隧道進口明挖施工程序及施工技術研究

劉曉芬

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津300350）

0 引言

隧道進口明挖越深，施工工序和施工技術面臨的問題也越多，涉及在進行開挖過程中，如何提升施工的安全性和支護技術的可靠性；如何做好基底凸起和周邊土體滑動的防范措施，防止基坑發生沉降，對周圍建筑、路面的影響等諸多問題。從我國大型機場隧道進口明挖施工中可以發現，大多數隧道進口開挖處建筑分布都比較密集，地下管線、管道、設備也比較集中，傳統放坡的開挖方式已經難以滿足實際需求。按照力學分析結果顯示，如果原來土體的應力系統發生改變，必然會導致現有的支護體系承擔更多的荷載，導致原來的支護發生形變，從而發生邊坡失穩破壞現象。在這樣的基礎上，開展隧道進口明挖施工程序及施工技術的研究就顯得尤為重要。

1 案例分析

1.1 工程概述

機場線工程I標段明挖隧道主體結構工程，隧道進口明挖段施工里程：JCDK21+270～JCDK21+719.5長449.5米段采用明挖法施工，其中JCDK21+270～JCDK21+560長290米采用雙洞矩形結構，JCDK21+560～JCDK21+719.5長159.5米采用單洞拱形結構。主體結構矩形單洞單線隧道具體為：

1）JCDK21+270～337.5 和 JCDK21+382.5～400，矩形斷面。結構斷面尺寸7 900mm×8 850mm，凈空高度7 250mm，底板厚900mm，側墻厚800mm，頂板厚700mm，下倒角700mm×400mm，上倒角600mm×300mm。

2）JCDK21+337.5～382.5，矩形斷面，風機加寬段。結構斷面尺寸（7 900～9 400）mm×8 850mm，凈空高度7 250mm，底板厚900mm，側墻厚800mm，頂板厚700mm，下倒角700mm×400mm，上倒角600mm×300mm。預埋件M1有4塊，M2有8塊（單洞）。

1.2 施工的重點和難點

該區域以構造剝蝕中低山為主，地形陡峭，植被發育，隧道最大埋深約200m。隧道軸線總體走向為148°。進口段為淺埋偏壓段。洞身穿越地質為第四系殘坡積(Q4el+dl)、泥盆系中統郁江階(D2y)等地層。隧道進口附近發育一向斜構造，兩翼巖層產狀55°∠32°、274°∠41°；進口邊坡順層。根據地震波折射與EH4電磁波測深資料：JCDK21+560～JCDK21+719.5附近存在物探低速、低阻異常帶，圍巖以強風化泥質砂巖、強風化泥質粉砂巖、弱風化泥質頁巖為主，強風化層厚度＞50m。隧道區地下水類型主要為基巖裂隙水，除進出口附近富水外，補給源主要為大氣降水。通過基巖裂隙、巖層破碎帶和下降泉徑流和排泄。隧道洞身溪溝較發育，溪溝中常年有水流。

從中可以看出，該工程水文地質條件比較復雜，大大增加了施工的難度，傳統施工技術很難滿足實際需求，而且開挖深度、斷面開挖都很難保證施工的安全性和質量，需要從多個方面同時入手，并嚴格按照施工工序進行施工，才能在保證施工人員和機械設備安全的基礎上，提升施工質量。

2 隧道進口明挖施工程序

2.1 深基坑開挖工藝

在隧道進口土方開挖時，需要制定科學合理挖土方案和施工組織，并按照工程結構實際需求，做好監控測量工作，按照開展支撐、先撐后挖、分層開挖的要求進行開挖[1]。

2.2 降水深井施工工藝

在布置井點時，要根據隧道進口明挖的實際規模和形狀進行對稱布置，確保基坑中的水位能滿足實際需求。在降水設備配置時，只要確保降水過程中，不發生斷排情況即可，最重要的一點是避免發生停電事故，派遣專業電力人員定期檢查電路，發現問題及時處理。

2.3 圍護結構施工工序

通過地基圓弧滑動計算法來確定圍護墻體的穩定性，基坑隆起和滲流計算時，可以根據《建筑基坑支護技術規范》中的相關規范和標準來進行計算，根據計算結構確定支護方案，提升圍護結構的穩定性，保證施工的安全性和效率。梁拼裝方法如圖1所示：

圖1 梁拼裝方法圖

2.4 基坑圍檁和支撐體系施工工藝

根據隧道進口明挖施工的實際情況，和水泵房相互配合，為合理縮短施工工期，降低施工成本，就必須完善城支撐系統。把基坑中的橫向支撐改為混凝土支撐，在保證標高不變的前提下，原設計值要盡量小于每個支撐的線剛度[2]。平面位置保持不變，合理撤銷原設計中聯系桿，保留鋼格構。在鋼支撐和鋼筋混凝土支撐連接處要預埋鋼板，通過焊接的方法，把鋼板和鋼支撐連接為一個整體。側墻模板及支撐如圖2所示。

圖2 側墻模板及支撐圖

3 隧道進口明挖施工技術

3.1 鋼筋工程施工技術

鋼筋在加工前要先進行調直和除銹處理，HPB300鋼筋冷拉率控制在4%以下，HRB400鋼筋的冷拉率控制在1%以下。鋼筋加工首先進行放樣，繪制下料單；鋼筋下料單要經過核對檢查后加工。鋼筋加工允許偏差見表1。

在主結構鋼筋連接時可采用直螺栓套管連接的方法，絲頭長度控制在套筒長度50%的位置，鋼管支持下的接頭必須是I型接頭，并錯開設置。套絲和套筒都要滿足設計規范要求，連接套受拉承載力不小于被連接鋼筋受拉承載力標準值的1.10倍。套筒外觀質量必須合格，同時工藝試驗合格。

表1 鋼筋加工允許偏差表

在鋼筋焊接時，焊條的牌號、性能、接頭頂埋件的鋼板等都必須符合設計要求。焊接操作人員必須持證焊接，經過現場監理單位審核通過后才能上崗[3]。鋼筋搭接連接時，受拉區光圓鋼筋綁扎接頭末端設180°的彎鉤，帶肋鋼筋綁扎接頭末端不設彎鉤。綁扎搭接的接頭只能用于直徑小于22mm的鋼筋。

3.2 模板工程施工技術

在底板模板上要設置側模，仰拱設倒角圓弧模板，都采用木質模板即可滿足實際要，側墻模板采用單側模板，拱形隧道采用鋼拱架配木質模板，單側模板三角支撐架如圖3所示：

圖3 側墻模板及支撐圖

模板的側壓力計算公式為：

此公式中F表示新澆筑混凝土對模板的最大側壓力（kN/m2）；γc表示混凝土的重力密度（kN/m3）取25 kN/m3；t0表示新澆混凝土的初凝時間（h），當缺乏試驗資料時，可采用t0=200/(T+15)計算；T表示混凝土的溫度（℃）取25℃；V表示混凝土的澆灌速度（m/h）取1.5m/h；H表示混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m）取5.1m；β1表示外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0；摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；β2表示混凝土坍落度影響修正系數，當坍落度小于30mm時，取0.85；50～90mm時，取1.0；110～150mm時，取1.15[4]。

頂板的模板支架采用滿堂紅支架，滿足強度和變形要求。按設計標高調整支柱的標高，然后安裝底模板，并拉線找平。根據模板安裝控制線來安裝模板、壓腳板、斜撐等。

3.3 混凝土工程施工技術

混凝土強度等級為C50，抗滲等級為P10。混凝土由自建拌合站提供，混凝土罐車運輸，采用混凝土泵車進行澆筑。

在隧道進洞口底板、側墻、頂板混凝土施工時，坍落度務必要控制在14～18cm之間，按照從高到低的順序進行澆筑，并安排振搗手位置[5]。

底板混凝土施工時，要做好及時交底工作，并明確混凝土次序，在兩底板之間設置施工縫，根據混凝土澆筑速度和澆筑量的需求，安排1臺混凝土泵送機進行垂直運輸，沿著縱向采用“一個坡度、薄層澆注、循序推進、一次到頂”的連續澆注方法。

混凝土澆筑完成后，采用φ50插入式振搗器進行人工振搗，在每個泵澆筑的前后分別設置兩道振搗棒，一道布置混凝土卸料點，確保混凝土能自然流淌；另一道布置在混凝土坡腳的位置，提升下部混凝土振搗的密實性。矩形隧道澆筑約2～4小時后，按標高用長括尺括平，終凝前進行“提漿、壓實、抹光”工藝，二次收漿抹面，約8～14h后，鋪塑料布進行保溫保濕再鋪土工布進行保溫，48小時后充分澆水潤濕養護[6]。

在頂板混凝土澆筑時，采用斜向分層的澆筑方法，從邊墻開始分別向中頂板結構中間進行灌注，同樣布置兩道振動器，隨著混凝土向前推進澆筑，振搗器隨之跟進。

澆筑約2～4小時后，按標高用長括尺括平，終凝前進行“提漿、壓實、抹光”的工藝，二次收漿抹面，約8～14h后，鋪塑料布進行保溫保濕再鋪土工布進行保溫，48小時后充分澆水潤濕養護。

3.4 開挖隧道基坑回填技術

當隧道明挖工程主體結構頂板施工強度達到設計標準以后，即可進行頂板防水層和保護層施工，確認無誤后，分層回填覆土到設計標高。在基坑回填前，要先把基坑中的雜物清理干凈，并要求現場工程監理人員對隱蔽工程檢查審核，審核通過后才能進行回填作業。頂板以上1000mm范圍內采用人工回填黏性土，分層回填，分層夯實，每層回填的厚度不能超過300mm，密實度達到94%以上，才能進行下一道回填[7]。各類回填土，使用前分別取樣測定其最大容重和最佳含水量，并作壓實試驗，確定填料含水量控制范圍、鋪土厚度和壓實密實度等參數。

4 結束語

綜上所述，本文結合工程實例，深入研究了隧道進口明挖施工程序及施工技術，得出以下幾點結論：

1）隧道進口明挖施工具有很強的綜合性和系統性，為確保開挖的靈活性，可采用鋼支撐配合混凝土支撐作為基坑的主要支撐體系。

2）在開挖時，采用分層開挖法，并加強對基坑中水位的控制，避免地下水對隧道進口開挖的影響。

3）鋼筋工程、模板工程、混凝土工程是隧道進口明挖施工的重中之重，要采用科學合理的施工技術，才能確保施工質量。