隧道工程施工組織及工序

孫增雄

(大同市交通局勘測設計所，山西大同 037006)

隨著社會的快速發(fā)展，高等級公路越來越普遍，為了縮短兩地里程，公路隧道的修建越來越多，且長度也越長，根據多年施工經驗，簡單介紹一下隧道施工的組織與工序。

1 施工組織及安排

1.1 施工準備

1)生產、生活用水。

隧道工區(qū)在施工生活區(qū)附近打一口深井，作為水源，供施工和生活用水，隧道進口洞口山上分別修建一座100 m3的高位水池，標高高于洞口拱頂80 m左右，鋪設水管，安設高壓水泵。每個隧道工作面采用獨立的供水管路。

2)施工供電。

施工用電從附近業(yè)主引至現場的高壓線接引。施工前期采用自發(fā)電，電力線路接通后，采用電網供電。電線按施工高峰期最大用電量選用。

3)施工供風。

隧道施工進口處設空壓機站，并聯安裝6臺～8臺20 m3/min電動空壓機。隧道開挖面工作風壓不小于0.5 MPa。高壓風管采用φ120 mm的無縫鋼管。

4)場地平面布置。

在進口場地較為平緩的荒地處布置小型水泥庫、砂石料場、鋼構件加工棚、鋼筋棚等生產設施;合理布設生活房屋。

5)施工照明。

采用新光源洞內外照明，新光源采用低壓鹵鎢燈、高壓鈉燈、鈧納燈、納鉈銦燈等。

6)施工通風系統的布置。

本隧道采取壓入式通風，在隧道施工洞口各設置軸流式通風機壓入新鮮空氣，在距洞內作業(yè)面50 m處各設置通風機抽排洞內污濁空氣。

7)防塵措施。

采用濕式鑿巖進行鉆眼作業(yè)以控制粉塵的產生量。在鉆眼時先送水后送風;裝渣前必須進行噴霧、灑水;在距掌子面30 m外邊墻兩側各放一臺水幕降塵器，爆破前10 min打開閥門，放炮30 min后關閉;在掌子面后安裝隧道集塵器;施工人員佩戴防塵口罩。

1.2 勞力安排

本隧道由隧道施工一隊、隧道施工二隊、斜井施工隊負責施工，隧道施工隊包括掘進、襯砌、綜合三個工班。掘進工班負責隧道開挖、支護、出渣、運輸。襯砌工班負責襯砌，包括混凝土的生產、運輸和灌注;風、水、電及設備維修、保養(yǎng)。場外材料的轉運等工作由綜合工班負責。按三班制(24 h)安排組織施工，全天候進行施工，24 h施工不間斷。

1.3 掘進進度安排

考慮到本項目工程地質情況復雜，施工難度大，技術要求高，在施工中要安排高技術含量的施工機械設備，配備專業(yè)技術熟練的管理、技術人員，按照我公司的長隧道施工經驗，Ⅲ級圍巖的掘進速度至少在180 m/月～210 m/月，Ⅳ級圍巖的掘進速度至少在130 m/月～150 m/月，Ⅴ級圍巖的掘進速度至少在100 m/月～120 m/月(洞口段60 m/月～80 m/月)，開工之初正洞兩個工作面同時進行施工，斜豎井施工到正洞位置之后，即可新開掘進工作面，保證整條隧道的施工進度。

2 施工方案及施工方法

隧道按照新奧法原理組織施工。軟巖地段必須始終堅持“管超前、嚴注漿、弱爆破(或不爆破)、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、緊襯砌”的施工原則。

積極推廣應用國內外隧道施工新技術、新工藝，投入大型施工機械設備，組成鉆、爆、挖、裝、運、錨、襯等機械化作業(yè)線;噴混凝土采用濕噴機，降低回彈量和粉塵;液壓鋼模襯砌臺車和泵送混凝土作業(yè);混凝土采用強制式攪拌機配自動配料機集中拌制，混凝土輸送泵運輸至作業(yè)面。加強地質超前預報，采取超前多點鉆深孔探明地質。

圍巖量測采用激光隧道限界檢測收斂儀和水平儀等進行周邊水平收斂和拱頂下沉量測，通過對數據的分析處理，及時反饋信息指導施工。

隧道除明洞段采用明挖法施工外，其余均采用鉆爆法施工。隧道對于Ⅴ級圍巖段施工開挖宜采用留核心土環(huán)形開挖，Ⅳ級圍巖段施工開挖宜采用上下斷面正臺階法施工。對于Ⅲ級圍巖段盡量采用光面爆破全斷面開挖法。

施工中應加強監(jiān)控量測，及時處理分析數據，并根據分析結果及時調整支護參數。

2.1 隧道地質超前預報

綜合超前地質預報工作內容和流程圖見圖1。

2.2 洞口及明洞施工

首先施工洞口邊、仰坡外的截、排水溝，做到排水暢通。明洞和洞口土石方采用明挖法開挖，采取人工自上而下分層開挖土方，風動鑿巖機鉆孔，淺孔控制爆破開挖巖石，反鏟挖掘機配合自卸汽車裝、運渣，及時進行邊坡支護。

明洞拱墻與洞內相鄰的拱墻襯砌同時施工，連成整體，并與隧道襯砌緊密連接。明洞襯砌采用襯砌臺車整體澆筑，鋼筋在制作場集中加工，現場綁扎，混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土運輸車運輸，混凝土輸送泵泵送入模。

圖1 綜合超前地質預報工作內容和流程圖

隧道防排水應遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結構物和運營設備的正常使用和行車安全。

邊仰坡按設計坡度一次整修到位，做好仰坡永久防護。

2.3 正洞洞身開挖

1)Ⅲ類級圍巖段。

Ⅲ類圍巖地段采用全斷面法施工，施工時應注意弱爆破、短掘進，及時封閉仰拱，加強監(jiān)測，確保施工安全。施工工序為:全斷面開挖→進行錨噴支護→模筑二次襯砌。

2)Ⅳ類圍巖段。

Ⅳ類圍巖地段施工方法為上下斷面正臺階法施工，局部圍巖較差時，應采用管棚進行超前注漿預加固圍巖。施工工序為:上半部開挖→拱部進行錨噴支護→下半部中央部分開挖→邊墻部分開挖→邊墻初期支護→模筑二次襯砌。

3)Ⅴ類圍巖段。

Ⅴ類圍巖采用臺階分部開挖法，施工工序為:上半部開挖→拱部進行錨噴支護→中心核部開挖→下部開挖→邊墻錨噴支護→澆筑仰拱→模筑二次襯砌。

4)鉆爆作業(yè)。

采用光面或預裂控制爆破。采用1段～19段非電毫秒雷管，隔段使用，炸藥采用2號巖石硝銨炸藥;有水地段采用乳化炸藥。周邊眼使用φ22 mm藥卷間隔裝藥，其余炮眼采用φ35 mm藥卷連續(xù)裝藥、密集堵塞。

5)隧道出渣方式。

上半斷面爆渣采用小翻斗車運輸，并倒入下臺階后采用側卸式裝載機裝渣，自卸車運輸;下半斷面的爆渣直接采用側卸式裝載機裝渣，自卸車運輸至洞外棄渣場。

2.4 洞身初期支護施工

為充分發(fā)揮圍巖的自身承載力，在隧道開挖后，針對不同的圍巖類別，及時按設計施作錨噴或錨、網噴及鋼架初期支護。

1)長大管棚施工。Ⅴ級圍巖因自穩(wěn)能力差，成型困難，在隧道開挖前，先沿頂拱部環(huán)向施作超前注漿大管棚固結圍巖，環(huán)向間距40 cm，大管棚斜插角為1°～3°。

2)超前小導管。采用風動鑿巖機鉆孔插管，注漿前對開挖面及5.0 m范圍內坑道噴射厚5 cm～10 cm混凝土封閉，采用注漿機注入水泥—水玻璃漿液，注漿由兩側對稱向中間進行，自下而上逐孔注漿，如出現竄漿或跑漿時，采用間隔注漿。注漿法將早強水泥砂漿注入錨孔。

3)砂漿錨桿施工。采用風動鑿巖機鉆孔、用高壓風吹凈孔內巖屑后，用注漿機將早強水泥砂漿注入錨孔。向下的錨桿，將注漿管插入孔底，邊注漿邊向外拔，直到注滿為止;向上的錨桿，采用排氣注漿法。按規(guī)范要求的數量對砂漿錨桿做拉拔試驗。

4)鋼筋網安設。鋼筋網片按設計的鋼筋規(guī)格及網格尺寸提前在洞外鋼筋加工場加工成形，在加工前，必須對鋼筋進行校直、除銹及油污等，確保施工質量，在網片堆放和運輸中必須平放或立放，以確保網片不變形。鋼筋網在系統錨桿施作后掛設，在掛設時，網片根據初噴混凝土面的實際起伏鋪設，確保鋼筋網與被支護巖面密貼。鋼筋網連接處及鋼筋網與錨桿連接用鉛絲綁扎或點焊在一起，使鋼筋網在噴射混凝土時不易晃動。

5)鋼拱架(格柵鋼架)施工。隧道洞身Ⅳ級圍巖段設拱架，Ⅴ級圍巖地段設置鋼架。鋼架在洞外按設計加工成型，洞內安裝在錨桿掛網施工之后進行。鋼架與定位系筋焊接，鋼架在洞外鋼構件廠加工前，應先將加工場地用C15混凝土硬化，按設計放出加工大樣，型鋼按加工大樣分節(jié)用壓力機冷壓成形，節(jié)與節(jié)間通過15 mm鋼板用螺栓連接。加工成的鋼架尺寸準確，弧形圓順，且在運入洞內安裝前，要經試拼確保無誤。

6)噴射混凝土。初期支護后，初噴混凝土封閉圍巖，要縮短圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖在短期內松弛剝落。在防水層完成后復噴混凝土到設計厚度，噴混凝土采用TK-961型濕噴機進行噴射作業(yè)。噴料在混凝土拌合站攪拌，混凝土輸送車運輸到噴射作業(yè)點。

2.5 隧道防排水

1)地表防、排水。對地表的坑洼、鉆孔、探坑等采用不透水材料分層夯實，洞口邊坡、仰坡坡頂的截水溝、排水溝與路基邊溝組成排水系統。

2)施工縫和變形縫防水。施工縫采用中埋式橡膠止水帶;明洞與二次襯砌接縫、明洞沉降與伸縮縫、沉降縫、伸縮縫采用中埋式橡膠止水帶+背貼式止水帶，并填塞瀝青麻絮。

沿襯砌設計軸線間隔0.5 m在擋頭板上鉆一個φ12鋼筋孔，將加工成型的φ10鋼筋卡由待模筑混凝土一側向另一側穿入，內側卡緊止水帶一半，另一半止水帶平貼在擋頭板上，待模筑混凝土凝固后拆除擋頭板，將止水帶靠中心鋼筋拉直，然后彎曲φ10鋼筋卡套上止水帶，模筑下一環(huán)混凝土。

3)隧道結構襯砌防水。鋪設防水板前對初期支護表面進行找平處理。環(huán)向、縱向排水盲溝埋設時先檢查軟管是否通暢，接頭粘結的牢固程度，安裝時用“U”形釘在環(huán)向定位并緊貼錨噴支護層，與拱腳處縱向匯水盲溝匯合。防水板采用防水板鋪掛作業(yè)臺車施工，防水板鋪掛作業(yè)臺車采用型鋼焊制而成，并與模板臺車行走同一軌道。

4)隧道洞內排水。隧道洞內中央設中心排水溝及兩側設排水邊溝，中央排水管采用集中預制，隨同仰拱。

2.6 混凝土施工

1)二次襯砌施工。

主洞段采用自行式全斷面液壓鋼模板襯砌臺車進行襯砌施工，一次施工長度10 m。混凝土在拌合站拌制，混凝土輸送車運輸，混凝土輸送泵泵送入模作業(yè)，插入式振搗器振搗密實。在混凝土澆灌完畢后，應在終凝后并不超過12 h以內澆水養(yǎng)護，保持濕潤。洞身在冬季施工時，洞門口應掛棉質布簾，將洞口封閉保溫。

混凝土自模板窗口灌入，由下向上，對稱分層，先墻后拱灌注，傾落自由高度不超過2.0 m。混凝土澆筑過程中，觀察模板、支架、鋼筋、預埋件和預留孔洞的情況，當發(fā)現有變形、移位時，及時采取措施進行處理，因意外混凝土灌注作業(yè)受阻時間不得超過2 h，否則按接縫處理。采用插入式振動棒輔助搗固。混凝土灌注后，強度達到設計強度70%時，方可拆模，并進行養(yǎng)護。混凝土達到設計強度后及時按設計要求進行拱頂防水壓漿工作。

2)仰拱及填充施工。

在噴錨支護后，仰拱應及時施工。仰拱施工采用仰拱大樣模板，為保證仰拱及填充施工時不影響洞內出渣，仰拱及填充分左右側兩次施工，在縱向連接處埋設連接鋼筋，對接槎面用水清洗干凈，并鑿毛。仰拱與邊墻銜接處搗固密實。仰拱施工后，應進行隧底片石混凝土填充施工。

3)洞內路面施工。

洞內混凝土路面在隧道襯砌完成后沿隧道方向依次鋪筑，鋪筑按洞內路面結構設計，分幅分塊縱縫間設拉桿、橫縫間設傳力桿。混凝土在拌合站拌制，混凝土輸送車運送入模，配HBT型輥軸式水泥混凝土路面攤鋪機、HQV自行式切縫機和灌縫機等設備。

2.7 洞內附屬工程施工

1)洞內預留(預埋)施工方法。預埋件按設計要求加工精確，在隧道結構混凝土施工前預埋，螺栓、塊件電焊固定在隧道襯砌結構的鋼筋上。預埋(預留)管中均應預留穿線(用5號鐵絲)，長度應分別長于預埋管口15 cm，同時應用木塞封住管口，以免混凝土及其他雜物進入管內。

預留洞采用木板加工成箱形模板，準確安裝固定在設計位置上，并與預埋管連通，再安裝鋼模襯砌臺車，板面接觸處用水泥砂漿和粘膠帶密封。

2)洞內防火涂料施工方法。清潔修補襯砌基層，將混凝土表面拉毛并清除雜物，將混凝土面潤濕，按照規(guī)范要求平整度用砂漿進行找平，找平層經養(yǎng)護干燥后采用機械噴涂，根據單位時間內的噴涂量掌握噴涂速度，分兩次噴涂完畢。

2.8 圍巖量測

1)現場監(jiān)控量測目的。

了解圍巖支護變形，及時調整修正支護參數，保證圍巖穩(wěn)定和安全;提供判斷圍巖支護系統基本穩(wěn)定的依據，確定模筑混凝土襯砌施作時間;依據量測資料采取相應措施，在保證施工安全的前提下加快施工進度;積累量測數據資料，提高施工技術水平。

2)施工監(jiān)測。

周邊水平位移量測:噴錨支護施作后，用風鉆鑿φ40 mm、深200 mm的孔，先用1∶1水泥砂漿灌滿后再插入測點固定桿，盡量使同一基線兩測點的固定方向在同一直線上，等砂漿凝固后即可進行量測工作。采用BJSD-2隧道收斂計監(jiān)測。該機采用大張力自鎖緊搖柄加載系統，并在結構上進行了一系列性能提升設計，具有很高的量測精度，特別適用于大跨度隧道的變形監(jiān)測。

拱頂下沉量測:拱頂位移量測的測點用風槍打眼埋設好固定桿，在外露桿頭設掛鉤。測點的大小要適中，如過小，測量時不易找到;如過大，爆破時易被打壞。支護結構施工時要注意保護測點，一旦發(fā)現測點被掩埋，要盡快重新設置，保證數據不中斷。

地表下沉量測:測點布置:與洞內收斂、拱頂下沉量測斷面里程對應，地表下沉量測點集中設在隧道中線附近，在開挖面前方10 m～30 m處設測點，直到上半斷面開挖面后方約60 m處。測量方法:采用水平儀、水準尺配合測量地表沉降，精度可達2 mm～4 mm。用經緯儀將所有測點布設于同一直線上。

3)圍巖穩(wěn)定性和支護效果分析。

將量測數據進行處理和分析，繪制時間—位移曲線。絕對位移值逐漸減小時，說明支護結構趨于穩(wěn)定，可施作模筑混凝土襯砌。如位移變化異常，出現反彎點，說明初期支護出現嚴重變形，這時應及時通知施工管理人員，該段支護須采取加強措施，確保隧道不塌方。

4)量測數據分析和信息反饋。

將量測數據進行處理和分析，繪制時間—位移曲線。時間—位移特征曲線圖見圖2。

圖2 時間—位移特征曲線圖

圖2a)表示絕對位移值逐漸減小，支護結構趨于穩(wěn)定，可施作模筑混凝土襯砌。

圖2b)表示位移變化異常，出現反彎點，初期支護出現嚴重變形，這時應及時通知施工管理人員，該段支護須采取加強措施，確保隧道不塌方;嚴重時施工人員須迅速撤離施工現場，保證施工人員安全。

3 防止質量通病的針對性預防措施

1)質量通病。

隧道貫通精度不高;圍巖擾動，超欠挖;錨桿灌漿不飽滿，錨固力低于設計或規(guī)范要求;鋼筋網的混凝土保護厚度不夠;圍巖穩(wěn)定狀態(tài)判斷不準，不好確定襯砌施工工作時間;襯砌滲漏水現象也是隧道施工的一個難點。

2)預防措施。

a.開工前，進行隧道控制測量，洞外、洞內控制測量均采用導線測量，在洞口附近則設不少于三個平面控制點和兩個水準點，保證貫通精度。

b.采用光面控制爆破，減少圍巖擾動，控制超欠挖，保證開挖輪廓尺寸。

c.錨桿灌漿飽滿，錨固力不低于設計或規(guī)范要求。鋼筋網隨受噴面起伏鋪設，與受噴面間隙3 cm，混凝土保護厚度不小于2 cm。

d.進行圍巖現場監(jiān)控量測，根據量測數據，及時判定圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，確定襯砌施工工作時間。

e.重視襯砌滲漏水防治施工，按設計要求施作防水板、軟式透水管盲溝、橡膠止水帶及泄水孔，保證襯砌振搗密實度，提高抗?jié)B性和結構自防水能力。