偏壓隧道半明半暗護(hù)拱進(jìn)洞施工技術(shù)

高利

山西路橋第四工程有限公司 山西大同 037006

在最近幾年中，隨著我國公路行業(yè)的不斷快速發(fā)展，特別是我國偏遠(yuǎn)山區(qū)的公路橋隧工程的建設(shè)發(fā)展非常迅速。對(duì)于橋隧隧道，因?yàn)橐┰降刭|(zhì)地形非常復(fù)雜的山體，所以常常在偏壓山體設(shè)置隧道洞口。在我國公路工程項(xiàng)目建設(shè)中，因?yàn)樗淼朗┕すて跁r(shí)間長、打通的隧道需要用作為通道，所以在公路工程項(xiàng)目建設(shè)中，隧道是非常重要的控制性工程，在偏壓地體上，怎樣環(huán)保、安全、快速進(jìn)洞是值得深入研究與探討的。基于此，本文以某一隧道進(jìn)洞實(shí)施工程實(shí)踐為例，詳細(xì)闡述了在偏壓隧道洞口施作半明半暗護(hù)拱進(jìn)洞的施工方法。

1 項(xiàng)目背景

此隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)的是分離式隧道，其中右線長度是355m，隧道的凈空是12.15m（寬度）×5m（高度），最大埋深接近是62m。隧道洞口位置的山體斜坡角度范圍是13°至22°，地表植被基本是自然發(fā)育的雜草與灌木；隧道右洞洞口部位的地形呈現(xiàn)為左高右低，屬于偏壓隧道。此隧道項(xiàng)目穿過的山體是石灰?guī)r，洞口位置是殘坡積層紅黏土（厚度是1m至2m），局部包含了塊石。隧道洞口25m范圍之內(nèi)的山體裂隙比較發(fā)育，巖體較為破碎，表現(xiàn)成塊狀。隧道圍巖級(jí)別屬于V級(jí)，自穩(wěn)定性能比較差。

2 隧道設(shè)計(jì)

此隧道項(xiàng)目的洞身部分選擇的是復(fù)合襯砌式設(shè)計(jì)。右線端洞口支護(hù)設(shè)計(jì)具體是：C30偏壓墻與半明選擇的是C30護(hù)拱（厚度是70cm，長度是20m），半明初期支護(hù)選擇的是中空注漿系統(tǒng)錨桿（其直徑φ=25mm，長度是400cm，環(huán)向間隔距離是100cm，縱向間隔距離是50cm，采用梅花型進(jìn)行布設(shè)）+I22b鋼架@=50cm、厚28cmC25噴射混凝土+φ8mm鋼筋網(wǎng)；二次襯砌是C30防水鋼筋混凝土（厚度是60cm）；超前支護(hù)采用的是φ108mm@50cm管棚[1]。

3 施工技術(shù)

本工程在施工過程中，嚴(yán)格遵守新奧法原理，具體施工順序?yàn)椋孩偈┕y量放樣；②對(duì)邊坡進(jìn)行分級(jí)開挖；③刷仰坡與偏壓墻基礎(chǔ)；④針對(duì)邊仰坡，對(duì)其選用錨噴支護(hù)方法；⑤對(duì)偏壓墻與護(hù)拱進(jìn)行澆筑；⑥對(duì)管棚進(jìn)行鉆設(shè)，將其用于洞口段的超前支護(hù)；⑦對(duì)三臺(tái)階進(jìn)行開挖進(jìn)洞；⑧對(duì)二襯與端墻式洞門進(jìn)行施工；⑨回填護(hù)拱頂部。

此隧道項(xiàng)目半明半暗護(hù)拱進(jìn)洞施工流程詳見圖1所示。

圖1 施工流程

3.1 施工準(zhǔn)備

嚴(yán)格、認(rèn)真審核此隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件，并根據(jù)規(guī)定要求進(jìn)行測量放樣，實(shí)現(xiàn)隧洞門、半明半暗段、偏壓墻與暗洞的詳細(xì)位置，然后對(duì)隧洞口的地形地貌、地質(zhì)條件等進(jìn)行實(shí)地勘察，確定其是否和設(shè)計(jì)文件內(nèi)容相契合。結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場地形條件等合理確定邊仰坡開挖線和截水溝區(qū)域。

3.2 邊仰坡開挖與防護(hù)

結(jié)合隧道項(xiàng)目實(shí)際情況選擇“機(jī)械+人工”的施工模式進(jìn)行隧道洞口危石處理，從隧道洞頂與開挖邊線相距3m至5m的平緩區(qū)域建立截水溝，實(shí)現(xiàn)隧道洞頂?shù)乇硭挠行鑼?dǎo)與攔截，從而防止隧道洞口遭受雨水的沖刷。按照測量放樣結(jié)果從邊坡、仰坡開挖界限處進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，然后通過挖掘機(jī)以由上到下的順序進(jìn)行分級(jí)開挖，將坡率控制為1:0.5，同時(shí)采取有效措施實(shí)施邊挖邊防護(hù)[2]。其中防護(hù)選擇的是噴錨支護(hù)，具體如下：①錨桿，φ22mm藥卷錨桿，長度是350cm；②噴射混凝土，級(jí)別是C20，厚度是10cm；③鋼筋網(wǎng)，直徑φ=8mm，規(guī)格是25cm×25cm。

3.3 偏壓墻基礎(chǔ)施工

以偏壓墻基礎(chǔ)開挖施工為例，基底的傾斜程度應(yīng)結(jié)合內(nèi)低（1）：外高（5）的坡比進(jìn)行控制，待開挖施工到基底設(shè)計(jì)標(biāo)高之后，認(rèn)真檢查基底地基的實(shí)際承載力，保證基底地基結(jié)構(gòu)的承載力至少為350kPa。與此同時(shí)，定位安裝偏壓墻基礎(chǔ)中的預(yù)留護(hù)拱鋼架，其型號(hào)是I22b，確定的縱向間隔距離是50cm，緊接著安裝基礎(chǔ)模板，保證其牢固、穩(wěn)定，最后澆筑基礎(chǔ)混凝土（級(jí)別是C30）。

3.4 護(hù)拱施工

精準(zhǔn)測量護(hù)拱各榀鋼拱架的具體位置，結(jié)合測量數(shù)據(jù)計(jì)算得出各榀鋼拱架弧長。為了能夠?qū)崿F(xiàn)護(hù)拱下沉侵限的有效控制，以及保證隧道二次襯砌的厚度，需要把護(hù)拱向外擴(kuò)約30cm，然后以此當(dāng)作預(yù)留沉降量。此項(xiàng)目中護(hù)拱鋼拱架選擇的是分節(jié)制作方式將其拼裝成拱形，節(jié)段的端部通過焊接的方式設(shè)置了連接鋼板，然后采用高強(qiáng)螺栓把各節(jié)段的鋼拱架有效連接成為拱形。而在鋼筋加工階段，需要從加工場制作各節(jié)鋼拱架，并準(zhǔn)確進(jìn)行編號(hào)，以便于后續(xù)順利安裝。把鋼拱架的一端設(shè)置于基礎(chǔ)預(yù)埋鋼拱架之上，而另外一端需要抵靠住山體，各榀鋼拱架選擇注漿鎖腳小導(dǎo)管（其直徑φ=42mm，長度是4m，壁厚度是4mm，數(shù)量是2根）把拱架錨固于山體之內(nèi)，同時(shí)將小導(dǎo)管的傾斜角控制為10°。待鋼拱架安裝結(jié)束之后，以縱向鋼筋（其直徑φ=22mm）的方式把各榀鋼拱架連接成為一體，同時(shí)從鋼拱架的外圈以50cm為環(huán)向間隔距離將熱軋鋼管（其直徑φ=127mm）焊接成管棚的導(dǎo)向管，根據(jù)規(guī)定要求進(jìn)行護(hù)拱模板施工。此項(xiàng)目中護(hù)拱模板選擇的是木模板，而支撐件選擇的是“I14鋼拱架”+“φ108×6mm鋼管”，其中I14鋼拱架（縱向間隔距離是50cm）必須從護(hù)拱的底部與拱底模板緊貼，而φ108mm×6mm鋼管以環(huán)向間隔距離2m與縱向間隔距離50cm進(jìn)行I14鋼拱架支撐[3]。此外，護(hù)拱底模應(yīng)保證一次成型，頂模采用“混凝土澆筑”+“封模板”同步進(jìn)行的施工方式，其中澆筑方法是泵送澆筑。

3.5 偏壓墻墻身施工

當(dāng)護(hù)拱澆筑施工結(jié)束之后，緊接著就要進(jìn)行偏壓墻墻身施工。此項(xiàng)目中偏壓墻墻身選擇的是分節(jié)施工模式，各節(jié)高度控制在2m以內(nèi)，而模板選擇的是鋼模板（其厚度是3mm），需要對(duì)模板安裝進(jìn)行加固處理，然后以泵送的方式進(jìn)行C30混凝土澆筑，同時(shí)以插入式振搗棒方式實(shí)現(xiàn)混凝土密實(shí)振搗，以提升混凝土澆筑施工效果。此外，偏壓墻的墻身各節(jié)段頂部應(yīng)預(yù)留連接鋼筋，從而把上節(jié)段墻身混凝土與下節(jié)段墻身混凝土連接成為一個(gè)整體。

3.6 管棚施工

護(hù)拱與偏壓墻施工完成之后，就需要實(shí)施管棚搭設(shè)。從隧洞口前以開挖石方為材料進(jìn)行管棚施工平臺(tái)填筑，以確保符合鉆孔與送管規(guī)定要求。管棚鉆機(jī)安放在施工平臺(tái)之上，結(jié)合護(hù)拱中預(yù)埋的導(dǎo)向管實(shí)現(xiàn)管棚孔的準(zhǔn)確定位，而且每個(gè)鉆孔施工后必須及時(shí)安裝管棚鋼管（采用的是熱軋無縫鋼管，其直徑φ=108mm，管壁厚度是4mm），分節(jié)進(jìn)行制作與安裝，各節(jié)段的長度范圍是4m至6m，以絲扣方式進(jìn)行連接，通過鉆機(jī)沖擊力與頂推力將管棚鋼管頂進(jìn)，從而防止發(fā)生塌孔現(xiàn)象[4-6]。待管棚鋼管安裝達(dá)標(biāo)后，從鋼管中插入鋼筋籠，根據(jù)從拱腳到拱頂順序?qū)嵤┕芘镒{，其中注漿材料選擇的是水泥漿，而水灰比控制是0.5:1，注漿施工的初始?jí)毫κ?.5MPa至1.0MPa，終壓控制為2.0MPa，而且終壓持續(xù)時(shí)間保證為3min至5min，然后才能夠停止注漿。

3.7 暗挖進(jìn)洞

此項(xiàng)目中開挖進(jìn)洞選擇的是三臺(tái)階法。隧道項(xiàng)目開挖施工之前，需要認(rèn)真完成超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測工作。其中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以“地質(zhì)雷達(dá)”+“超前水平地質(zhì)鉆”的模式確定掌子面實(shí)際地質(zhì)條件狀況，以保證隧道施工的安全性。從隧洞頂部建立地表下沉點(diǎn)，然后采集初始數(shù)據(jù)。隧洞口開挖選擇“弱爆”+“微爆”相結(jié)合的爆破方式，各循環(huán)開挖進(jìn)尺量保證處于1榀至2榀鋼架間距之內(nèi)，中臺(tái)階、下臺(tái)階的兩側(cè)需要交錯(cuò)進(jìn)行開挖，初期支護(hù)必須保證及時(shí)閉合成環(huán)，緊接著就要進(jìn)行二次襯砌與端墻式洞門施工[7]。

3.8 洞內(nèi)開挖施工

在完成管棚施工作業(yè)以后，選用明洞暗做施工工藝，進(jìn)行三臺(tái)階開挖進(jìn)洞。在進(jìn)洞之前，需要先對(duì)堆載洞渣進(jìn)行徹底清除，然后在回填反壓本段落的二襯與洞頂，有助于偏壓擋墻抵抗山體側(cè)向偏壓力的提高，為提高擋墻橫向水平的抵抗力，應(yīng)將洞渣臨時(shí)堆載在擋墻的外側(cè)。

3.9 洞頂回填反壓

針對(duì)隧道洞身，選用短進(jìn)尺機(jī)械對(duì)其進(jìn)行掘進(jìn)，需要對(duì)初期支護(hù)閉合成環(huán)進(jìn)行及時(shí)施工，掌子面應(yīng)與二次襯砌進(jìn)行緊貼。開挖洞身，好比在斜坡坡腳位置處掏空100m2的長基坑，導(dǎo)致原有山體偏壓力的加大，在這種情況下，如果只依靠偏壓擋墻、初期支護(hù)，基本上是很難對(duì)加大的山體偏壓力進(jìn)行有效抵抗，再加上如果遇到多雨季節(jié)，則會(huì)加大洞口段的施工風(fēng)險(xiǎn)。所以將洞身開挖30m長度時(shí)，應(yīng)對(duì)填充層與仰拱進(jìn)行施工，當(dāng)開挖50m長度時(shí)，應(yīng)對(duì)掌子面施工進(jìn)行暫停，封閉圍巖，同時(shí)需要對(duì)二次襯砌進(jìn)行立即施工，以保證洞口段的施工安全。

4 質(zhì)量控制

為了能夠提高護(hù)拱鋼拱架的安裝效果，需要精準(zhǔn)測放各榀鋼拱架的具體位置，然后計(jì)算得出鋼拱架弧長。與此同時(shí)，鋼拱架加工制作必須確保焊接質(zhì)量，拼裝施工需要將連接螺栓擰緊。

護(hù)拱中預(yù)埋管棚導(dǎo)向管的位置與角度需要保證符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求，管口應(yīng)選擇塑料膠帶進(jìn)行封堵處理，以免混凝土澆筑過程中造成導(dǎo)向管堵塞。

合理控制開挖進(jìn)尺，防止中臺(tái)階與下臺(tái)階開挖同時(shí)落底。及時(shí)進(jìn)行仰拱施工，長度控制在3m以內(nèi)。

隧道洞口二次襯砌與端墻式洞門必須及時(shí)施工，以保證隧道洞口的安全。同時(shí)，二次襯砌與端墻式洞門的強(qiáng)度必須滿足工程規(guī)定基本要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及時(shí)回填半明半暗護(hù)拱頂部。

5 結(jié)語

此隧道項(xiàng)目右線偏壓隧洞口選擇半明半暗護(hù)拱進(jìn)洞施工技術(shù)，其對(duì)隧洞口的破壞程度比較小，而且“零開挖”進(jìn)洞施工效果良好，進(jìn)洞開挖與支護(hù)安全、質(zhì)量都符合了工程規(guī)定要求。