淺談長距離小斷面隧道施工技術(shù)要點

張劍飛

(五冶集團公司, 四川成都 610000)

1 小斷面隧道的特點

小斷面隧道的特點是斷面尺寸小，曲線半徑小，線路比較長,布線靈活，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,施工時開挖面極狹小，運渣、襯砌施工困難。隨著洞身的延伸，施工難度更大。針對這種狀況，尋找一種快速的施工組織模式，采用配套的專項機械設(shè)備組成機械化施工作業(yè)線，形成高效的、均衡的生產(chǎn)能力是確保項目按期完成的關(guān)鍵。

2 小斷面隧道施工時的測量控制措施

在工程開工前，對測量控制網(wǎng)進行復(fù)測，建立相應(yīng)等級的施工控制加密網(wǎng)控制點至各施工工作面所需部位。

洞外控制測量： 洞外平面控制網(wǎng)采用GPS同步靜態(tài)觀測模式，采用大地四邊形或三角形同步圖形擴展方式進行布網(wǎng)。

洞內(nèi)平面控制測量應(yīng)采用導(dǎo)線控制測量方法進行。洞內(nèi)控制導(dǎo)線應(yīng)從測量設(shè)計確定的洞外聯(lián)系邊引入，洞內(nèi)洞外平面控制網(wǎng)宜以邊連接。洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)隨施工進度分期布設(shè)，建立新一期導(dǎo)線前，應(yīng)先檢測原有控制點(圖1)。

圖1 洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)示意

3 小斷面隧道開挖掘進及圍巖支護

3.1 洞口開挖及支護

邊坡開挖支護掛網(wǎng)錨噴支護施工程序為：洞頂截水溝→ 搭設(shè)排架→坡面修整及沖洗、驗收→噴基層混凝土(3～5 cm)→錨桿施工→掛網(wǎng)→面層分層噴混凝土→回彈料清理→灑水養(yǎng)護。

開挖支護中的洞口排水，洞口排水在洞頂處3 m外地方設(shè)置50 cm的漿砌片石截水溝，收集洞頂周圍散水防止地表水流入洞口侵蝕洞口頂部，洞頂排水溝與路基邊溝順接組成排水系統(tǒng)。在洞外設(shè)置排水溝或路基邊溝，及時排除開挖過程中的積水。

洞口圍巖采取全斷面錨噴支護，噴射C20混凝土，厚8 cm；采取φ22×1.5 m錨桿間距1 m×1 m梅花狀布置。拱部以上網(wǎng)片采用φ5.5，@10 cm×10 cm Q235型冷拔鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)片之間搭接長度10 cm。

3.2 隧道開挖

隧道開挖以新奧法為施工方法，采用鉆爆法開挖、鋼拱架鋼格柵錨噴支護的施工方法。隧道開挖施工工序為采用光面爆破開挖，拱頂和頂板巖層有裂縫或較破碎之處，采用錨桿、噴錨、掛網(wǎng)噴錨或架設(shè)鋼拱架進行支護(圖2)。

圖2 隧道開挖工藝流程

隧道開挖時采用地質(zhì)預(yù)報及超前鉆孔方式進行預(yù)探，根據(jù)已開挖地段圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征，對隧道開挖工作面前方一定長度范圍內(nèi)的圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件作分析推斷和評估。爆破前，將超前錨桿或小導(dǎo)管打入掘進前方穩(wěn)定的巖層內(nèi)。

初期圍巖支護采取鋼拱架+全斷面錨網(wǎng)噴支護方式。施工時，首先噴射10 cm厚 C20混凝土，其次施工梅花狀布置的φ22×1.5 m、間距1 m×1 m的錨桿，再施工I10間距1 m的型鋼拱架：每榀拱架用4根錨桿左、右兩端固定，拱架與拱架之間用φ18連接鋼筋縱向聯(lián)接，聯(lián)接鋼筋環(huán)向間距50 cm，最后噴射10 cm的C25混凝土。

洞內(nèi)排水系統(tǒng)采用順坡自然排水，反坡機械排水兩種方式。順坡排水在隧道邊緣處設(shè)置排水溝，仰拱澆筑的過程中，為避免水流入，需在澆筑地段到掌子面之間下導(dǎo)坑處設(shè)置積水池，然后機械排水。反坡排水過程中每30 m設(shè)置一處集水坑或者集水井，長至少5 m，寬3 m，深1.5 m。積水池設(shè)置功率7.5 kW以上的水泵，確保積水抽出洞外或者隧道邊溝。

3.3 隧道渣土運輸

根據(jù)項目開挖斷面小，開挖距離長，施工難度大的特點，自行研制開發(fā)了適用于超長距離隧道輕型軌道礦車運輸系統(tǒng)。在軌道終點設(shè)計單側(cè)曲軌自卸卸矸架。開挖工作面礦渣采用扒渣機裝渣，礦車裝滿渣后，輕型軌道運渣礦車在機車的牽引作用下將礦渣運轉(zhuǎn)至棄土場，卸載礦渣后，礦車返回進行下輪運渣(圖3、圖4)。

圖3 隧道渣土運輸工藝流程

圖4 卸矸架采用高度落差卸料

4 小斷面隧道二次襯砌施工

隧道襯砌施工工藝流程見圖5。

圖5 隧道襯砌施工工藝流程

4.1 模板臺車加工制作

襯砌施工采用自行改裝的輕型隧道自行式液壓仰拱模板臺車進行襯砌施工，項目襯砌模板進行自主開發(fā)研制，定制兩臺6 m小斷面拱形模板臺車，混凝土運輸車定制2.5 m3的迷你運輸罐車。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選擇洞口場地在20 m×30 m的安裝地點，場地平整，將模板臺車部件運輸?shù)轿唬佋O(shè)軌道，按臺車軌距要求鋪設(shè)軌道，軌道接頭無錯臺、平直，中心線盡量與隧道中心線重合，軌道枕木間距1 m，并用道釘固定，鋼軌采用10號工字鋼。 臺車移到設(shè)計位置后啟動可調(diào)節(jié)支撐系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計標(biāo)高位置調(diào)整標(biāo)高，確保前后在同一標(biāo)高。位置復(fù)核無誤后，對自行式液壓仰拱臺車及仰拱鋼端模連接位置采用U型卡具進行連接加固。臺車主體固定完成后，開始通過八組液壓油缸的動態(tài)伸縮，不斷調(diào)節(jié)，將仰拱圓弧模板頂推到正確的空間位置上，再調(diào)節(jié)六根螺桿對主梁進行加固，防止模板隨意擺動；為防止混凝土灌注過程中，混凝土沖擊作用導(dǎo)致弧形模板晃動，在弧形模板處每隔2 m安裝一處撐腳，加固就位(圖6、圖7)。

圖6 臺車進洞

圖7 2.5m3罐車運輸

4.2 襯砌注漿

隧道防水設(shè)置兩道防線：第一道防線：初期支護+背后注漿；第二道防線：結(jié)構(gòu)自防水(圖8)。

圖8 水工隧道防水設(shè)計

本工程采用襯砌結(jié)構(gòu)防水，按照設(shè)計要求施工縫和變形縫防水，縱向施工縫、環(huán)向施工縫設(shè)置中埋式橡膠止水帶防水構(gòu)造；變形縫部位二襯結(jié)構(gòu)外側(cè)橡膠背貼式止水帶，止水帶寬度400 mm。止水帶的接頭采用現(xiàn)場熱硫化對接焊接，采用直角對接或45 °斜角對接，止水帶采用現(xiàn)場搭接焊接，搭接長度不得小于10 cm，滿焊搭接包括齒條搭接部位)； 其中心位置與施工縫的中心線重合；止水帶采用專用鋼筋套或扁鋼固定，止水帶端部用扁鋼先夾緊，并將扁鋼與結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋焊牢。襯砌結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時應(yīng)避免碰觸止水帶。

臺車混凝土施工。自行式液壓仰拱模板臺車報檢合格后進行仰拱混凝土澆筑，混凝土塌落度控制在120～140 mm，適當(dāng)控制澆筑速度。由于隧洞距離長，斷面尺寸小，所以導(dǎo)致混凝土罐車進洞運輸困難，采用運輸車輛運輸混凝土將會增加施工工期，經(jīng)項目部綜合考慮各種因素后決定采用多級泵送的方式進行隧洞二襯澆筑；振搗采用附著式振動器振搗，灌注混凝土在邊墻位置時應(yīng)連續(xù)進行，混凝土澆注至墻拱交界處可適當(dāng)間歇后連續(xù)澆注拱部混凝土，在拱頂部位采用泵送擠壓法灌注混凝土。臺車上安裝拱頂預(yù)留注漿管，二襯混凝土達到設(shè)計強度后，進行二襯背后回填注漿。

混凝土初凝后，拆除模板撐腳，待混凝土強度滿足要求后，松動所有可調(diào)節(jié)螺桿，再次啟動液壓控制油頂，頂升自動調(diào)節(jié)模板系統(tǒng)，使圓弧模與混凝土面分離，確保模板最低點位置在仰拱填充面以上。仰拱臺車過孔 從仰拱端頭位置退回1 m安裝加固仰拱填充層鋼端模，進行仰拱填充層混凝土澆筑，待其混凝土強度滿足要求后拆除仰拱填充端模，進入下一循環(huán)施工。 隧道自行式液壓仰拱臺車施工技術(shù)要點及隧道自行式液壓仰拱臺車施工流程詳見圖9。

圖9 隧道襯砌施工方法示意

5 結(jié)束語

隧道仰拱采用自行式液壓仰拱臺車施工，實現(xiàn)了機械化作業(yè)，操作簡單，降低了工人勞動強度，施工效率是傳統(tǒng)工藝的3.6倍，大幅提高工作效率。有效緩解因仰拱步距超標(biāo)而暫緩掌子面掘進的情況，降低隧道施工安全風(fēng)險。實現(xiàn)了仰拱襯砌與矮邊墻同步施工，提高了仰拱及襯砌結(jié)構(gòu)的整體性，降低了工作量、提高了仰拱混凝土的外觀質(zhì)量及仰拱施工進度，進而提高了隧道施工的整體施工進度指標(biāo)。

通過勞務(wù)成本方面與提高掌子面掘進速度降低施工成本方面進行分析，采用自行式液壓仰拱臺車施工，每一循環(huán)可節(jié)約2 050元(每循環(huán)長度為10.5 m)，降低工時4.5 h。從成本及進度兩個方面分析，自行式液壓仰拱臺車在降低施工成本的同時，也減小安全步距對隧道施工進度影響的壓力，優(yōu)勢十分明顯。