重慶巫溪至開州高速公路隧道機械化配套施工工藝

王樹輝

（貴州省公路工程集團有限公司，貴陽 5500088）

1 工程概況

新建巫溪至開州高速公路WYKTJC2項目，起訖里程為K99+780~K118+369.408，路線全長約18.602 km，其中，橫梁子隧道為小凈距短隧道，樁號及長度為左幅ZK103+626~ZK104+032、長406 m，最大埋深118 m；右幅K103+618~K104+026、長408 m，最大埋深121 m。隧道施工配置超前地質預報系統、鑿巖臺車、混凝土機械噴射手和濕噴機、襯砌臺車等設備，形成超前預報、開挖出碴和支護襯砌全套設備機械化作業線。

2 機械配套原則

1）以隧道施工需求為導向，合理配置施工機械。隧道工程建設規模大，在全斷面施工中常采用大型機械設備；部分隧道采取分部開挖的作業方法，各作業區的空間有限，宜優先考慮小規格的機械設備，以便適應狹窄的場地。因此，需根據現場施工環境合理適配機械設備，確保機械設備可穩定運行。

2）隧道工程的機械設備類型豐富，在保證單臺設備穩定運行的基礎上，還需兼顧各類機械設備的協同運行情況，根據施工流程建立機械設備在工序上的聯系，共同為隧道工程施工助力。

3）隧道工程機械設備的配套還需考慮到經濟效益的要求，充分發揮機械設備的性能優勢，高效推進工程施工進程[1-2]。加強施工期間的機械設備調度管理，縮短機械設備的閑置時間，以此提高工程資源的利用水平。

3 機械化配套快速施工技術

3.1 超前地質預報

本工程應用卡薩C6型鉆機，可根據現場作業條件靈活更換動力頭，機械設備的可操縱性和靈活性突出。鉆機的自適應能力強，根據鉆孔出水情況動態調節鉆進壓力和速度，建立適應于最新施工環境的參數組合方案。此外，還可預測前方約50 m的地質條件，供作業人員分析，更有效地規劃后續的工作。

3.2 開挖作業

本項目Ⅳ級圍巖施工采用上下臺階法開挖，如圖1、圖2所示。開挖前采用超前小導管超前支護，先開挖上斷面，及時進行上斷面初期支護，然后左右錯開開挖下斷面，施作下斷面初期支護。各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開，平行推進。具體步驟如下：（1）上半斷面拱部超前小導管注漿預支護；（2）上半斷面開挖；（3）上半斷面拱部初期支護（立鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴射混凝土）；（4）下半斷面左側開挖；（5）下半斷面左側初期支護（立鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴射混凝土）；（6）半斷面右側開挖；（7）下半斷面右側初期支護（立鋼拱架、掛鋼筋網、安裝錨桿、噴射混凝土）；（8）全斷面模筑二次襯砌混凝土。

開挖技術措施：（1）隧道開挖法采用機械開挖，各分步平行作業，平行施作初期支護，各分部初期支護緊密銜接，及時封閉成環。（2）隧道開挖后應及時施作初期支護，以控制圍巖變形，按設計預留變形量施工，且根據監控量測結果適當調整。（3）仰拱緊跟下斷面施作，及時閉合構成穩固的支護體系。尤其是仰拱步長不宜留得過長，要以仰拱緊跟為原則，及時施作仰拱。（4）仰拱距離掌子面距離不得大于50 m，二次襯砌距離掌子面不得大于90 m。（5）拱部超前支護完成后開挖上斷面，斷面長度控制在15~20 m，以確保開挖、支護質量及施工安全。當上斷面初期支護強度達到70%后，才可開挖隧道下斷面，開挖后及時施作初期支護。（6）開挖循環進尺按2~2.5 m控制，在施工過程中可根據圍巖變化情況適當調整。下斷面左、右側開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，每次上臺階長度不得大于15 m，下臺階落底長度不大于2榀鋼拱的長度，應一次落底，并盡快封閉成環。（7）仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，鎖腳錨桿應取30°方向，且每循環進尺不得大于3 m。

3.3 初支作業

3.3.1 鋼架制作

施工技術交底后，熟悉設計參數，分段制作，對制件進行試彎、試拼裝。工字鋼制作時，用冷彎機制彎，以鋼板夾面焊接的方法連接各段工字鋼；取1∶1胎模用于制作鋼筋格柵鋼架，針對各鋼筋節點做焊接處理；用鋼板鉆孔機在鋼板上打孔，不得采用氣割沖孔（常用鋼板鉆孔機）。單段之間，鋼架連接采用手持電動扳手。鋼架制作安裝應滿足相關規范要求。

縱向鋼架之間連接用鋼筋連接，拱腳放在預制塊或牢固的基礎上，拱腳標高不足時，不得采用塊石、碎石砌墊，應用鋼板或強度等級不低于C20的混凝土預制塊支墊。鋼架應緊貼巖面，與巖面之間的間隙不得用片石回填，宜采取噴射混凝土的處理方法。定期檢查鋼架，判斷是否有局部彎曲、破裂等異常狀況，若有，及時采取加固、換新等處理措施。拆除作業按照“先頂后拆”的流程有序進行，防止圍巖松散坍塌。

3.3.2 鋼筋網

受噴面缺乏平整性時，鋼筋網片起伏鋪設，與受噴面的間隙控制在20~30 mm。為確?；炷翝仓r鋼筋網片始終保持穩定，將其與錨桿連接。鋼筋搭接長度不小于30d（d為鋼筋直徑）。

3.3.3 錨桿（管）支護

（1）原材料：對錨桿鋼材、藥卷、水泥漿進行試驗，標識清楚、分類堆放，防水防潮防銹蝕。（2）錨桿制作安裝：在硬質巖石地質條件中鉆孔時，設備采用錨桿機，拱腰和側墻兩處的鉆孔設備選用氣腿式鑿巖機。錨桿孔長度不得短于設計長度的95%，錨桿應盡量垂直于開挖輪廓線，為各錨桿適配墊板，錨桿設置到位后安排初噴混凝土施工?，F場有Ⅴ級、Ⅳ級圍巖時，布設在該處的錨桿的尾端應有足夠的預留長度，以便經過復噴混凝土后錨桿墊板可安裝到位。（3）中空注漿錨桿：在錨桿上開設排氣孔，配套錨頭、墊板、螺母等配件；砂漿初凝后，及時擰緊螺母，同時混凝土與墊板密切貼合。注漿采取壓力注漿的方法，起始壓力約為0.3 MPa，后續適度增加注漿壓力，待排氣孔流出漿液后，結束灌漿作業。（4）注漿小導管：系統錨管用于隧道穿越滑坡地段，規格為單根長4 m，管外徑42 mm，壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管制成，管上打φ6 mm的注漿孔。注漿要求同“超前小導管”。

3.4 仰拱作業

1）開挖。仰拱開挖采取機械為主、人工為輔的方案，同時保證開挖效率和開挖精度。隧道底部兩隅與側墻連接部位平順開挖，以免由于應力集中而導致穩定性下降；清理堆積在邊墻鋼架底部的雜物，使其與仰拱鋼架穩定連接；開挖現場存在軟弱膨脹性圍巖時，向地面與兩隅打入錨桿，或采取其他有效的加固措施，然后再開挖。

2）初期支護的設置。仰拱開挖后，按照“施作混凝土墊層→打設錨桿→配套仰拱鋼架→噴射混凝土→模筑混凝土”的流程有序施工，建成初期支護結構。仰拱底部未設置初支時，先施工混凝土墊層，建立可供仰拱鋼架安裝、立模等環節施工的作業面。仰拱鋼支撐與邊墻拱架腳部焊接于一體，保持結構完整和受力穩定。

3）二襯鋼筋的施工。仰拱兩側二襯邊墻的預埋鋼筋有適量的伸出長度，以便與二襯環向鋼筋焊接。綁扎仰拱二襯鋼筋時，嚴格控制每層鋼筋的間距和雙層鋼筋的層距，層距可通過焊接定位鋼筋的方法確定；二襯兩側邊墻分布預埋鋼筋，根據隧道斷面設計的弧度調整該類鋼筋的彎曲弧度，保持一致。

3.5 噴射混凝土施工

隧道設計初期支護為C25噴射混凝土，采用初期支護噴漿機進行施工，噴射混凝土工序必須緊跟前一工序，不得拖延。

1）隧道開挖后，安排混凝土噴射，用于穩固開挖面，防止巖體松弛。

2）以分段、分片的方法有序噴射混凝土，各作業區段縱向長度≤6 m，全程遵循自下而上的順序。下次爆破距噴射混凝土的時間間隔至少達到4 h。根據總噴射厚度適當分層，前一層混凝土終凝后間隔1 h以上再噴射下一層時，用高壓風清理受噴面的雜物，使新噴射的混凝土與之穩定結合。

3）混凝土隨拌隨用，以防混凝土在拌和后長時間未使用而發生初凝。

4）根據設計厚度和噴射部位的特點靈活控制一次噴射厚度，初噴厚度40~60 mm，復噴環節拱頂、邊墻兩處的一次噴射厚度分別≤100 mm、150 mm。噴射到位的首層混凝土應具有平整性，凹坑必須得到有效的填補。局部有嚴重凹坑時，以錨桿吊模噴混凝土的方法處理。

5）噴嘴與巖面保持垂直，距離巖面0.6~1.2 m，噴射料束與受噴面呈5°~15°夾角時最為合適，此時的噴射效果較佳。噴射機工作壓力穩定在0.1~0.15 MPa，噴射料束呈螺旋形運動。鋼架與壁面存在空隙，向該部位以噴射混凝土的方法填充。從兩側拱腳向上對稱噴射混凝土，控制好混凝土的用量，有效覆蓋鋼架，并使背面得到有效的噴射處理。拱腳基礎部位的混凝土應具有密實性，禁止出現局部懸空的情況。

6）噴射的混凝土終凝2 h后，以噴水的方法養護至少7 d，現場氣溫在5℃以內時，為防止混凝土凍傷，禁止采用噴水養護的方法。

4 隧道機械化配套施工的優越性

對施工人員而言，機械化配套初期支護施工工藝比傳統施工工藝更具有安全性，員工的勞動強度得到了大幅度降低，施工人員的數量至少減少2/3以上，而施工效率比傳統施工工藝提高了2/3以上，在隧道超欠挖控制和噴射回彈控制方面（即成本控制）、能源需求方面和安全環保方面，機械化配套施工工藝具有傳統工藝不可比擬的優越性，在施工安全方面采用噴射機械手進行濕噴作業時，作業人員通過該噴射機械手配備的遙控機械手實現了對噴射機械手的遙控，從而可以使機械手伸縮到掌子面進行施工，而作業人員和機器可停留在已完成初期支護的位置進行混噴作業，以此避免了在傳統施工工藝中，人員與混噴機械均要在暴露于尚未支護的圍巖下進行作業，對機械設備和施工人員存在的安全隱患；采用噴射機械手，幾乎沒有粉塵，作業人員作業環境良好。

5 結語

綜上所述，針對現場地質條件復雜、工程量較大的隧道工程，按因地制宜的原則配套機械設備，協同運行，營造安全的施工環境，實際施工質量和效率均達到要求。在各類隧道工程中，建議施工單位根據現場作業條件選擇適宜的機械設備，綜合考慮設備的運行穩定性、經濟高效性、生態環保性多項特征，組合應用，使機械設備聯合作業，順利推進隧道工程的建設進程。