公路土質隧道的掘進施工

摘要：本文以關中公路環線渭南界至玉山至太乙宮段工程F標段中公路土質隧道施工為研究對象，介紹了土質隧道的掘進方法及掘進過程中應注意的安全保證措施，為今后類似工程的施工提供了類比依據。

關鍵詞：土質隧道 掘進 安全 支護

0 引言

隨著高等級公路的迅速發展，隧道的數量增加了，特別是在山區，穿越土質地層的公路隧道越來越多，土質公路隧道具有大跨徑、大斷面、扁平形狀以及防水等級高等特點，加之圍巖土的強度較低，開挖擾動后變形大，自承能力差等特點，決定了土質隧道工程施工時應特別注意掘進方法的選擇，并嚴格按施工方法施工規范施工，以保證施工安全、質量及工期要求。下面以我公司施工的關中公路環線渭南界至玉山至太乙宮段工程F標段將軍嶺隧道為例加以說明。

1 工程概況

關中公路環線渭南界至玉山至太乙宮段工程設計為一級公路標準，我單位施工的F標段工程起訖里程為K23+950～K25+188.146，全長1.238Km，主要施工項目為：路基土石方2.1萬m3，雙孔鋼筋混凝土管涵1座，單線隧道即將軍嶺隧道1座。將軍嶺隧道是全線唯一的一座隧道，是全線控制性工程之一，全長1000m，凈寬10.5m，凈高5m。主要圍巖級別為IV、V級圍巖，為土質圍巖隧道，隧道進、出口段均屬淺埋、偏壓段，設計襯砌類型為復合式襯砌結構，采用新奧法施工。

2 掘進方法

開挖中最重要的一點就是防塌，容易發生坍方的部位主要有：

2.1 隧道洞口：隧道洞口集埋深淺、石質較差、受力結構復雜等不利因素于一體，處理不當極易發生坍方。

2.2 隧道拱腳：當采用臺階法施工開挖下半斷面時，

若拱腳支護不力，極易造成坍方。

2.3 隧道墻腳：當進行檢底施工時，措施不當墻腳懸空時，致使邊墻失穩而發生偏幫。

2.4 隧道拱部：地質條件較差，拱部變形較大，支護強度不足時，易發生拱部坍塌。

2.5 隧道與隧道的交叉部位，即主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說的交叉三角區，如果處理不當，支護不力，極易發生坍方。

2.6 在水平巖層或近似水平巖層中，拱部易發生掉頂；在垂直巖層或近似垂直巖層中，邊墻易發生偏幫。

防止出現坍方的預防措施最主要的就是選擇合適的施工方法，針對本工程的實際地質情況，將軍嶺隧道采用了如下的掘進方法：

本隧道為土質圍巖隧道，采用機械開挖人工配合，側翻裝載機裝渣汽車出渣。提前在挖掘機上安裝鏟刀，加快工作效率，減少超挖。

2.6.1 Ⅴ級圍巖正洞開挖。采用短臺階上下導坑，預留核心土環形開挖。開挖后立即進行初噴封閉圍巖，防止圍巖發生變形，同時開始量測，保證施工安全。開挖兩側弧形導坑，每次開挖長度2～3榀拱架間距。在開挖時，盡量減少對圍巖的擾動，接近拱架外輪廓與拱腳底部時采用人工開挖修整，禁止超挖。下導坑開挖采用跳槽馬口方式開挖，馬口長短結合，每次不得超過3榀拱架距離，開挖后立即噴射砼封閉圍巖，加快初支施作。在上導坑開挖和下導開挖時，為避免發生拱腳向內位移，必要時施作臨時仰拱，確保安全。

施工工藝流程：超前小導管(大管棚)支護→開挖上部弧形導坑→初期支護→開挖左側弧形導坑→初期支護→開挖右側弧形導坑→初期支護→復噴砼→開挖核心土→開挖仰拱→澆注仰拱砼→施做防水層→仰拱模筑襯砌→邊墻二次襯砌。

2.6.2 Ⅳ級圍巖正洞開挖。Ⅳ級圍巖施工采用正臺階預留核心土法開挖，臺階長度8～20m。上臺階開挖采用機械開挖人工配合，每次開挖長度2.0m。在上斷面開挖完成并檢查合格后，先噴射一層混凝土，鑿巖機成孔并安裝錨桿，掛設鋼筋網，安裝鋼拱架，然后復噴混凝土。下半斷面采用機械配合人工跳槽開挖。

施工工藝流程：超前錨桿支護→開挖上斷面土方→上斷面初期支護→開挖下斷面土方→下斷面初期支護→澆注仰拱砼→施做防水層→二次模筑襯砌。

2.6.3 初期支護。本標段隧道初期支護包括φ22砂漿錨桿，工字鋼拱架，掛鋼筋網，噴射砼。初期支護緊跟開挖面，減少圍巖暴露時間，抑制變形，防止圍巖松馳剝落，確保施工安全。

①砂漿錨桿施工，在初噴一層混凝土或架立鋼拱架后進行，錨桿孔的位置和方向，按照設計文件要求定位，采用風鉆鉆孔，孔徑較錨桿大15mm，鉆好后用高壓風將錨桿孔沖洗干凈。錨桿使用前，必須按規定逐批檢驗，檢驗合格的材料經矯直，除銹，除油，方能使用。鉆孔作業必須按設計要求定出孔位，并做出標記，以利于位置準確，允許偏差為±50mm。成孔后，先利用注漿機往孔內注入水泥砂漿，然后迅速插入錨桿，水泥砂漿終凝后安設孔口墊板，終凝前不得任意敲擊錨桿。待終凝后按規范要求抽樣進行錨桿抗拔試驗。②鋼筋網安設。鋼筋網在系統錨桿施作后安設，鋼筋類型及網格間距按設計要求施作。鋼筋網與被支護巖面間隙約3cm，鋼筋網與鋼筋網連接處點焊在一起，使鋼筋網在噴射時不易晃動。鋼筋網在洞外加工成片。③鋼拱架施工。本隧道全地段均設計鋼拱架支護，V級圍巖為I20a工字鋼，Ⅳ級圍巖為I16工字鋼，工字鋼架在洞外按設計加工成型，洞內安裝在初噴砼后進行，拱架間設縱向連接筋，鋼架間以噴砼填平。拱架拱腳必須放在牢固的基礎上，架立時垂直于隧道中線。當拱架與圍巖之間有間隙時，用噴射砼填平，嚴禁回填。鋼拱架平面垂直于隧道中線，其傾斜度不大于2°。鋼拱架的任何部位偏離鉛垂面允許偏差±5cm。鋼拱架按設計位置安設，拱架與圍巖之間留2～3cm保護層，盡量靠近。在安設過程中，當鋼拱架和初噴層之間有較大間隙時，用噴射砼回填。間隙過大時，可用砼楔塊頂緊，其點數單側不得少于8個。為增強鋼拱架的整體穩定性，將鋼拱架與錨桿焊接在一起。鋼拱架間設直徑φ22mm的縱向連接鋼筋，并按環向間距1.0m設置。鋼拱架架立后盡快噴砼作業，并將鋼拱架全部覆蓋，使鋼拱架與噴砼共同受力，噴射砼分層進行，每層厚度5～6cm左右，先從拱腳處或墻腳處雙側對稱向上噴射以防止上部噴射料虛掩拱腳(墻腳)不密實，造成強度不夠，拱腳(墻腳)失穩。④噴射混凝土施工。開挖后，立即施作噴射砼3～5cm，盡快封閉巖面，有效控制圍巖松動變形。將軍嶺隧道圍巖屬極軟巖，遇水極易軟化。只有開挖后及時噴射砼，才能控制圍巖松動坍塌。復噴混凝土在錨桿、掛網和鋼架安裝后進行，盡快形成噴錨支護整體受力，以抑制圍巖變位。鋼架間用混凝土噴平，并有足夠的保護層。噴射砼前應清理受噴面，調試噴射機。遇巖面水量大時，采取措施將水集中引排，使之在初期支護背后形成永久性排水孔。噴射時噴嘴與巖面的距離為60～120cm，噴射方向盡量與受噴面垂直，一次噴射厚度不宜超過10cm，第二次噴至設計厚度，太近太遠都會增加回彈量，拱部盡可能以直徑方向噴射。噴射作業完成后，噴射機和輸送料管內的集料必須及時清除干凈。噴射作業人員必須穿戴安全防護用品，噴射砼終凝2h后噴水養護，養護時間一般不少于7天。

3 掘進過程中應著重注意以下幾點

3.1 開挖、鑿孔。開挖人員到達工作地點時，應首先檢查工作面是否處于安全狀態，并檢查支護是否牢固，頂板和兩幫是否穩定，應待開挖面清除浮石以及瞎炮處理完畢后方可進行鉆眼作業。機械鑿巖時，采用濕式鑿巖機。站在碴堆上作業時，應注意碴堆的穩定，防止滑坍傷人。風鉆鉆眼時，應先檢查機身、螺栓、卡套、彈簧和支架是否正常完好；管子接頭是否牢固，有無漏風；鉆桿有無不直、帶傷及鉆孔堵塞現象；鑿巖機的供水是否正常。不合要求者應予以修理或更換。帶支架的風鉆鉆眼時，必須將支架安置穩妥。風鉆卡鉆時應用板鉗松動拔出，不可敲打，未關風前不得拆除鉆桿。在工作面內不得拆卸、修理風、電鉆。嚴禁在殘眼中繼續鉆眼。

3.2 支護。隧道開挖后，除圍巖完整堅硬，以及設計文件中規定的不需支護者外，都必須根據圍巖情況、施工方法采取有效的支護。施工期間，現場施工負責人應會同有關人員對支護各部定期進行檢查。在不良地質地段每班應設專人隨時檢查，當發現支護變形或損壞時，應立即整修和加固；當變形或損壞情況嚴重時，應先將施工人員撤離現場，再行加固。洞內支護，宜隨挖隨支護，支護至開挖面的距離一般不得超過4m；如遇石質破碎、風化嚴重和土質隧道時，應盡量縮小支護工作面。當短期停工時，應將支撐直抵工作面。不得將支撐立柱置于廢碴或活動的石頭上。軟弱圍巖地段的立柱應加設墊板或墊梁，并加木楔塞緊。噴錨支護時，危石應清除，腳手架應牢固可靠，噴射手應配帶防護用品；機械各部應完好正常，壓力應保持在0.2Mpa左右；注漿管噴嘴嚴禁對人放置。當發現已噴錨區段的圍巖有較大變形或錨桿失效時，應立即啟動“應急預案”。當發現測量數據有不正常變化或突變，洞內或地表位移值大于允許位移值，洞內或地面出現裂縫以及噴層出現異常裂縫時，均應視為危險信號，必須立即通知作業人員撤離現場，待制定處理措施后才能繼續施工。

3.3 襯砌。隨著隧道各部開挖工作的推進，應及時進行襯砌或壓漿。襯砌使用的腳手架、工作平臺、跳板、梯子等應安裝牢固，不得有露頭的釘子和突出的尖角。靠近通道的一側應有足夠的凈空，以保證車輛行人的安全通過。腳手架及工作平臺上鋪板，應釘鋪結實。木板之端頭，必須搭于支點上。高于2m的工作平臺上應設置不低于1m的欄桿。跳板應設防滑條。腳手架及工作平臺上所站人數及堆置的建筑材料，不得超過其計算載重量。機械轉動部分應設置防護罩，電動機必須有接地裝置，移動或修理機器及管線路時，應先停電，并切斷電源、風源。壓漿機在使用前應進行檢查并試運轉，管路聯接要完好，壓力要正常，操縱壓漿噴嘴人員應配戴護目鏡及膠皮手套。噴漿嘴應用支架支撐牢固，壓漿時掌握噴嘴的人員必須注意噴嘴的脫落，并設法躲避；拔取時必須在撤除壓力后進行；檢修和清洗時，應在停止運轉、切斷電路、關閉風門后，方準進行。采用模板臺車進行全斷面襯砌時，臺車下的凈空應能保證運輸車輛的順利通行。混凝土灌注時，必須兩側對稱進行。臺車上不得堆放料具，工作臺應滿鋪底板，并設安全欄桿。拆除混凝土輸送軟管時，必須停止混凝土泵的運轉。

4 施工安全措施

隧道施工洞內設專人指揮調度，三管兩線設專人管理，保證照明、通風、排水設施良好，道路平順暢通，燈光明亮，確保洞內運輸安全。專職安檢人員上崗必須佩戴安全袖標，進洞人員必須戴安全帽。重視洞頂的穩定和排水，做好截水溝、防水圍堰及排水溝，經常檢查洞頂邊坡的穩定情況。把軟弱圍巖做為安全重點和防范對象，注重圍巖監測和觀察，按新奧法原理組織施工，做好隧洞監控測量，根據監測資料，判定圍巖的穩定性，超前指導施工，保證安全。隧道開挖斷面輪廓及時封閉，開挖洞內排水溝設置雙電源和備用水泵。高壓電線及風管通過襯砌臺車時，設置絕緣活動裝置和風管分節安裝，防止掛破電纜和弄壞風管。

5 結語

通過將軍嶺隧道工程施工，特總結出以下幾個方面土質圍巖隧道掘進施工要點技術措施：①嚴謹施工洞口段；②時刻做好防排水工作；③合理控制開挖進尺；④確保支護體系聯合作用。同時要制定詳細的安全、質量、工期保證措施，特別是針對易坍塌地段。只有做好以上各項工作才能保質、保量、如期、安全、順利的完成土質隧道的掘進施工任務。

參考文獻：

[1]《公路隧道施工技術規范》.(JTJ042-94).