王剛村鐵路隧道喇叭口段施工技術

王 光

(中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 工程概述

王剛村隧道位于九景衢鐵路DK142+378～DK144+871，全長2 439 m。隧道進口端洞口上覆第四系砂黏土，厚約15 m，褐黃色，有黏性及裂隙，夾雜碎石顆粒，呈硬塑、中密狀。洞身穿越地層巖性主要為灰巖夾千枚巖及泥盆系中統千枚巖夾灰巖。巖層風化較嚴重，產狀近乎直立，裂隙發育，片理明顯，部分段有少量基巖裂隙水。隧道除喇叭口段設計為錨噴臨時支護，模注混凝土襯砌外，其余按普通單線鐵路隧道復合式襯砌設計。喇叭口段設計長212 m，其中大跨襯砌段長85 m，雙拱襯砌段長37 m，加強襯砌段長90 m。洞口段32 m為V類圍巖，其余180 m為III類圍巖。III類圍巖大跨段最大開挖寬度為14.76 m，設計最大加寬為320 cm，墻底以上開挖高度為10.54 m，開挖面積為143.27 m2。臨時支護設計噴10 cm厚混凝土，系統錨桿Φ22 mm，長度為2.5 m，拱部襯砌混凝土厚50 cm。V類圍巖大跨段最大開挖寬度為13.2 m，設計隧道加寬為140 cm，墻底以上開挖高度為10.78 m，開挖面積為129.18 m2。臨時支護設計噴15 cm厚混凝土，拱墻設I16工字鋼鋼架，超前錨桿Φ22 mm，長度為3.5 m，系統錨桿Φ22 mm，長度為3.0 m，襯砌為75 cm厚鋼筋混凝土。雙連拱段中隔墻厚度由1.34 m逐漸增加到3.8 m，分離成兩座單線隧道。喇叭口段平面如圖1所示。

2 隧道喇叭口段施工

2.1 大跨襯砌段施工方法

2.1.1 施工方案

大跨段由于開挖寬度大，凈空高，洞口段32 m范圍內覆蓋層薄，風化嚴重，巖石破碎，給施工帶來一定困難。決定采用半斷面開挖，留核心土，下部斷面跳槽挖馬口，先墻后拱法施工。施工方案如下：(1)先對洞口地表進行加固，作好臨時排水，保證洞口穩定；(2)V類圍巖地段拱部采用小導管注漿，上半斷面弧形開挖，留核心土，挖1 m安裝1榀I16工字鋼架，初噴、掛網、復噴,及時作好臨時支護，然后挖核心土；(3)III類圍巖地段由于巖石產狀近乎直立，垂直線路中線，開挖后洞室較為穩定，采取局部打設錨桿(加設墊板)加固拱部圍巖，半斷面開挖，噴混凝土防止掉塊；(4)上半斷面開挖支護到大跨段終點(85 m)后，繼續施工Ⅰ線，同時回頭開挖大跨下部。下部開挖先拉中槽，邊墻頂部預留2 m寬的巖體，以保證拱部穩定。然后跳槽挖馬口，迅速施作邊墻支護和襯砌；(5)按先墻后拱法施工二次襯砌，及時施作仰拱和填充，封閉成環[1]。施工順序如圖2所示。

圖1 喇叭口段平面布置示意圖

圖2 雙線段各工序施工順序

2.1.2 施工方法

(1)進洞。進洞前，對地表進行加固，對洞口進行超前支護。先按設計清刷邊仰坡，再按間距1.5 m梅花形打設邊仰坡地表錨桿，錨桿長度2.5 m，然后用Φ6 mm鋼筋布設20 cm×20 cm鋼筋網，噴8 cm混凝土加固地表，加固范圍在大跨拱部上方10 m左右。加固好后，沿外拱線環向交錯打設兩環超前小鋼管，管徑為42 mm，管長為4 m，環向間距為30 cm，排距為40 cm，并壓注水泥漿加固洞口。

(2)開挖。因該隧道采用無軌運輸方案，為了滿足裝載機作業條件，拱部開挖高度取5.6 m，加大到起拱線以下1.2 m，開挖斷面約50 m2。V類圍巖地段采用人工十字鎬環形開挖，留核心土，挖夠輪廓斷面后立即安設工字鋼架，挖1 m安設1榀，并作好鋼架縱向連接，及時噴混凝土支護。每前進3 m，再打設一環超前小導管注漿，保持鋼管搭接長度1 m左右，防止搭接過短引起拱頂坍塌。核心土部分開挖，可以放小炮松動后裝載機直接出碴。為了防止開挖下部時拱頂下沉，在拱腳每榀鋼架兩側各打設一根鎖腳錨桿，錨桿長2.5 m，并與鋼架焊接牢固。III類圍巖地段采用半斷面光面爆破，嚴格控制藥量和起爆順序，減少對圍巖的振動。經過幾次調整，爆破參數確定如下：周邊眼間距為55 cm，周邊眼裝藥集中度為0.25 kg/m，最小抵抗線為70 cm，鉆眼深度為2.5 m，循環進尺約2.2 m。上半斷面共打炮眼109個，總裝藥量為140 kg，單位體積耗藥量為1.27 kg/m3。采用直眼掏槽，掏槽眼比掘進眼加深20 cm，由里向外層層起爆。掏槽眼和擴槽眼用1～9段非電毫秒雷管分段起爆,掘進眼和底板眼用10～19段非電毫秒雷管連續起爆，輔助周邊眼和周邊眼用5、6、7三個段的秒差雷管，分3次起爆。下部開挖先拉中槽，兩側預留邊墻部位。V類圍巖采用交替開挖馬口方式，挖寬3m。開挖過程中若有巖土滑坍跡象，應立即噴護巖面，防止拱部下沉。III類圍巖地段由于圍巖穩定性較好，下部開挖按常規光爆方法，周邊眼間距加大到65 cm。

(3)支護。隧道喇叭口段施工中，V類圍巖砂黏土地段由于夾雜塊石使錨桿成孔困難，施工中少打了一些系統錨桿，局部的支護靠鋼架和網噴混凝土。為便于型鋼支架安設，將上半斷面拱部的鋼架分成4節，左右邊墻各設1節，共計6節。為了保證鋼架的受力性能，對鋼架進行了冷彎，并采用墊板螺栓連接，可保證鋼架安設的準確性，縮短安設時間，盡快形成支護能力。噴射混凝土的施工質量是保證支護質量的重要環節，其技術參數為：①采用Tk-961型混凝土濕噴機，配合比為水泥∶砂∶石=1∶2.11∶1.87，灰骨比為1∶3.9，水灰比為0.55，噴混凝土水泥用量為427 kg/m3；② 坍落度8～10 cm；③ 摻用河南鞏肥生產的液態速凝劑，摻量為水泥用量的4%，經現場試驗，水泥凈漿(W/C=0.5時)凝結時間為：初凝1.5～2 min，終凝4.5 min，速凝效果較好；④一次噴層厚度為5～6 cm，一般噴射2～3次可達到設計噴層厚度，實際噴射進度約2.5 m3/h。⑤ V類圍巖大跨段，每挖1 m噴1次；III類圍巖大跨段，每兩槽炮約4.4 m噴1次；⑥噴射風壓控制在0.25～0.3 MPa；⑦ 根據現場測定，空氣中粉塵含量大大降低，作業環境大為改善，混凝土回彈量一般拱部為3%，邊墻約為10%。由于III類圍巖地段巖石產狀呈直立狀，我們將設計的徑向系統錨桿大多改為環向超前錨桿，增強了加固圍巖的作用。然后噴射混凝土約10 cm，防止巖層松動掉塊，保證圍巖穩定和施工安全。

(4)襯砌。針對大跨段隧道襯砌具有跨度大、襯砌斷面厚、混凝土數量多等特點，采取以下措施：① 隧道統一選用2015型鋼模板，采用2.5 mm厚的鋼板作為模板的面板，由廠家對拱部模板進行專門加工。為滿足模板強度和剛度的要求，用I16工字鋼加工成大跨拱架。② 在邊墻巖面上提前打設3～4排水平藥包錨桿，然后將錨桿焊接鋼筋接頭穿過水平的縱向背梁，用螺栓加固排架，使工作平臺與邊墻架完全脫離，這樣既可避免因卷揚機提升材料時產生的晃動影響邊墻架的穩定性，又能保證施工通道的暢通無阻。拱架縱向需用拉筋加強，豎向加設頂撐，防止拱架變形移動。③ 雙線段襯砌施工采用先墻后拱方法，搭設腳手架作為施工平臺，利用卷揚機提升混凝土，人工打鏟入模。襯砌施工如圖3所示。

圖3 大跨段襯砌施工示意圖

2.2 雙拱襯砌段施工方法

雙拱段開挖次序是整個喇叭口隧道施工的關鍵，其困難之處就在于當開挖施工中隔墻過程中，如何保證兩單線拱之間的三角區圍巖的穩定，不出現較大坍塌。為此，提出了兩種施工方案。

(1)方案一：① 開挖前先對三角區進行噴錨網加固；② 矩形開挖中隔墻位置，兩側各加寬約2 m，為中隔墻混凝土施工提供必要的空間；③ 對中隔墻基底和墻頂圍巖作必要的處理后，盡快立模灌注中隔墻混凝土，可對墻頂巖石起到支頂作用；④ 中隔墻施工完成后再按臺階法先墻后拱分別施工Ⅰ線或V線隧道。

(2)方案二：① 先噴錨網加固三角區；② 對影響工期的Ⅰ線隧道按單線隧道半斷面臺階法開挖，并作好支護；③ 當開挖超前20 m后，放炮擴中隔墻位置，盡快施作中隔墻襯砌；④ 按先墻后拱法施作Ⅰ線襯砌；⑤ 用光面爆破，嚴格控制藥量，臺階法開挖V線，并盡快作好襯砌，封閉成環。

比較兩個施工方案后認為，中隔墻施工條件困難，進度緩慢，混凝土外觀質量難以保證。本段為III類圍巖，且產狀有利，最后決定采用第二個方案施工。在實際施工過程中，特別注意加強對三角區側面單線拱部的噴錨網加固，錨桿長3.5～4 m，加設墊板，并與鋼筋網焊接，噴混凝土不少于8 cm。當雙線段開挖至三角區并轉入正線施工時，先對三角區正面進行加固。加固方法如下：① 首先確定三角區加固范圍,由于圍巖受爆破影響，有一定范圍的破碎帶，故三角區可擴大；② 在三角區域內布設注漿錨桿，并安設鋼筋網，錨桿采用Φ22 mm鋼筋，鋼筋網采用Φ8 mm鋼筋，噴10 cm厚混凝土予以加強；③ 進入正線后，嚴格按設計施作徑向錨桿，并適當加密加長，使之和正面加固形成有機整體，確保三角區的圍巖穩定。開挖V線時，為了不影響已施工的中隔墻和拱圈，選用短臺階法開挖，短進尺，弱爆破，嚴格控制用藥量，預留光爆層，提高光爆效果，減少對圍巖和拱的擾動。開挖到一定距離后，及時施作V線的邊墻和拱圈，保證施工安全[2]。

2.3 加強襯砌段施工

加強襯砌段兩線邊墻間距由3.8 m逐漸增大到15 m，拱圈設計成鋼筋混凝土，邊墻襯砌加厚。前段開挖仍采用短臺階，弱爆破，多打眼，少裝藥，周邊眼間距調整為50 cm，最小抵抗線為60 cm，單位耗藥量控制在1.1 kg/m3左右，以減少振動，支護、襯砌緊跟[3-4]。為了方便鋼筋的安裝和混凝土施工，將鋼筋分解成幾部分分別預制成型。施工時，邊灌注混凝土邊安裝鋼筋，這樣既方便鋼筋的安裝，又可保證混凝土質量。

2.4 雙線段仰拱施工

洞口段32 m為V類圍巖，當下部開挖完畢后及時施作仰拱，使之封閉成環，約束兩側邊墻的位移變形。該段為鋼筋混凝土，施工仰拱,填充一次成型。由于施作及時，該段圍巖無大的變形量，確保了安全。其余地段由于斷面大，混凝土數量大，全斷面施工對正線施工出碴運料有較大影響，在此前提下，該段仰拱填充施工改為單邊施工。

3 結語

(1)喇叭口隧道段由于是III類圍巖，且巖層產狀接近直立，地下水少，大跨斷面采用半斷面開挖是可行的。

(2)與大管棚相比，小導管預注漿由于其靈活、方便，也是一種有效的超前支護措施。

(3)大跨段下部開挖為防止邊土墻滑坍和拱部下沉，可加設托梁或打鎖腳錨桿；挖馬口時宜邊挖邊噴。

(4)濕噴混凝土可提供圍巖早期支護，提高支護質量，增強隧道通過軟弱圍巖的能力，減小回彈量和粉塵危害，一次噴射混凝土厚度加大，施工環境條件得到改善，噴射進度加快。

(5)中隔墻段的施工是雙線喇叭口施工的難點，施工前，應對該段圍巖的地質情況有較詳細的了解，在此基礎上進行施工方案的比選，在確保施工安全的前提下優化施工方案。

(6)三角區的加固是施工中最棘手的問題，施工該段時應盡量減輕爆破引起對巖體的破壞，工序安排上力求緊湊；中隔墻混凝土數量大，立模加固困難，施工時應集中人力物力，盡量減少圍巖的暴露時間，確保施工安全。