山區連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術應用探析

王麒麟，蘇穎 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

目前在我國隧道工程項目中，半明半暗襯砌段是隧道技術難度最大、受力最復雜的部位，施工中控制不當極易發生塌方冒頂、山體滑動事故。針對上述情況，研發出了連拱隧道半明半暗襯砌段施工工法。結合S11蕪湖至黃山高速公路07標工程項目應用實踐效果，對該技術工藝進行分析論述，在類似工程中具有借鑒意義。

1 施工技術

本工法在隧道工程半明半暗襯砌段施工過程中，通過建立新型邊仰坡坡體加固與柔性網主動防護的復合生態防護體系，在開挖過程中保證了邊仰坡的整體穩定性和安全性。在具體施工過程中通過使用由三腳架、單元組拼桁架、臺車等組成的洞口套拱體系，利用該體系縱向貫穿連桿和模板底模支撐均可調節，具有快速裝拆的優點，使得邊墻基礎和拱墻在施工過程中做到全幅整體一次澆筑成型。

2 工法特點

①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，開挖施工過程中有效保護了邊仰坡的整體穩定性，有利于生態系統的快速恢復。

②建立了由三腳架、單元組拼桁架、臺車等組成的洞口套拱施工快速裝拆體系，其設計結構具有穩定性高、形變量小、剛度大的特點，增大了有效凈空面積。襯砌結構施工進行過程中臺車定位速度快，提高了襯砌混凝土的內在和整體外觀質量，實現了施工的安全高效。

③邊墻基礎全幅整體一次澆筑成型、拱墻一次整體澆筑成型，有效提高了邊墻的整體穩固性以及抗剪能力，提高外觀質量。

3 工藝原理

3.1 連拱隧道半明半暗襯砌段的結構成型新方式

本工法半明半暗連拱隧道，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。明洞在擴大澆筑基礎時應落在堅實穩固的土地基上，如在混凝土層上，須將土挖至基巖，用鋼筋漿凝土砌片石或素混凝土粘土回填方法找平。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，必要時采用錨桿防護。明洞支模襯砌體系采用快速支模裝填自拆方式洞口支模套砌和拱形式支模襯砌體系全部跨斷面一次明洞襯砌。

3.2 邊仰坡復合生態防護體系

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，減少邊仰坡擾動，增加邊坡穩定和綠化效果。邊仰坡自上而下分臺階開挖，坡體采用錨網噴與主動防護網復合防護形式，巖土體破碎嚴重區域先注漿加固，并在錨桿端部設置埋入式整體現澆或裝配預制錨固梁，隧道洞口邊仰坡開挖線外施作漿砌石或預制裝配式擋截排一體式邊溝;臺階種植土護坡后，加覆主動防護網防護，并對邊仰坡采用適宜植被三維網生態護坡。

3.3 快速裝拆洞口套拱支模體系

建立了快速裝拆洞口套拱支模體系及施工方法，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。

圖1 半明半暗連拱隧道結構示意圖

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

見圖2。

圖2 半明半暗連拱隧道施工工藝流程圖

4.2 操作要點

4.2.1 中導洞開挖、支護

中導洞開挖挖掘面寬6.38m，高6.72m，采用臺階法挖出，機械和動力爆破設備結合作業，裝載機和自卸汽車協同工作，將渣土裝運至指定場地。中導洞臨時支護方式：開挖出渣完畢后打設3m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。

4.2.2 中隔墻施工

中隔墻在中導洞貫通后，反向從進洞端開始澆筑混凝土，現場人工綁扎中導洞隔墻上的鋼筋。模板臺車襯砌每次施工作業9m，每兩天作為一個施工周期。中隔墻應在墻身使用標號c30防水混凝土進行澆筑，澆筑墻體完成后，在中高層隔墻頂部還應回填與澆筑墻體本身同標號防水混凝土，確保頂部回填密實，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。

4.2.3 擴大基礎及側墻施工

①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;外側邊坡坡率1:0.25。

②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。質檢工作人員對底層地基片石承載力、平面結構尺寸、位置、高程等自測質檢結果合格的正常情況下，向工程監理部門報檢，經驗證回收自檢合格后方可進行底層基礎片石模板施工安裝和基礎片石鋼筋混凝土基礎澆筑。基礎模板采用20mm厚竹膠板+100×100mm方木+φ42無縫鋼管。一次澆筑高度不得超過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。

4.2.4 護拱、套拱施工

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。工字鋼板的安裝工作完畢后，進行了保護拱底模板鋼的安裝，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，做法參照圖紙套拱中預埋孔口管做法。

4.2.5 鋼筋籠安裝

導管內插加勁鋼筋籠，主筋4根，直徑20mm，固定環使用φ42mm熱軋無縫鋼管進行制作，每段長4cm，間距150cm，與各主筋之間焊接;按6m分節段焊接好后安裝，現場對接焊好，接頭錯開50cm以上。鋼筋籠接長采用搭接焊，焊接工藝須符合規范要求。

4.2.6 初期支護施工

采用臺階法開挖斷面，再使用光面爆破，周邊眼間隔裝藥。當洞口防護施工完成后，即可進行暗洞的開挖施工。

①每榀處的拱架之間均應采用兩根縱向互相連接的鋼筋橫梁進行橫向連接，以達到加強橫梁支護的拱架整體使用效果。

②鋼架固定位置安裝前在其他的鋼架臨時安裝固定施工位置上向鋼架施工單元加入臨時設定施工位置的兩根鋼筋，以便臨時固定各自的鋼架施工單元。只要在其鋼架固定位置安裝在圍巖面已鋼架施工完并進行鋼架初驗并同時噴涂了鋼筋混凝土后方可施工進行。

③鋼桁架橋梁基底拱頂框架拱頂基底安裝時，必須嚴格要求保證與隧道縱向高度標準垂直，其上下、左右傾斜方向上的允許高度標準偏差一般控制為5cm，鋼架拱頂橫向橫梁傾斜度標準偏差一般不得大于2°。若施工發現桁架拱頂基底接腳處與基底高度標準最高高度偏差不足時，要單獨重新設置一個加固鋼板槽以對其進行高度上的調整，必要的時候還需用混凝土加固鋼板槽來加固桁架拱腳拱頂基底。

④鋼架與圍巖之間存在間隙，應當使用噴射混凝土將其充填密實。用混凝土墊塊將空隙處頂緊，鋼架數量按照每單元為一處計列，每處采用槽形墊塊一塊，楔形墊塊二塊，施工時可根據現場實際情況酌情調整。噴射混凝土時要由兩側拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋，保證鋼架保護層不小于4cm。

4.2.7 二次襯砌

二次襯砌在圍巖和初期支護變形基本穩定后施工作業。當出現圍巖變形量較大和流變特性明顯的情況時，要加強初期支護并盡早施作仰拱和二次襯砌。

鋪底鋼筋混凝土前應先行施工澆筑，便于工作臺車施工就位和及時展開二次施工襯砌，并改善洞內施工道路交通情況，營造良好洞內施工交通環境。

當矮邊墻與二次襯砌同時澆筑時，要求二次襯砌臺車下掛設可收放的矮邊墻鋼模板。這樣可以提高二次襯砌的整體質量。

在開挖工作完成后，應盡快開始施工邊墻基礎和仰拱及隧底填充工作。以達到支護結構系統盡快閉合的目的，從而構建穩固的支護支撐體系，保障各項工程運行安全，提高工程質量。

邊墻施工采用建筑鋼、木結構組合模板作為基礎模板，仰拱采用仰拱大樣模板，加密測點，保證仰拱的設計拱度準確無誤。混凝土泵車運送混凝土至指定地點澆筑，再使用插入式搗固棒進行搗固。隧道正洞仰拱及填充砼施作時，為確保運輸暢通，應分左右幅錯開交替進行。仰拱填充混凝土施工時，技術人員應嚴格監測混凝土表面標高，保證路面面層厚度符合標準。

圖3 支模體系示意圖

5 效益分析

5.1 技術效益

本工法對半明半暗段做整體性結構設計具有極大的現實意義，該技術是在拱隧施工傳統工藝基礎上開創的一種新的技術工法，豐富了拱隧施工的施工工藝，同時對施工的可行性和安全性也給予了有效保障，具有較大的技術效益。

5.2 經濟效益

通過在S11蕪湖至黃山高速公路07標工程項目實際應用，在拱隧施工中采用本技術工法與傳統適宜技術相比綜合節約造價9%左右，該施工方式優化改良了拱隧施工的傳統工藝，有效拓展了拱隧施工的創新手段，極大保障了施工的可行性和安全性。同時也節省了施工過程中的人力、財力和物力，產生了較好的經濟效益。

5.3 社會效益

連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術、施工工藝、施工控制技術對連拱隧道特別是半明半暗段施工技術發展有著深遠的意義，也將推動連拱隧道施工技術向前發展。本工法通過工程的應用推廣，證明了該工法能夠保證施工體系的安全性、可靠性，同時也節約了大量人力、物力、財力，提高了隧道工程的質量，具有一定的社會推廣效益。

6 結語

連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術的使用，對半明半暗段做整體性結構設計具有極大的現實意義，該技術成功應用于S11蕪湖至黃山高速公路07標工程項目，經研究分析，通過使用該技術，項目造價成本有所降低，給項目帶來了經濟效益，同時連續澆筑的特點有效加快了工程進度，提高了工程質量。該技術的成功應用推動連拱隧道施工技術向前發展，豐富了傳統半明半暗拱隧施工手段，具有極大的現實推廣意義。