黃土地區(qū)連拱隧道施工分析

繆學(xué)強(qiáng)

保利長大工程有限公司，廣東 廣州 511400

我國的高速公路不斷向邊遠(yuǎn)多山地區(qū)延展，復(fù)雜多變的地質(zhì)地理環(huán)境促使隧道工程項(xiàng)目數(shù)量也隨之大幅度增加。連拱隧道具有造價(jià)較低、工期短等特點(diǎn)，因此在隧道工程中應(yīng)用率比較高。我國西北地區(qū)多屬黃土高原，土質(zhì)疏松并具有一定的特殊性，極易因遇到水流而剝落坍塌，這種地質(zhì)狀態(tài)會(huì)給隧道工程施工造成很大困難。因此，針對黃土地區(qū)連拱隧道施工進(jìn)行研究分析，為該類工程提供一些參考，有助于該類工程施工的順利推進(jìn)。

1 黃土地區(qū)隧道施工的原則

黃土隧道施工應(yīng)嚴(yán)格遵守以下四項(xiàng)基本原則：早封閉、勤測量、少打擾、短進(jìn)尺。施工隊(duì)伍應(yīng)準(zhǔn)確結(jié)合地質(zhì)情況變化以及埋深程度變化及時(shí)有效地調(diào)整完善施工方案。黃土地區(qū)的隧道施工危險(xiǎn)系數(shù)極高，可見安全是隧道施工的必要前提。黃土隧道圍巖的自承能力強(qiáng)、直立性優(yōu)良，強(qiáng)大的自承能力就可以將新奧法施工優(yōu)勢淋漓盡致地體現(xiàn)出來。

在黃土地區(qū)的隧道施工需要注意將隧道洞口、洞門、洞頂?shù)呐潘到y(tǒng)完善到位，為了避免因地面積水侵蝕洞體而引起隧道塌方，需要及時(shí)處理隧道洞身的裂縫及險(xiǎn)穴等小缺陷。首先，監(jiān)管人員要注意時(shí)刻觀測隧道施工中是否有變形現(xiàn)象出現(xiàn)，定期向上級部門反饋有效信息，監(jiān)督并指導(dǎo)施工人員的施工，保障施工人員的安全。在施工時(shí)還需要特別做好監(jiān)控量測工作，尤其是對隧道周邊收斂、拱頂下沉、地表下沉、地表裂縫等項(xiàng)目的監(jiān)控，如果沉降量過大，則需應(yīng)用鋼支撐，同時(shí)在隧道墻角處設(shè)置鎖腳錨管等強(qiáng)支護(hù)，以實(shí)現(xiàn)對隧道的支撐保護(hù)。

其次，在隧道施工過程中，墻腳與拱腳處斷面不得超挖過度，一旦超挖過度，應(yīng)立即用漿砌片石等材料回填。如果隧道某處的土體承載力較低，應(yīng)使用錨管予以加固。為了加強(qiáng)隧道基底的承載能力，可以采用壓漿、換填、灰土擠密樁等方法處理基底。

最后，需要將施工縫處理到位。近期的舊隧道檢測結(jié)果顯示，隧道裂縫一般出現(xiàn)在施工縫和拱墻結(jié)合的位置，施工人員在施工過程中需要格外注意接縫的處理。如果遇到地下水含量豐富的土層，應(yīng)將排水溝提前堆砌好，必要時(shí)可以與井點(diǎn)降水法相結(jié)合幫助水位下降至安全線內(nèi)，以確保施工得以順利開展。一旦在施工過程中發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)因素，應(yīng)立即停止施工并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，做好支護(hù)工作后才可開展施工。

2 連拱隧道技術(shù)在黃土地區(qū)隧道施工中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某段隧道屬于V級圍巖土質(zhì)地段，主要采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工，其局部會(huì)用到人工風(fēng)鎬進(jìn)行破除，部分開挖難度大、范圍小的地段可應(yīng)用控制松動(dòng)爆破法進(jìn)行施工。在V級圍巖土質(zhì)地段應(yīng)首先將中導(dǎo)坑挖出，再使用預(yù)留核心土兩臺(tái)階法結(jié)合環(huán)形開挖方式挖主洞，左右線的隧道施工步驟雖相同，但務(wù)必錯(cuò)開施工，左右線隧道的縱向間距不得小于40mm。

2.2 黃土地區(qū)連拱隧道施工流程

由于此次工程的施工難度較大，必須在前期做好施工流程及工藝方案的審核與優(yōu)化，最終確定該工程項(xiàng)目的施工流程如下：施工準(zhǔn)備→初期支護(hù)→開挖施工→錨桿支護(hù)→鋼筋網(wǎng)施工→鋼網(wǎng)架施工→噴射混凝土施工。

（1）初期支護(hù)。在結(jié)束出渣后，需要及時(shí)檢測斷面，斷面符合設(shè)計(jì)要求后再對其進(jìn)行施工支護(hù)。該隧道V級圍巖段的初期支護(hù)設(shè)備通常有混凝土、鋼筋網(wǎng)、藥卷錨桿、鋼拱架等。因?yàn)閂級圍巖的穩(wěn)定能力較弱，且主洞開挖斷面面積大，所以需要使用支護(hù)效果較強(qiáng)、剛度大的工字鋼進(jìn)行支護(hù)工作。工字鋼一般應(yīng)用于自穩(wěn)能力差、圍巖松弛變形程度大的地段，對于穩(wěn)定洞體有著明顯效果。相鄰的工字鋼拱架一般通過Φ22鋼筋進(jìn)行連接。一般采用的噴射混凝土的種類為C25早強(qiáng)噴射混凝土。而且，為了確保噴射混凝土不受其他因素的影響，也為了保護(hù)施工人員的身體健康不受影響，一般會(huì)采用濕噴法進(jìn)行混凝土噴射。

（2）錨桿施工。初期支護(hù)階段通常會(huì)全部使用Φ22藥卷錨桿，將Φ22藥卷錨桿以梅花形結(jié)構(gòu)布置好，依照設(shè)計(jì)間距施加徑向錨桿。錨桿施工的一般順序是鉆孔眼→清理孔眼→裝藥包→插錨桿。

（3）鋼筋網(wǎng)安設(shè)。當(dāng)錨桿安裝完成后可以進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的安設(shè)工作，安設(shè)鋼筋網(wǎng)之前仍需在鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)處噴射混凝土。鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨著受噴面的起伏坡度鋪設(shè)，并且鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙必須保證在20～30mm。除此之外，施工人員需要使用細(xì)鐵絲將相鄰鋼筋網(wǎng)點(diǎn)焊或綁扎到一起，以保證鋼筋網(wǎng)的穩(wěn)定性。不但如此，標(biāo)準(zhǔn)要求噴射混凝土的保護(hù)層厚度不得小于20cm。

（4）鋼拱架安裝。隧道主洞Ⅴ級圍巖設(shè)計(jì)采用I20a及I20b拱架加強(qiáng)支護(hù)，拱架在鋼筋加工場按設(shè)計(jì)加工成段，在洞內(nèi)用螺栓連接成整體。洞內(nèi)安裝在初噴混凝土之后進(jìn)行，與定位筋焊接。拱架（格柵鋼架）與拱架（格柵鋼架）之間用縱向連接鋼筋連接。拱架（格柵鋼架）拱腳安放在牢固的基礎(chǔ)上，架立時(shí)垂直隧道中線，當(dāng)拱架和圍巖之間間隙過大時(shí)設(shè)置墊塊，用混凝土噴填。拱架嚴(yán)格按設(shè)計(jì)架設(shè)，嚴(yán)格控制中線及標(biāo)高，拱架安裝允許偏差橫向和高程均為±5cm，傾斜度控制在±2°。

（5）噴射混凝土施工。為了保證連拱隧道的整體穩(wěn)定性，噴射混凝土施工需采用濕噴機(jī)進(jìn)行操作。噴射施工前應(yīng)首先對隧道結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)超欠挖以及有大量碎石、污泥等情況時(shí)，就要做好松動(dòng)結(jié)構(gòu)的處理及洞內(nèi)雜物的清理，還要埋設(shè)鋼筋材料，通過這些材料被噴射材料埋住的位置判斷噴射材料的厚度，待混凝土凝固后，再用高壓水進(jìn)行噴面清理，而且要保證噴射混凝土施工與開挖操作緊密相連，并且在噴射施工之后保證至少4h內(nèi)不可擾動(dòng)巖土結(jié)構(gòu)，因此要控制爆破時(shí)間。

3 黃土地區(qū)隧道施工質(zhì)控要點(diǎn)

3.1 臺(tái)階法施工

（1）臺(tái)階長度不宜超過隧道開挖寬度的1.5倍，上臺(tái)階高度宜為2.5m。臺(tái)階不宜多分層。裝渣機(jī)械緊跟開挖面，減少扒渣距離。（2）上臺(tái)階鋼拱架施工時(shí)，采用加強(qiáng)鎖腳錨桿控制其下沉和變形。（3）下臺(tái)階應(yīng)在上臺(tái)階噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后才開挖。

3.2 環(huán)形開挖留核心土法施工

（1）開挖進(jìn)尺宜為0.6～1.2m，核心土面積不小于整個(gè)斷面面積的50%。（2）開挖后噴錨、鋼拱架支撐及時(shí)緊跟，相鄰鋼拱架用連接鋼筋連接，并按設(shè)計(jì)要求施工鎖腳錨桿。（3）核心土與下臺(tái)階開挖在上臺(tái)階支護(hù)完成、混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后才施工。

3.3 仰拱部分開挖施工

（1）底面圓順且無浮渣。（2）做好排水設(shè)施，清除積水。（3）隧道底兩隅與側(cè)墻連接處要圓順。（4）仰拱開挖長度一般一次不超過3m。施工單位需要控制施工質(zhì)量，不要出現(xiàn)欠挖的情況，同時(shí)要控制超挖值，保證各項(xiàng)施工都符合規(guī)范。如果有超挖的部分，一定要及時(shí)使用混凝土進(jìn)行回填。工作人員要注意預(yù)留變形量，保證隧道開挖輪廓與設(shè)計(jì)相對照。

3.4 鉆爆

（1）施工人員需要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆眼、裝藥、接線引爆工作。這個(gè)過程中一定要保證工作人員有絕對的專業(yè)技能水平，持證上崗，同時(shí)要保證使用的爆破器材以及其他的相關(guān)設(shè)備都符合應(yīng)用要求，如有合格證、說明書等。正式開始使用之前，要先進(jìn)行現(xiàn)場測試和檢驗(yàn)，保證爆破器材在實(shí)際應(yīng)用中能夠發(fā)揮對應(yīng)的作用。

（2）施工單位要安排專人指揮，保證所有的外插角、輪廓線、傾斜角等都符合設(shè)計(jì)要求；還要注意做好巖石凹凸程度的設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度；注意保證炮眼底端是在一個(gè)垂直面上。

（3）要使用紅油漆來進(jìn)行眼孔的描繪。

（4）要調(diào)整炮眼的角度、密度等各項(xiàng)參數(shù)，在最大程度上保證質(zhì)量符合預(yù)期；要做好精度的控制，保證挖槽眼的眼口間距誤差小于5cm，底部的誤差也需要小于5cm。在輔助眼和周邊眼的規(guī)劃上也要限制誤差，要控制內(nèi)圈炮眼到周邊眼之間的排距誤差，讓炮眼深度符合工程規(guī)范。

3.5 鋼拱架安裝

施工人員要保證鋼架拼裝的尺寸都符合設(shè)計(jì)應(yīng)用的要求，保證弧形足夠圓順，周邊輪廓誤差小于3cm。做好螺栓的連接工作，保證孔眼中心誤差小于0.5mm。將鋼架平放時(shí)，要保證翹曲程度小于2cm。施工單位要檢測鋼架的編號，觀察有沒有出現(xiàn)變形等質(zhì)量問題，只有符合要求的材料才能投入實(shí)際使用。要注意鋼拱架初噴之后的安裝工作，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行深入的檢查，保證輪廓、中線、高程等數(shù)據(jù)都符合要求。在施工過程中，要讓鋼架安裝盡可能地貼近初噴面。同時(shí)，要在足夠牢固的基礎(chǔ)上安放拱腳，做好鋼拱架的分節(jié)段安裝，做好連接工作。

4 結(jié)束語

在不斷的實(shí)踐過程中，我國連拱隧道施工技術(shù)與水平有了很大程度的提升，但是，為了進(jìn)一步提高黃土地區(qū)連拱隧道施工的高效性，仍需對連拱隧道施工進(jìn)行深入探索，對施工流程進(jìn)行合理規(guī)劃，全面分析各施工環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)，并且在施工過程中對施工安全和工程質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格管控，確保黃土地區(qū)連拱隧道施工的完善性，借此提升隧道工程的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。