大斷面隧道分岔段施工關鍵技術分析

收稿日期：2024-03-11

作者簡介：黎萬寶（1991—），男，本科，工程師，從事道路橋梁施工工作。

摘要 文章旨在探討大斷面隧道分岔段施工的關鍵技術。隨著交通基礎設施的不斷發展，大斷面隧道分岔段的施工已成為現代隧道工程中的關鍵環節。文章分析了大斷面隧道分岔段施工中的包括開挖方法、支護措施、臨時支護拆除等施工技術。通過案例分析和實踐經驗總結，旨在提高大斷面隧道分岔段的施工效率和質量，確保工程安全。這些技術對于類似工程具有重要的參考價值，有助于推動隧道工程技術的不斷進步。

關鍵詞 大斷面；隧道工程；分岔段施工

中圖分類號 U455.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0144-03

0 引言

分岔隧道作為連接主要交通干線和分支線路的關鍵節點，其施工技術的復雜性和挑戰性日益凸顯。對大斷面隧道分岔段施工關鍵技術的深入分析和研究，具有重要的現實意義和工程價值。該文通過系統分析分岔隧道的施工特點、難點和挑戰，期望能夠為類似工程提供有益的參考和借鑒，推動大斷面隧道分岔段施工技術的不斷創新和發展。

1 工程概況

曾家巖北延伸穿越內環新增通道工程項目位于兩江新區人和組團、鴛鴦組團范圍內，是重慶快速路四縱線、五縱線之間的一條城市主干路。該方案位于火鳳山隧道左線ZK3+095.876～ZK3+322.762及右線YK2+843.886～YK2

+977.708分岔段加寬斷面施工。

2 總體施工情況

左、右線隧道均以直線邊為先行導坑，擴挖側為后行導坑施工。在17.45 m洞寬地段拱墻二襯及時施作。20 m及25 m洞寬地段，前期僅施工側壁導坑的上、中臺階（標高按現預留仰拱面控制），其中左線隧道待施工至該標段標尾后，再進行側壁導坑下臺階、中導坑、反向擴挖段及二次襯砌作業，右線隧道待B連接線施工完成及施工至該標段標尾后，再進行側壁導坑下臺階、中導坑、反向擴挖段及二次襯砌作業。B連接線隧道通過右線隧道組織施工。如圖1所示為平面示意圖。

主要施工方法為雙側壁導坑法適用20 m及25 m洞寬地段；單側壁法適用17.45 m洞寬地段。ZK3+095.876

～ZK3+183段采用控制爆破作業，其他地段采用非爆作業。懸臂式隧道掘進機適用隧道掌子面正常開挖。破碎頭挖掘機適用漸變反向擴挖段、臨時豎撐短錨桿施工范圍及掘進機受限的角隅區域。

施工過程中，加強洞內和地表的監控量測。鋼拱架采用鋼筋棚集中加工，工廠化制作。先行洞二襯端頭應超前后行洞先行導坑掌子面≥20 m。各洞施工過程中先行導坑與后行導坑掌子面應≥15 m，二襯端頭距掌子面距離Ⅳ級圍巖≯90 m，Ⅴ圍巖≯70 m。開挖過程中嚴格控制各循環進尺。

3 開挖工法具體施工步驟

洞寬17.45 m段單側壁導坑法步序：①先行導坑上臺階開挖初期支護及臨時支護。②先行導坑下臺階開挖初期支護及臨時支護。③后行導坑上臺階擴挖臨時支護。④先行導坑上臺階反挖換拱及支護，每循環更換不超過2榀鋼架，實施前下臺階先臨時回填。后行導坑上臺階反挖換拱及支護，每循環更換不超過2榀鋼架。⑤先行導坑下臺階清除回填，后行導坑下臺階開挖初期支護。⑥臨時支撐拆除、仰拱及填充。⑦拱墻2次襯砌。詳情如圖2所示。

洞寬20 m段雙側壁導坑法步序：①先行導坑上臺階開挖、初期支護及臨時支護。②先行導坑中臺階開挖、初期支護及臨時支護，并實施橫撐。③后行導坑上臺階擴挖及臨時支護。④后行導坑中臺階開挖、初期支護及臨時支護，并實施橫撐。⑤中導坑上臺階開挖及臨時支護。⑥后行導坑上臺階反挖換拱及支護，每循環更換不超過2榀鋼架，實施前中臺階先臨時回填及拆橫撐；中導坑反挖換拱及支護，每循環更換不超過2榀鋼架；后行導坑中臺階清除回填、恢復橫撐后反挖換拱及支護。⑦先行導坑下臺階開挖支護。⑧后行導坑下臺階開挖支護。⑨中導坑中臺階開挖及橫撐設置。⑩中導坑下臺階開挖支護。臨時支撐拆除、仰拱及填充施工。拱墻2次襯砌。

4 超前支護施工

（1）超前小導管。導管采用φ42 mm*4小導管由風槍鑿孔送入，鉆頭選用φ50 mm型。超前小導管制作圖紙及尺寸參數詳情如圖3所示。

先用風鉆在開挖面做直接錘擊送入小導管試驗，如能達到設計要求，進行孔位測量放樣并做好標記，用風鉆直接將小導管從型鋼鋼架上部、中部打入，外露20 cm撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預支護體系。

注漿前先沖洗管內沉積物，由下至上順序進行，隔孔跳注。注漿壓力為0.5 MPa，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）管棚施工。導管制作尺寸參數詳情如圖4所示。

采用潛孔鉆鉆孔，鉆孔孔徑φ90 mm，并用高壓風清理干凈。鉆孔時，為控制好環向間距及外插角，需對每環管棚施工處鋼架腹板進行開孔，開孔孔徑φ100 mm，前后三榀鋼架間距可適當調整，但最大間距應不超過80 cm。用風鉆或潛孔樁在鋼管尾部直接錘擊送入鋼管，達到設計深度要求后，外露20 cm撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預支護體系。注漿順序及參數同上。

5 反向擴挖工藝

工藝流程：超前支護—人工鑿除初期支護—切割縱向連續接鋼筋及鋼筋網—破碎頭挖機鑿打拆除臨時支護及需擴挖部分—切割失效錨桿—換拱、安裝網片、系統錨桿等永久初期支護作業。

人工采用電鎬及手持式切割機沿在需換拱范圍切割一條寬20～30 cm凹槽并將拱架連接鋼筋及網片，應嚴格控制換拱的縱向長度，每次換拱長度不能超過兩榀拱架間距。利用挖掘機的破碎頭對換拱部分初期支護進行破除作業。由于破碎機械的鑿打，部分錨桿彎曲失效或侵占拱架位置，人工采用氧氣乙炔將其切除。

6 初支支護施工工藝

（1）錨桿施工。先進行灌漿操作，隨后安置錨桿。在泵內注入適量的水，并加入少量的砂漿以濕潤整個管路。將預先調配好的砂漿倒入泵內。注漿管需準確插入錨桿眼底部，并確保泵蓋緊密密封以防止漿液泄漏。在確保所有準備工作完成后，緩慢開啟閥門，啟動注漿過程。在氣壓的推動下，砂漿將被連續壓入錨桿眼底部，同時注漿管逐漸退出眼孔[1]。在整個過程中，注漿管口需始終保持在砂漿內部，以防止漿液中出現空洞。完成注漿管的抽出后，立即將錨桿插入眼孔，并使用木楔緊密封閉眼口，以防止砂漿流失。為確保錨桿孔完全被砂漿填滿，若發現不滿，必須拔出錨桿并重新進行注漿。

注漿管在操作過程中不得對準人員，以防止高壓漿液噴射造成傷害。砂漿應在需要時及時調配，并在初凝前完全使用完畢。當使用含有速凝劑的砂漿時，單次拌制的砂漿量應限制在僅供3個孔使用，以避免因時間過長導致砂漿在泵和管路中凝結。注漿工作完成后，所有使用過的設備應立即進行清洗和整理，以去除殘留的砂漿和凝結物。定期的設備保養和維修也是必不可少的，以確保設備在下一次使用時處于最佳狀態。

（2）型鋼拱架施工。在隧道開挖的各個階段完成后，立即進行初噴混凝土作業，以確保隧道結構的初步穩定性。根據工程設計的要求，將鋼架分單元及時安裝到位。這些鋼架通過定位錨桿、徑向錨桿以及雙側鎖腳錨桿進行固定。

在縱向方向上，采用Φ22鋼筋或10#槽鋼對鋼架進行連接，以增強整體結構的穩定性和承載能力。為了確保鋼架與混凝土之間的有效結合和共同受力，需在鋼架之間鋪掛鋼筋網。最后，進行復噴混凝土作業，直至達到設計規定的厚度。

1）型鋼鋼架的加工嚴格按照設計圖紙進行，為確保其精確性，在洞外按照1∶1的比例進行放樣加工。每個單獨的鋼架節段在完成制作和焊接后，都會進行試拼裝，確保其合格后再運至洞內進行安裝。整個加工過程在洞外的鋼筋加工廠進行，預先按照設計要求進行成形。加工場地先進行了混凝土硬化處理，并精確抹平。根據設計圖紙，在場地上放出加工大樣，根據工藝要求，預留焊接收縮量及切割的加工余量，以確保最終成品的精度和質量。鋼拱架的加工采用冷彎成形工藝，要求尺寸準確，弧形圓順。嚴格控制加工過程中的每一個環節，確保每一個鋼架都能滿足設計要求，為隧道的穩定性和安全性提供堅實的保障。在批量加工前進行首檢制度，即按技術交底加工1～2榀，檢驗合格后，再批量生產，批量生產中按比例檢查；連接鋼板采用等離子切割，臺鉆鉆孔、人工焊接各單元接頭板。

2）鋼架制作與精度要求：鋼架按設計圖加工，采用洞外按1∶1比例放樣加工。確保每個尺寸準確無誤，弧形部分圓順流暢。焊接或搭接長度必須超過4 cm，并且采用對稱焊接技術，以確保結構平衡和應力分布均勻。焊接過程中，操作沿鋼架兩側對稱進行，接頭處相鄰兩節軸線對齊，連接孔位置精確無誤，保障連接的穩固性和準確性。

鋼架的安裝工作是在掌子面開挖并完成初噴混凝土后立刻進行的。根據預先測設的位置，各節鋼架在掌子面上通過螺栓緊密連接。為保證各節鋼架在全環封閉之前能夠穩固地置于地基上，安裝前必須仔細清除每節鋼架底腳下的虛碴及其他雜物，確?；A堅實可靠。同時每側應增加部分臨時定位鋼筋對拱架進行臨時固定，待縱向連接鋼筋、系統錨桿和鎖腳錨桿實施后統一焊接成整體。

3）為確保鋼架位置的準確性，在隧道開挖過程中，鋼架的各連接處預留連接板凹槽。在初噴混凝土時，凹槽內被打入了木楔，這樣做的目的是為架設鋼架時留出連接板（和槽鋼）的準確位置。鋼架按照設計要求進行安設，當發現鋼架與初噴層之間存在較大間隙時，每隔2 m使用混凝土預制塊進行楔緊。此外，鋼架背后濕噴混凝土進行填充，保證其背后的密實性，增強整個結構的穩定性和耐久性。鋼架縱向連接采用鋼筋，環向間距1 m，在特殊地段加強縱向連接。

4）火鳳山隧道支護網片均采用φ8 mm鋼筋，15×

15 cm（20×20 cm）網格間距，雙（單）層掛網噴射。鋼筋網應在巖面噴射一層混凝土后再進行鋪掛，這樣可以確保鋼筋網與巖面之間的緊密結合，提高支護效果。底層噴射混凝土的厚度必須達到或超過設計規定的保護層厚度，以保障鋼筋網的有效防護。

當使用雙層鋼筋網時，第二層鋼筋網的鋪設應在第一層鋼筋網被混凝土完全覆蓋且混凝土達到終凝狀態后進行。鋼筋網的網格間距必須嚴格符合設計要求。網格尺寸的允許偏差為±10 mm。鋼筋網的搭接長度也是一項關鍵指標。按照規范要求，搭接長度應為1～2個網孔，允許偏差為±50 mm。鋼筋在使用前需經過冷拉調直處理，確保其平直度滿足要求。同時，鋼筋表面必須保持清潔，不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀銹蝕等缺陷。為了確保鋼筋網與受噴面的緊密結合，鋼筋網應隨受噴面的起伏進行鋪設，并與錨桿牢固連接，確保在噴射作業過程中不發生顫動。開始噴射時，要減少噴頭至受噴面的距離，并調整噴射角度。

7 臨時鋼拱架拆除

臨時橫撐的提前拆除必須是在中導坑拱部初期支護完成后實施，且應根據第三方監測單位對鋼支撐應力監測經監理同意確定后方可拆除。

8 結論

大斷面隧道分岔段的施工涉及多個關鍵技術環節，包括分岔結構設計、開挖方法選擇、支護措施以及防水排水處理等。在分岔結構設計方面，強調了合理確定分岔位置和分支通道的參數，以滿足交通組織和安全要求。在開挖方法選擇上，推薦采用懸臂掘進機開挖法或雙側壁導坑法，具體選擇需根據地質條件和施工環境等因素綜合考慮。該文的研究和分析，為類似工程提供了有益的參考和借鑒，為推動隧道工程技術的不斷進步和發展作出了貢獻。

參考文獻

[1]黃國濤. 涌水大跨分岔式隧道施工關鍵技術研究[J]. 施工技術， 2021（4）： 53-56.