大傾角長硐室開挖施工關鍵技術

劉臻 黎圓圓 張基進

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

目前，我國懸索橋得到了快速發展，據統計，截至2021年，世界上已建成跨度超過400m的懸索橋110余座，我國占比超過一半，建成了以楊泗港長江大橋和西堠門大橋為代表的一批大跨徑懸索橋，懸索橋的跨徑不斷向更大方向邁進，正在建設中的張靖皋長江大橋主跨達到2300m，在目前的懸索橋中跨度排名第一。這些橋梁的建造實施，有力地促進了我國懸索橋設計、施工技術的進步與發展。

山區懸索橋隧道錨能較好地利用山區地形地質條件，隧道錨工程量相對較少，性價比較高，對周邊環境影響及施工擾動小。隨著我國山區交通基礎設施建設的不斷完善，采用隧道式錨碇建設懸索橋的優勢越來越明顯。

1 工程案例

圖1 大橋整體布置圖

該橋隧道錨錨碇處于沿江河谷地貌，隧道錨開挖深度147.8m，其中錨洞長32m，前錨室長60m，錨塞體長52m，后錨室長3.8m，進洞斜坡為26°，延伸至32m，轉斜度為41°。洞底最大單洞截面尺寸為17m×18m，拱頂半徑8.5m，左右洞最小凈距25m左右，隧道錨立面如圖2所示。

圖2 隧道錨立面圖

下伏基巖為泥灰巖，強風化極破碎，風化裂隙發育，巖質較軟，力學強度低，厚度約2m；其下為中風化泥灰巖、泥質灰巖，巖體較破碎、較完整。隧道錨最大埋深113m，巖體主要為抗拉和抗剪（抗拔），其主要影響因素為巖體與錨固體之間的黏結強度和圍巖巖體本身的抗剪強度。隧道錨區地質條件復雜，施工難度大。

2 大傾角長硐室隧道錨開挖施工要點

隨著懸索橋建設環境條件越來越苛刻，大傾角長硐室隧道錨愈發常見，如傾角超過40°、長度超過100m，尤其對于在城鎮建成區實施的懸索橋隧道錨施工，要求越來越高。對于大傾角長硐室隧道錨，其洞口一般地形較陡峭，施工條件苛刻，洞口開挖難度大，施工風險較高；在洞身施工中，存在開挖坡度大、出渣慢、出渣量大、開挖截面高度大等難點；在初襯和二襯施工中，存在作業面狹窄，交叉干擾多、高空作業量多等難點。

在城鎮建成區，因洞口段埋深較淺，為確保隧道錨上方建筑物安全，須做好施工安全組織及預案，保障人員及財產安全。

應加強施工過程中的臨時排水，防止積水軟化圍巖，造成錨塞體摩阻力下降。在隧洞開挖過程中，可能存在滲水問題，施工單位應配置滿足日均最大降雨量兩倍能力的排水設備。

施工全過程實行動態監測與反饋，發現監測數據異常應及時采取應對措施，以確保硐室開挖的安全。開挖施工中應遵循隧道開挖“少擾動，快加固，勤量測，早封閉”的原則。

2.1 洞口工程施工關鍵技術

在洞口邊坡開挖之前，于開挖線外2m采用漿砌片石做好洞頂截水溝，截水溝斷面40cmX40cm，壁厚25cm。洞口邊坡開挖的施工程序為：洞口周邊清表→施工截、排水溝→既有擋土墻預加固→第二級邊坡開挖→搭設腳手架平臺施工注漿小導管及噴錨→第一級邊坡開挖→搭設腳手架平臺施工注漿小導管及噴錨。

指標含義：對生產、調度、營銷等專業提出的10（20）千伏電網薄弱環節是否納入規劃范疇并已消除，薄弱環節包含電網結構、導線截面等不符合導則要求的情況。

洞口作業鋼平臺鋼管墩采用獨立基礎，每個承臺下設置5根長10m的微樁作為承臺基礎。微樁直徑20cm，采用潛孔鉆鉆孔施工，基礎采用C30混凝土。鋼平臺鋼管墩采用φ630×10mm鋼管，主橫梁及承重梁采用雙拼I45a工字鋼，分配梁采用I20a工字鋼，布置間距30cm，平臺面板采用10mm厚鋼板鋪設。

洞口邊仰坡處理完畢后，在洞口掌子面預留核心土上施做套拱，套拱混凝土采用C30混凝土。套拱作為管棚的固定端，設4榀I20工字鋼，縱向間距60cm，管棚采用φ127孔口管，環向布置37個。套拱混凝土澆筑時，自兩側側墻左右對稱澆筑。

2.2 隧道錨洞身開挖施工關鍵技術

隧道錨洞身開挖施工按照“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”[1]的方針進行，嚴格遵守“開挖一段、支護一段”的原則。

錨洞段和前錨室采用上下臺階法施工，機械開挖，裝載機出渣。臺階法施工時臺階長度控制在4.8m以內，高度根據洗挖機在上臺階機械開挖所需空間確定，不宜超過5m。上臺階開挖每循環進尺為1榀鋼架間距（0.6m），下臺階每循環進尺宜不大于2榀鋼架間距（1.2m）[2]。下臺階開挖前，上臺階噴射混凝土達到設計強度的70%以上，在下臺階開挖時，分左右跳倉開挖，開挖過程中及時開展初期支護和仰拱施工，以減少施工擾動，確保上臺階、圍巖和支護變形符合施工要求。下臺階左、右側開挖宜前后錯開兩榀工字鋼間距，同一榀鋼架兩側不得同時懸空[3]，下臺階施工時要保證上下臺階的初支鋼架整體連接平順，位置符合設計要求，螺栓連接牢靠。

進入錨塞體段后，由于隧道錨斷面較大應采用三臺階法施工，將各臺階長度控制在3.6m以內，高度根據施工時挖機開挖所需空間確定，不宜超過6m。V級圍巖段每循環進尺為1榀拱架（0.6m），Ⅳ級圍巖段每循環進尺為兩榀拱架（1.2m）。中下臺階每循環進尺，不得大于兩榀鋼架間距。上臺階鋼架施工時，采取加固鋼架基礎等有效措施控制下沉和變形。下臺階左、右側開挖應錯開1.2m～2m，底板施工時應緊跟下臺階，及時完成隧道錨碇支護體系閉合。

出渣系統采用大容量料斗輔以變頻卷揚機，出渣高效，可有效保證或縮短隧道錨開挖施工工期，對大傾角、長度長、開挖方量大的隧道錨施工具有良好的適用性。通過傳感器智能控制斗車減速停車，采用可視化監視設備等輔助安全監測設備，保證卷揚機平速運行，降低了人為操作的失誤隱患，有效保證了卷揚機在運行過程中的安全。

圖3 智能化快速出渣系統

2.3 初期支護關鍵技術

根據設計和施工規范“短進尺、強支護、快封閉”的原則，隧洞開挖后應及時進行初期支護。

初噴C30混凝土找平后，立即鋪設鋼筋網片和鋼拱架進行快速安裝，及時跟進中空錨桿（或藥卷錨桿）施工，再復噴至設計厚度。每層噴射混凝土厚度≥5cm，逐層噴射混凝土至設計厚度。待噴射混凝土具有一定強度（≥70%設計強度）時方可進行下個循環開挖作業。

隧道錨洞身初期支護采用I20a型鋼拱架，每榀間距60cm，鎖腳錨桿每處設兩根4m長φ25錨桿，鋼筋網片為φ8mm@15×15cm，初支混凝土為29cm厚的C30噴射混凝土。隧道錨前32m錨洞段系統錨桿采用φ22藥卷錨桿，長度按3.5m、7m梅花形布置，環向間距1m，32m～147.8m為前錨室、錨塞體段、后錨室系統錨桿采用長3.5m、直徑22mm的藥卷錨桿+長7m、直徑42mm的注漿鋼花管，按梅花形布置，環向間距1m。鋼筋網片采用Ⅰ級φ8鋼筋焊制。

2.3.1 鋼拱架施工

鋼拱架設計為I20a型鋼，鋼拱架根據隧洞輪廓和開挖臺階及分段形式在洞外分段加工，錨洞段分為5段，前錨室、錨塞體、后錨室均分為7段，各段構件在洞內安裝時采用法蘭螺栓連接[4]，鋼拱架榀與榀之間用直徑20mm鋼筋焊接。工字鋼支架間距為60cm。施工時，及時設置拱架，控制工字鋼的垂直度和穩定性，加強底板穩定監測與防護，改善圍巖引起的不平衡力對拱架及立桿的影響。

2.3.2 噴射混凝土

初期支護采用濕噴噴射混凝土，混凝土由拌和站根據設計配合比拌制，通過混凝土罐車運至洞外，再通過濕噴機開展作業。洞身每循環開挖后（如一榀鋼架間距），先初噴混凝土封閉巖面，再安裝鋼架、鋼筋網、后施工錨桿，最后清理初噴巖面后復噴至設計厚度。噴射混凝土的其他要求應符合施工技術規范和施工作業指導書的要求，以確保噴射混凝土的施工質量。

2.4 隧道錨二襯施工關鍵技術

二次襯砌必須在圍巖和初期支護變形基本穩定的條件下實施，根據現場監測數據調整。二次襯砌施工時間應滿足規范規定的變形速度；拱頂豎向變形、底板垂直位移速度明顯下降，并趨于穩定狀態。結合以往隧道錨施工經驗，洞口段的二襯采用襯砌臺車施工，錨室的二襯施工采用腳手架施工。

嚴格控制二襯鋼筋安裝質量，加強兩層主筋層間連接構造鋼筋的施工，準確定位二襯兩層鋼筋的間距。

隧道錨二襯是厚度較高的結構，施工荷載大，要求精度高，其加工質量和安裝精度必須嚴格控制。由于截面處于變截面，二襯模板支架采用普通腳手架鋼管搭設，橫向間距為70cm，縱向間距和步距均為60cm，下設20cm掃地桿。

模板安裝符合要求，混凝土澆筑前，必須將矮邊墻鑿毛；拌制混凝土時，水泥、集料、水及外加劑的質量偏差應符合規范規定的要求。混凝土澆筑時，應保護好防水板，混凝土澆筑垂距應符合要求；同時，混凝土澆筑應注意支架和模板的受力，保證其變形均衡，從兩側拱腳同步向拱頂澆筑，兩側拱腳拱腰澆筑面高差不宜超過50cm，控制混凝土澆筑速度，并有效控制混凝土工作性能、振搗方法、布料措施，以減少混凝土表面氣泡，提高襯砌混凝土表面質量。

3 結束語

隨著山區懸索橋跨徑的不斷增大，選線條件日益苛刻，大傾角長硐室隧道錨越來越常見，對施工技術與管理提出了新的要求。本文提出了合理的施工技術，可以克服大傾角長硐室隧道錨施工中的諸多難題，并通過工程應用實踐，驗證了施工的安全性、工期和質量，可為類似工程提供一定的參考經驗。