìn)洞口段超前長管棚施工工作，具體如下所述：1）施工準(zhǔn)備。制作鋼花管，做好鋼花管上圓孔直徑、孔間距離的控制工作，將孔直徑控制在10mm~16mm，孔間距離為15cm。在整個施工中會應(yīng)用到多個鋼花管，為提升施工質(zhì)量，要用絲扣連接鋼管節(jié)間。另外，在施工前，要做好水泥試驗(yàn)、注漿參數(shù)的設(shè)計(jì)等多項(xiàng)工作，保證注漿效果。同時應(yīng)用M10水泥砂漿進(jìn)行鋼管封孔；2）孔口定位。開展測量定位工作，確定長管棚管孔位置，以防后續(xù)偏離正確的方向；制作導(dǎo)向墻，并埋設(shè)導(dǎo)向鋼管；全方位、多角度地監(jiān)測導(dǎo)向鋼管位置，避免因位置錯誤而影響施工效果；3）鉆孔、打鋼管。在注完漿之后，再打無孔的鋼管；在鉆孔的過程中，要觀察前一節(jié)管外露的距離，在外露達(dá)到30cm~40cm時，則需要接套管和長鉆桿，再進(jìn)行鉆進(jìn)工作[5]。4）鋼筋籠制作。在施工中，應(yīng)完成鋼筋籠的制作工作。在制作前，要認(rèn)真地觀察、分析鋼筋籠制作圖紙，遵守設(shè)計(jì)規(guī)范、流程等，提升鋼筋籠制作水平。與此同時，要做好鋼筋籠材料的選擇工作，防止應(yīng)用不符合鋼筋籠制作質(zhì)量要求的材料。5）注漿。在鋼筋籠放入管孔后，則需要進(jìn)行注漿施工活動。在本次施工中主要應(yīng)用M10 水泥砂漿，進(jìn)行注漿施工作業(yè)，以保證注漿效果。在完成注漿施工后，需要進(jìn)行管內(nèi)漿液的清洗工作，以及進(jìn)行注漿施工檢查工作。

2.4.1.2 超前隧道開挖與初期支護(hù)

應(yīng)用三臺階臨時仰拱法進(jìn)行超前隧道開挖施工活動；應(yīng)用I20 型鋼鋼架、φ89mm 超前大管棚、φ25mm玻璃纖維錨桿、混凝土等開展初期支護(hù)工作，這樣不僅可以保證施工工作的順利進(jìn)行，而且可以確保施工人員安全，因此勢必要做好該項(xiàng)工作[6]。

2.4.2 洞身開挖

應(yīng)用CD法進(jìn)行洞身開挖施工活動；分左、右導(dǎo)坑開展開挖施工活動；在使用分機(jī)器開展開挖施工時，人工也需要加入開挖施工工作。通過人工輔助洞身開挖施工工作，保證施工質(zhì)量，保障施工安全。

2.5 施工控制技術(shù)研究

2.5.1 初支施工技術(shù)

在工程施工中會應(yīng)用到初支施工技術(shù)，包括鋼架施工工藝、噴射混凝土施工工藝。本次介紹了2項(xiàng)工藝的施工要點(diǎn)。

鋼架施工工藝應(yīng)用要點(diǎn)：1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖，檢查鋼筋架，如果鋼筋架不符合設(shè)計(jì)要求，則不應(yīng)使用該鋼筋架；2）在施工的過程中，會受到內(nèi)外因素的影響，進(jìn)而留下浮渣。為此，清除底腳處的浮渣[7]；3）根據(jù)施工要求、設(shè)計(jì)圖紙等，做好鋼管的焊接工作；4）縱向連接鋼筋，為順利開展施工活動奠定基礎(chǔ)。

噴射混凝土施工工藝應(yīng)用要點(diǎn)：1）選擇符合混凝土施工要求的材料，根據(jù)混凝土配比標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行配比工作，充分地保證混凝土的性能，最終混凝土的強(qiáng)度等級應(yīng)為C25、密度應(yīng)為≮2200kg/m3、1d 齡期抗壓強(qiáng)度為≮5MPa、彎曲抗壓強(qiáng)度為≮13.5MPa；2）將濕噴工藝應(yīng)用在噴射混凝土施工工作中；3）在噴射的混凝土按終凝2h后，則需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，即通過灑水的方式開展養(yǎng)護(hù)工作，一般而言，灑水養(yǎng)護(hù)的時間應(yīng)大于一周。

2.5.2 二次襯砌施工工藝

在施工中，要遵守二次襯砌施工流程，包括檢查支護(hù)工作→鋪設(shè)防水板→準(zhǔn)備混凝土施工材料→推進(jìn)灌注工作→拆除模板→開展施工養(yǎng)護(hù)活動。對施工人員來講，其需要掌握二次襯砌施工要點(diǎn)，提升自身專業(yè)技能，進(jìn)而保證二次襯砌施工工藝應(yīng)用效果。

2.5.3 結(jié)構(gòu)防水防排水施工

在河流段隧道防水防排水施工質(zhì)量不高的情況下，會影響工程壽命，降低工程質(zhì)量，同時會埋下很多安全隱患，容易造成不可估量的損失。正因如此，施工單位格外地重視河流段隧道防水防排水施工工作。一方面，要鋪設(shè)防水板，另一方面，要做施工縫處理，防止出現(xiàn)縫隙透水的問題。結(jié)構(gòu)排水施工要點(diǎn)：沿線每隔100m左右設(shè)置一個集水坑，設(shè)置排水泵站，保證排水工作有效進(jìn)行；為將水排出隧道，要在外設(shè)置排水池，并做好內(nèi)外排水設(shè)施的連接工作。在排水的過程中，應(yīng)根據(jù)積水情況，移動排水泵站，保證排水效果。

3 結(jié)語

綜上所述，在市政公路下穿河流段隧道施工中，要做好綜合超前地質(zhì)預(yù)報工作，了解地質(zhì)情況，排除施工安全隱患，科學(xué)推進(jìn)后續(xù)施工活動。同時在施工中要做好加固處理、開挖施工、結(jié)構(gòu)防排水施工、施工安全管理等多項(xiàng)工作。在施工結(jié)束后，不僅需要檢測工程質(zhì)量，而且需要總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，完善市政公路下穿河流段隧道施工體系，以便有效指導(dǎo)相關(guān)施工活動。