三臺階臨時仰拱法在滇中紅土泥巖隧道中的應用

孫樂富 王 平

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

三臺階臨時仰拱法在滇中紅土泥巖隧道中的應用

孫樂富 王 平

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

針對滇中紅土泥巖隧道圍巖節理發育、巖質軟、浸水后易軟化崩解、巖體較破碎，隧道施工難度較大的問題，提出了三臺階臨時仰拱快速施工方法，現場實踐表明：在保證施工質量和施工安全的前提下，三臺階臨時仰拱法可有效縮短隧道施工對項目整體工期的影響，經濟效益和社會效益顯著，對類似地質條件下隧道的施工具有借鑒意義。

隧道施工，滇中紅土，三臺階臨時仰拱法，小導管

1 工程概況

呂合1號隧道地處云南省楚雄彝族自治州楚雄市境內，為雙線隧道，隧道全長2 265 m，最大埋深約165 m，其中全隧Ⅳ級圍巖長1 420 m，Ⅴ級圍巖長820 m。隧內主要以全～弱風化泥巖夾砂巖為主，該泥巖具有弱膨脹性，節理發育、分層以薄～中厚層狀為主、巖質軟、浸水后易軟化崩解、差異風化嚴重、巖體較破碎等特點，為典型的滇中紅土泥巖。

2 三臺階臨時仰拱法施工工藝

三臺階臨時仰拱法施工工藝流程見圖1。

3 施工關鍵步驟及操作要點

3.1 測量放線

施工測量以GPS控制點、加密施工控制點為依據進行施工放樣(見圖2)。在施工測量前應核對控制點成果、線路坐標、施工圖紙、結構物尺寸等內業數據，用于現場施工放樣的資料數據需經第二人的獨立計算復核無誤后，經測量實施小組組長簽字后實施。

3.2 施打超前管棚

洞口段邊仰坡開挖支護至明暗洞交界處滿足管棚施作高度時，形成臺階，作為超前長管棚施作平臺，然后在臺階上沿拱部開挖輪廓線支立管棚導向墻模板，安裝定位型鋼，預埋φ127 mm×5 mm套管(間距與設計對應)，澆筑管棚導向墻混凝土(見圖3)。

3.3 超前小導管制作與安設

小導管采用φ42 mm×3.5 mm的熱軋無縫鋼管制成，在前部鉆注漿孔，孔徑6 mm～8 mm，孔口間距15 cm～20 cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部焊接φ6 mm～φ8 mm鋼筋加勁箍，尾部長度不小于30 cm，作為不鉆孔的止漿段；超前小導管的安設需用帶沖擊的風鉆或鉆機將小導管頂入孔中，用塑膠泥封堵導管周圍及孔口。導管外露20 cm，以便安裝注漿管路。注漿采用注漿泵施作，注漿口最高壓力嚴格控制在0.5 MPa～1.0 MPa以內，以防壓裂工作面。

3.4 開挖環形

1)在上一循環超前支護的保護下，弱爆破開挖①部，經斷面復測附合設計值，施作①部周邊初期支護：初噴混凝土，鋪鋼筋網，架立鋼架，鉆設徑向錨桿，復噴至設計厚度。2)弱爆破開挖②部，施作②部初期支護：初噴混凝土，鋪鋼筋網，架立鋼架，鉆設徑向錨桿，復噴至設計厚度。施工臨時仰拱：架設臨時橫撐A，鋪設鋼筋網，并噴混凝土封閉臨時仰拱。3)弱爆破開挖③部，施作③部初期支護：初噴混凝土，鋪鋼筋網，架立鋼架，鉆設徑向錨桿，復噴至設計厚度。如需施工臨時仰拱時，架設臨時橫撐B。4)弱爆破開挖④部，施作④部初期支護：初噴混凝土，鋪設鋼筋網，架立鋼架，復噴至設計厚度。5)灌注Ⅴ部仰拱與邊墻基礎，待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充Ⅵ部至設計高度。6)根據監控量測分析，確定二次襯砌施作時機，鋪設環+縱向透水盲管、防水板、土工布，利用襯砌臺車一次性灌注Ⅶ部(拱墻)襯砌。

3.5 臨時仰拱的制作安裝

由于“滇中紅層”地質構造下的呂合1號隧道圍巖情況自穩能力差，開挖立架后必須及時封閉成環，保證初支整體穩定，控制圍巖變形位移。傳統臨時仰拱鋼拱架與初支鋼架連接通常采用焊接，施工速度慢、連接質量不好保證。與傳統臨時仰拱鋼架制作安裝不同，呂合1號隧道臨時鋼拱架采用工廠化制作，嚴格按照設計尺寸制作，臨時鋼拱架端頭制作裝配拼裝裝置。對應的初支二、三臺階鋼架與臨時鋼拱架連接處預留裝配式拼裝裝置(打孔連接鋼板)。采用裝配式高強螺栓連接拼裝突出“快、好、省”，臨時仰拱鋼架裝配快捷迅速，連接質量良好可控，循環利用節省成本。很好的保證了初支能夠及時封閉成環，鋼架連接密貼牢固，控制了圍巖的變形位移，保證了施工過程的安全可控。為節省成本，臨時鋼拱架需要循環利用，在臨時仰拱鋼架與初支鋼架連接接頭高強螺栓處涂刷隔離劑，臨時仰拱鋼架裝配完成后，噴射混凝土，使得臨時仰拱整體受力，形成勁性骨架。待施工下一部位時拆除臨時鋼拱架，拱架接頭人工清理，卸下高強螺栓，臨時鋼拱架得以重復利用。

3.6 噴混凝土

本隧道初期支護噴射混凝土采用濕噴工藝。將骨料、水泥、水和外摻劑按實驗確定的比例拌合均勻，用濕噴射機壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后噴出。噴射混凝土料由洞外自動計量拌合站生產，混凝土攪拌車運輸，濕噴機噴射。

3.7 架鋼拱及掛網

鋼筋網的鋪設在初噴和系統錨桿施作后沿拱墻進行。鋼筋網固定在錨桿末端，按照設計制作鋼筋網片并控制網格間距，兩個網片搭接時搭接長度需超過一個網格。鋼筋網的安裝必須順直，隨被支護巖面的實際起伏狀鋪設，與巖面的間隙控制在3 cm左右。鋼筋網在加工廠加工成片，在洞內再焊接起來形成整體，鋪設完畢后及時施作噴射混凝土。鋼筋網的網格間距符合設計要求，網格尺寸允許偏差為±10 mm。型鋼鋼架在車間工作臺上彎制，加工允許誤差：沿隧道周邊輪廓誤差不大于3 cm，平面翹曲小于±2 cm，接頭連接要求同類之間可以互換。鋼架在初噴混凝土后安設，在安設過程中當鋼架和圍巖間有空隙時，設墊塊，鋼架根部加設2根徑向鎖腳錨管(桿)，外插角度20°，40°，防止下沉。

3.8 拱腳打注漿錨桿

鎖腳錨管統一由構件加工廠進行制作，錨管的前端按設計做成尖錐形，尾部焊接φ8 mm鋼筋加勁箍，管壁上每間隔15 cm交錯鉆設直徑為6 mm～8 mm的眼孔。鉆孔采用風動錨桿鉆機或風鉆鉆孔，鉆至規定深度后，用高壓風吹孔，成孔后，將鎖腳錨管按設計要求插入孔中，對于圍巖軟弱地段，采用游錘或鑿巖機將鎖腳錨管直接打入，將其與鋼架用L形φ22鋼筋焊接組成預支護體系。錨桿固定完畢后，采用注漿機壓注水泥砂漿，注漿壓力不超過0.8 MPa。嚴格按照施工規范灌注漿液，注漿前先噴射5 cm～10 cm混凝土封閉掌子面形成止漿盤，當單孔注漿達到設計量時，結束注漿。

3.9 施工防水

全隧襯砌縱向施工縫采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+外貼式橡膠止水帶進行防水處理，按2道計列；環向施工縫設中埋式橡膠止水帶+外貼式橡膠止水帶防水，環向數量按10一道計列，變形縫填充聚苯板并加設鋼邊橡膠止水帶和外貼式止水帶，變形縫內緣采用雙組分聚硫密封膏嵌縫。在鋪設防水板之前，應對初期支護的滲漏水情況進行檢查，采取埋管引排、局部注漿等措施進行處理。隧道初期支護與防水板間設置環向及縱向排水盲管，采用HDPE打孔波紋管(外裹無紡布)，環向盲管直徑50 mm，每隔10 m一環(視水量大小加密設置)，直接引入側溝，兩側邊墻角設縱向透水盲管，直徑80 mm，施工時結合模板臺車長度將其梁端直接彎入側溝。泄水管的出口應離開水溝內壁一定距離，不得緊貼溝壁表面。股水涌流及大面積滲漏處應增設環向盲管引排。

3.10 仰拱填充

仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳，每循環進尺不得大于3 m。仰拱及填充緊隨開挖進行，使支護盡早閉合成環；Ⅳ，Ⅴ級圍巖施工時，仰拱距開挖面距離控制在45 m，40 m以內；仰拱和填充分開澆筑，嚴禁一次澆筑，為減少其與出碴運輸的干擾，采用仰拱棧橋。仰拱一次施工長度根據圍巖情況和相關規范、標準執行，仰拱端頭采用大模板。自檢合格后，報監理工程師檢查簽證，混凝土由中心拌合站生產混凝土罐車運至現場，插入式振搗器搗固，施工時混凝土由中心向兩側對稱澆筑。填充混凝土在仰拱混凝土終凝后澆筑，表面高程和橫向坡度要滿足設計要求。

3.11 二次全斷面襯砌

在每個洞口配備1臺邊頂拱式混凝土襯砌鋼模臺車，一襯施工完畢后，及時進行二襯永久支護。澆筑二次襯砌混凝土前沿隧道中線在拱部按設計要求預埋注漿管，隧道襯砌施工完成并達到一定強度后，進行襯砌背后回填注漿。

4 施工質量保障措施

1)隧道施工應堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則。2)工序變化處應增設鎖腳錨管，以確保鋼架基礎穩定，下臺階安全，防止塌方。3)小炮開挖或人工開挖，嚴格控制裝藥量。一臺階開挖中應根據超前支護施作間距，利用上一循環架立的鋼架施作隧道拱部超前支護。4)鋼架之間縱向連接鋼筋應及時施作并連接牢固。5)Ⅰ18臨時仰拱與邊墻鋼架應連接牢固，連接處設置鋼墊板，螺栓擰緊，臨時仰拱應盡量倒換使用。6)開挖時嚴格控制開挖厚度，確保初支噴射混凝土的整體厚度。7)嚴格控制每榀鋼架的開挖間距，避免出現進尺過大造成圍巖失穩。8)加強日常監控量測及超前地質預報，以數據指導施工。

5 結語

三臺階臨時仰拱法在廣大鐵路呂合1號隧道中得到了成功應用，根據現場工程實踐，該工法在一定程度上保證了隧道施工安全，同時實現了在軟弱圍巖施工中的快速施工，縮短工期約45 d，經濟和社會效益顯著，具有一定的推廣應用價值。

[1] 夏潤禾.三臺階六部短距法在鐵路隧道施工中的應用研究[J].鐵道工程學報,2012(3):58- 63.

[2] 陳立保.三臺階法在客運專線山嶺隧道軟弱圍巖中的推廣應用[J].鐵道工程學報,2008(12):72-74.

The application of the three steps of temporary inverted arch in clay shale tunnel of Yunnan

Sun Lefu Wang Ping

(No.5CompanyofChinaRailwayEngineeringNo.3GroupCorporation,Jinzhong030600,China)

For the central Yunnan laterite mudstone tunnel surrounding rock, the joint development, soft rock, easy to soften disintegration after flooding, the more broken rock, the tunnel construction difficult problems, puts forward the three steps temporary invert fast construction method， the field practice shows that: on the premise of guarantee construction quality and construction safety, three steps of temporary inverted arch method can effectively shorten the tunnel construction to the influence of the whole project construction period, economic benefit and social benefit is remarkable, especially the similar geological conditions, it has reference significance to the construction of the tunnel.

the tunnel construction, the laterite of Yunnan, three steps method of temporary inverted arch, small pipes

2014-12-17

孫樂富(1970- )，男，工程師； 王 平(1976- )，男，工程師

1009-6825(2015)06-0174-02

U455

A