淺談三車道黃土隧道施工方法

麻宇翔

摘 要：蘭州新區(qū)是國家第五個國家級新區(qū)。為了適應蘭州新區(qū)高速的建設(shè)步伐，急需一條高效快速的公路大動脈來加快新區(qū)建設(shè)所需的各類物資輸送。蘭秦快速路正是這條大動脈上最關(guān)鍵的一段。其中付家窯2#隧道是整個蘭秦快速路的控制性工程，它的竣工時間標志著蘭秦快速的的通車時間。

關(guān)鍵詞：黃土；三車道；隧道；施工方法

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0094-02

付家窯2#隧道位于蘭州市黃河北岸的皋蘭縣忠和鎮(zhèn)付家窯，隧道穿行黃土山梁，進口布設(shè)黃土沖溝一側(cè)山體，緊鄰109國道。出口邱家溝上游右側(cè)山體。付家窯隧道屬中溫帶大陸性氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫和，市區(qū)海拔平均高度1520米，年均氣溫2.1℃，年平均降水量253.8mm，全年日照實數(shù)平均2446h，無霜期180d以上。隧道地處位于黃土山梁丘陵區(qū)，地勢東北高西南底，地形破碎，溝壑縱橫，沖溝發(fā)育，地表被厚層黃土覆蓋。隧址區(qū)土體主要為風積黃土，粉粒含量較大，土體結(jié)構(gòu)松散，強度低，滲透性強，有高壓縮性，具有自重濕陷性，其自重濕陷厚度約為20m，地層為密實黃土。項目開始項目部采取了雙側(cè)壁導坑法進行施工，開工兩月施工進度嚴重滯后，整環(huán)初支完成70m，如此進度帶來的問題是：隧道工期嚴重滯后，難以保證按時能夠按時完工，施工人員和設(shè)備窩工嚴重項目成本大幅增加。針對眼前的形式，項目部積極的討論研究，決定啟用雙側(cè)壁導坑法，改用三分法進行掘進。

1 黃土三車道隧道三分法

所謂三分法其實就是將原來兩車道隧道施工常見的分部臺階開挖法中的上臺階分先后兩個導坑分部開挖。為保證安全，開挖先、后行導坑掌子面前必須先利用超前小導管經(jīng)行支護，開挖時必須預留足夠尺寸的核心土。先、后進導坑掌子面距離控制在8-12米。先、后行導坑掌子面采用拱架支護，拱腳安裝鎖腳錨桿，防止拱腳位移、下沉。其中先行導坑施工時需要安裝臨時拱架來支護一側(cè)土體，臨時拱架和主拱架封閉成環(huán)，并采用螺栓連接。適當經(jīng)行噴射砼加強支護，臨時拱架拱腳安裝鎖腳錨桿，防止拱腳位移、下沉。待后行導坑開挖支護完成，整個隧道隧道上臺階完成初期支護，此時臨時支撐繼續(xù)發(fā)揮作用，后續(xù)下側(cè)墻工序馬上進行，隧道下側(cè)墻分左右側(cè)墻施工。左右側(cè)墻開挖不得同時進行，必須保證需錯開3-5米。一側(cè)側(cè)墻噴護完成后及時回填掩埋拱腳后再開挖另一側(cè)側(cè)墻側(cè)墻施工時利用挖掘機開挖邊槽，人工修整，安裝拱架、鎖腳錨桿，噴砼封閉支護。仰拱開挖必須緊跟，左右側(cè)墻完成后立即開挖安裝拱架支護，澆筑砼。仰拱及填充澆筑完成后施工二襯。三分法施工，如圖1所示。

2 具體施工方法

隧道主洞內(nèi)輪廓拱部采用R=766.5圓弧，側(cè)墻采用R= 550的圓弧，仰拱半徑為1800cm，仰拱與側(cè)墻采用R=150cm小半徑圓弧鏈接，主洞內(nèi)路面寬度為12.5m，拱頂高8.255m。

先行導坑開挖面面積為46.34㎡。拱架全寬8.24m，拱架凈高7.47m。中間有臨時支撐進行支撐，臨時支撐采用Ⅰ18工字鋼，主拱采用HW175型鋼，間距60cm，φ42×4mm超前小導管預加固圍巖，L-300cm，環(huán)向間距35cm，每環(huán)48根，搭接1.2m、斜插角α-10°～15°；H175型鋼拱架支護全環(huán)封閉，縱向間距60cm，每榀鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距100cm；型鋼拱架內(nèi)、外側(cè)均鋪掛φ8（20cm×20cm）鋼筋網(wǎng)；噴C25混凝土30cm；二次襯砌、仰拱為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚65cm，預留變形量15cm。

后行導坑開挖面面積51.3㎡，拱架全寬8.47m，與先行導坑進行連接，臨時支撐處先后行導坑拱架進行連接，支護與先行導坑支護相同。

2.1 側(cè)墻

側(cè)墻采用分步開挖的方式，第一榀拱架與上導坑主拱進行連接，并且安裝鋼筋網(wǎng)片，當?shù)谝婚凹苓B接完畢后，第二榀拱架開始開挖，最后全部安裝完畢后，一次性噴射C25混凝土進行初襯。

2.2 仰拱

仰拱在先后行導坑，側(cè)墻施工完成后，離施工側(cè)墻10-15m左右進行仰拱施工，全寬16.2m，中間最深處達2.6m，兩邊與側(cè)墻連接處達1.5m深，仰拱最適宜施工長度為6m，考慮到棧橋和不影響上導坑的上下導的掘進，長度不宜過寬，安全系數(shù)也不高，開挖完成后，需第一時間進行拱架安裝，防止拱腳處拱架懸空時間過長，造成安全隱患，主拱拱架間采用Φ22的連接筋進行連接，間距為一米，施工完畢后采用C30混凝土進行澆筑，待拱架施工完畢后，需要安排班組進行仰拱鋼筋綁扎，主筋才用Φ25的鋼筋，分布筋采用Φ14的鋼筋，箍筋采用Φ16的螺紋筋，間距都為25cm進行綁扎，仰拱中間處間距為60cm。待鋼筋完成后，及時進行混凝土澆筑，第一時間成環(huán)。

2.3 二襯

仰拱施工完成20-30m處后，可以考慮開始二襯鋼筋綁扎，考慮到工期的時間，需要用18工字鋼搭接一個防水臺車，以便工人進行防水板，鋼筋的綁扎。二次襯砌采用泵送混凝土和模板臺車的機械化配套施工方案，并做好襯砌拱頂、拱腰部位背后可能空洞的壓密注漿回填，確保襯砌與圍巖、襯砌結(jié)構(gòu)層之間密實接觸無空洞或空隙。本項目鋼筋采用φ25的鋼筋，間距25cm。分布筋采用φ14的鋼筋，箍筋采用φ16的鋼筋并且在拱腳處加密。使得整個二襯受力均勻。

導坑分臺階開挖，臺階長度3～5m，先行導坑下臺階與后行導坑上臺階間距8～10m，開挖循環(huán)進尺控制在0.5～0.75m，初期支護與一次模筑襯砌緊跟開挖面，后行導坑下臺階開挖及支護作業(yè)面距離中巖柱上臺階開挖支護作業(yè)面距離8～10m；中巖柱分臺階開挖、支護，仰拱作業(yè)時需架設(shè)鋼棧橋，仰拱一次施作，二次襯砌距離初期支護封閉成環(huán)段距離15～20m。隧道各項工序前后安全距離，如圖2所示。

由于洞口淺埋黃土地層圍巖條件差，需嚴格按要求進行施工過程中的各項監(jiān)控量測，控制各交錯工序的開挖長度和循環(huán)進尺，嚴格按要求施作鎖腳錨管、拱腳，仰拱及二襯需及時跟進；嚴格控制超挖、尤其掘進方向的超挖，確保鋼拱架緊貼掌子面和圍巖。

因為整個隧道的跨度過大，需要及時做好監(jiān)控量測的工作。隧道襯砌支護結(jié)構(gòu)采用二次模筑和新奧法原理，要求在施工過程中必須進行現(xiàn)場監(jiān)控量測和地質(zhì)超前預報，及時掌握圍巖在開挖過程中的動態(tài)和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，提供有關(guān)隧道施工的全面、系統(tǒng)信息資料，以便及時調(diào)整、優(yōu)化支護設(shè)計參數(shù)，對圍巖-支護體系的穩(wěn)定狀態(tài)進行監(jiān)控和預測，并據(jù)此制定相應的施工措施，以確保洞室周邊巖體的穩(wěn)定以及支護結(jié)構(gòu)的安全。（1）洞口淺埋段的地表下沉觀測；（2）隧道圍巖及支護結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測；（3）圍巖穩(wěn)定性和支護效果分析；（4）超前地質(zhì)預報。

監(jiān)控量測對整個隧道的施工來說有很重要的作用，可以對技術(shù)人員提供一個開挖的理論依據(jù)。防止超挖，注意人身安全都有很重要的作用。

3 結(jié)語

忠水二標項目部經(jīng)歷了雙側(cè)壁導坑法和三分法之后，明顯感覺到三分法對于本項目的適合，三分法將隧道分為五個部分，先行導坑，后行導坑，左右側(cè)墻，仰拱。當掌子面掘進到一定距離的時候，幾個工作面可以同時開展，同時前進，互不影響，尤其是拆除臨時支撐的時候，難度比雙側(cè)壁導坑更低。三分法施工時需要注意的幾個工作面的間隔距離的把握，絕對不能為了一時貪圖工程的進度，而忘記了安全距離。掌子面的核心土的預留對導坑的掘進有至關(guān)重要的作用，事實表明核心土的預留能大大降低事故的發(fā)生。三分法將施工工藝進行精簡，各個工作面的工作時間減少，安全系數(shù)大大增加，若人員和材料安排妥當，比起雙側(cè)壁導坑法掘進時間縮短不少，通過這個項目，我深深的理會到施工工法對一個項目的工期和利潤有相當重要的作用。