隧道工程施工組織及工序

孫增雄

(大同市交通局勘測設(shè)計(jì)所，山西大同 037006)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，高等級公路越來越普遍，為了縮短兩地里程，公路隧道的修建越來越多，且長度也越長，根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)，簡單介紹一下隧道施工的組織與工序。

1 施工組織及安排

1.1 施工準(zhǔn)備

1)生產(chǎn)、生活用水。

隧道工區(qū)在施工生活區(qū)附近打一口深井，作為水源，供施工和生活用水，隧道進(jìn)口洞口山上分別修建一座100 m3的高位水池，標(biāo)高高于洞口拱頂80 m左右，鋪設(shè)水管，安設(shè)高壓水泵。每個(gè)隧道工作面采用獨(dú)立的供水管路。

2)施工供電。

施工用電從附近業(yè)主引至現(xiàn)場的高壓線接引。施工前期采用自發(fā)電，電力線路接通后，采用電網(wǎng)供電。電線按施工高峰期最大用電量選用。

3)施工供風(fēng)。

隧道施工進(jìn)口處設(shè)空壓機(jī)站，并聯(lián)安裝6臺(tái)～8臺(tái)20 m3/min電動(dòng)空壓機(jī)。隧道開挖面工作風(fēng)壓不小于0.5 MPa。高壓風(fēng)管采用φ120 mm的無縫鋼管。

4)場地平面布置。

在進(jìn)口場地較為平緩的荒地處布置小型水泥庫、砂石料場、鋼構(gòu)件加工棚、鋼筋棚等生產(chǎn)設(shè)施;合理布設(shè)生活房屋。

5)施工照明。

采用新光源洞內(nèi)外照明，新光源采用低壓鹵鎢燈、高壓鈉燈、鈧納燈、納鉈銦燈等。

6)施工通風(fēng)系統(tǒng)的布置。

本隧道采取壓入式通風(fēng)，在隧道施工洞口各設(shè)置軸流式通風(fēng)機(jī)壓入新鮮空氣，在距洞內(nèi)作業(yè)面50 m處各設(shè)置通風(fēng)機(jī)抽排洞內(nèi)污濁空氣。

7)防塵措施。

采用濕式鑿巖進(jìn)行鉆眼作業(yè)以控制粉塵的產(chǎn)生量。在鉆眼時(shí)先送水后送風(fēng);裝渣前必須進(jìn)行噴霧、灑水;在距掌子面30 m外邊墻兩側(cè)各放一臺(tái)水幕降塵器，爆破前10 min打開閥門，放炮30 min后關(guān)閉;在掌子面后安裝隧道集塵器;施工人員佩戴防塵口罩。

1.2 勞力安排

本隧道由隧道施工一隊(duì)、隧道施工二隊(duì)、斜井施工隊(duì)負(fù)責(zé)施工，隧道施工隊(duì)包括掘進(jìn)、襯砌、綜合三個(gè)工班。掘進(jìn)工班負(fù)責(zé)隧道開挖、支護(hù)、出渣、運(yùn)輸。襯砌工班負(fù)責(zé)襯砌，包括混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸和灌注;風(fēng)、水、電及設(shè)備維修、保養(yǎng)。場外材料的轉(zhuǎn)運(yùn)等工作由綜合工班負(fù)責(zé)。按三班制(24 h)安排組織施工，全天候進(jìn)行施工，24 h施工不間斷。

1.3 掘進(jìn)進(jìn)度安排

考慮到本項(xiàng)目工程地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大，技術(shù)要求高，在施工中要安排高技術(shù)含量的施工機(jī)械設(shè)備，配備專業(yè)技術(shù)熟練的管理、技術(shù)人員，按照我公司的長隧道施工經(jīng)驗(yàn)，Ⅲ級圍巖的掘進(jìn)速度至少在180 m/月～210 m/月，Ⅳ級圍巖的掘進(jìn)速度至少在130 m/月～150 m/月，Ⅴ級圍巖的掘進(jìn)速度至少在100 m/月～120 m/月(洞口段60 m/月～80 m/月)，開工之初正洞兩個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行施工，斜豎井施工到正洞位置之后，即可新開掘進(jìn)工作面，保證整條隧道的施工進(jìn)度。

2 施工方案及施工方法

隧道按照新奧法原理組織施工。軟巖地段必須始終堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破(或不爆破)、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測、緊襯砌”的施工原則。

積極推廣應(yīng)用國內(nèi)外隧道施工新技術(shù)、新工藝，投入大型施工機(jī)械設(shè)備，組成鉆、爆、挖、裝、運(yùn)、錨、襯等機(jī)械化作業(yè)線;噴混凝土采用濕噴機(jī)，降低回彈量和粉塵;液壓鋼模襯砌臺(tái)車和泵送混凝土作業(yè);混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)配自動(dòng)配料機(jī)集中拌制，混凝土輸送泵運(yùn)輸至作業(yè)面。加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，采取超前多點(diǎn)鉆深孔探明地質(zhì)。

圍巖量測采用激光隧道限界檢測收斂儀和水平儀等進(jìn)行周邊水平收斂和拱頂下沉量測，通過對數(shù)據(jù)的分析處理，及時(shí)反饋信息指導(dǎo)施工。

隧道除明洞段采用明挖法施工外，其余均采用鉆爆法施工。隧道對于Ⅴ級圍巖段施工開挖宜采用留核心土環(huán)形開挖，Ⅳ級圍巖段施工開挖宜采用上下斷面正臺(tái)階法施工。對于Ⅲ級圍巖段盡量采用光面爆破全斷面開挖法。

施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，及時(shí)處理分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

2.1 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作內(nèi)容和流程圖見圖1。

2.2 洞口及明洞施工

首先施工洞口邊、仰坡外的截、排水溝，做到排水暢通。明洞和洞口土石方采用明挖法開挖，采取人工自上而下分層開挖土方，風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，淺孔控制爆破開挖巖石，反鏟挖掘機(jī)配合自卸汽車裝、運(yùn)渣，及時(shí)進(jìn)行邊坡支護(hù)。

明洞拱墻與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時(shí)施工，連成整體，并與隧道襯砌緊密連接。明洞襯砌采用襯砌臺(tái)車整體澆筑，鋼筋在制作場集中加工，現(xiàn)場綁扎，混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸，混凝土輸送泵泵送入模。

圖1 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作內(nèi)容和流程圖

隧道防排水應(yīng)遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結(jié)構(gòu)物和運(yùn)營設(shè)備的正常使用和行車安全。

邊仰坡按設(shè)計(jì)坡度一次整修到位，做好仰坡永久防護(hù)。

2.3 正洞洞身開挖

1)Ⅲ類級圍巖段。

Ⅲ類圍巖地段采用全斷面法施工，施工時(shí)應(yīng)注意弱爆破、短掘進(jìn)，及時(shí)封閉仰拱，加強(qiáng)監(jiān)測，確保施工安全。施工工序?yàn)?全斷面開挖→進(jìn)行錨噴支護(hù)→模筑二次襯砌。

2)Ⅳ類圍巖段。

Ⅳ類圍巖地段施工方法為上下斷面正臺(tái)階法施工，局部圍巖較差時(shí)，應(yīng)采用管棚進(jìn)行超前注漿預(yù)加固圍巖。施工工序?yàn)?上半部開挖→拱部進(jìn)行錨噴支護(hù)→下半部中央部分開挖→邊墻部分開挖→邊墻初期支護(hù)→模筑二次襯砌。

3)Ⅴ類圍巖段。

Ⅴ類圍巖采用臺(tái)階分部開挖法，施工工序?yàn)?上半部開挖→拱部進(jìn)行錨噴支護(hù)→中心核部開挖→下部開挖→邊墻錨噴支護(hù)→澆筑仰拱→模筑二次襯砌。

4)鉆爆作業(yè)。

采用光面或預(yù)裂控制爆破。采用1段～19段非電毫秒雷管，隔段使用，炸藥采用2號巖石硝銨炸藥;有水地段采用乳化炸藥。周邊眼使用φ22 mm藥卷間隔裝藥，其余炮眼采用φ35 mm藥卷連續(xù)裝藥、密集堵塞。

5)隧道出渣方式。

上半斷面爆渣采用小翻斗車運(yùn)輸，并倒入下臺(tái)階后采用側(cè)卸式裝載機(jī)裝渣，自卸車運(yùn)輸;下半斷面的爆渣直接采用側(cè)卸式裝載機(jī)裝渣，自卸車運(yùn)輸至洞外棄渣場。

2.4 洞身初期支護(hù)施工

為充分發(fā)揮圍巖的自身承載力，在隧道開挖后，針對不同的圍巖類別，及時(shí)按設(shè)計(jì)施作錨噴或錨、網(wǎng)噴及鋼架初期支護(hù)。

1)長大管棚施工。Ⅴ級圍巖因自穩(wěn)能力差，成型困難，在隧道開挖前，先沿頂拱部環(huán)向施作超前注漿大管棚固結(jié)圍巖，環(huán)向間距40 cm，大管棚斜插角為1°～3°。

2)超前小導(dǎo)管。采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔插管，注漿前對開挖面及5.0 m范圍內(nèi)坑道噴射厚5 cm～10 cm混凝土封閉，采用注漿機(jī)注入水泥—水玻璃漿液，注漿由兩側(cè)對稱向中間進(jìn)行，自下而上逐孔注漿，如出現(xiàn)竄漿或跑漿時(shí)，采用間隔注漿。注漿法將早強(qiáng)水泥砂漿注入錨孔。

3)砂漿錨桿施工。采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔、用高壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)巖屑后，用注漿機(jī)將早強(qiáng)水泥砂漿注入錨孔。向下的錨桿，將注漿管插入孔底，邊注漿邊向外拔，直到注滿為止;向上的錨桿，采用排氣注漿法。按規(guī)范要求的數(shù)量對砂漿錨桿做拉拔試驗(yàn)。

4)鋼筋網(wǎng)安設(shè)。鋼筋網(wǎng)片按設(shè)計(jì)的鋼筋規(guī)格及網(wǎng)格尺寸提前在洞外鋼筋加工場加工成形，在加工前，必須對鋼筋進(jìn)行校直、除銹及油污等，確保施工質(zhì)量，在網(wǎng)片堆放和運(yùn)輸中必須平放或立放，以確保網(wǎng)片不變形。鋼筋網(wǎng)在系統(tǒng)錨桿施作后掛設(shè)，在掛設(shè)時(shí)，網(wǎng)片根據(jù)初噴混凝土面的實(shí)際起伏鋪設(shè)，確保鋼筋網(wǎng)與被支護(hù)巖面密貼。鋼筋網(wǎng)連接處及鋼筋網(wǎng)與錨桿連接用鉛絲綁扎或點(diǎn)焊在一起，使鋼筋網(wǎng)在噴射混凝土?xí)r不易晃動(dòng)。

5)鋼拱架(格柵鋼架)施工。隧道洞身Ⅳ級圍巖段設(shè)拱架，Ⅴ級圍巖地段設(shè)置鋼架。鋼架在洞外按設(shè)計(jì)加工成型，洞內(nèi)安裝在錨桿掛網(wǎng)施工之后進(jìn)行。鋼架與定位系筋焊接，鋼架在洞外鋼構(gòu)件廠加工前，應(yīng)先將加工場地用C15混凝土硬化，按設(shè)計(jì)放出加工大樣，型鋼按加工大樣分節(jié)用壓力機(jī)冷壓成形，節(jié)與節(jié)間通過15 mm鋼板用螺栓連接。加工成的鋼架尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順，且在運(yùn)入洞內(nèi)安裝前，要經(jīng)試拼確保無誤。

6)噴射混凝土。初期支護(hù)后，初噴混凝土封閉圍巖，要縮短圍巖暴露時(shí)間，控制圍巖變形，防止圍巖在短期內(nèi)松弛剝落。在防水層完成后復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度，噴混凝土采用TK-961型濕噴機(jī)進(jìn)行噴射作業(yè)。噴料在混凝土拌合站攪拌，混凝土輸送車運(yùn)輸?shù)絿娚渥鳂I(yè)點(diǎn)。

2.5 隧道防排水

1)地表防、排水。對地表的坑洼、鉆孔、探坑等采用不透水材料分層夯實(shí)，洞口邊坡、仰坡坡頂?shù)慕厮疁稀⑴潘疁吓c路基邊溝組成排水系統(tǒng)。

2)施工縫和變形縫防水。施工縫采用中埋式橡膠止水帶;明洞與二次襯砌接縫、明洞沉降與伸縮縫、沉降縫、伸縮縫采用中埋式橡膠止水帶+背貼式止水帶，并填塞瀝青麻絮。

沿襯砌設(shè)計(jì)軸線間隔0.5 m在擋頭板上鉆一個(gè)φ12鋼筋孔，將加工成型的φ10鋼筋卡由待模筑混凝土一側(cè)向另一側(cè)穿入，內(nèi)側(cè)卡緊止水帶一半，另一半止水帶平貼在擋頭板上，待模筑混凝土凝固后拆除擋頭板，將止水帶靠中心鋼筋拉直，然后彎曲φ10鋼筋卡套上止水帶，模筑下一環(huán)混凝土。

3)隧道結(jié)構(gòu)襯砌防水。鋪設(shè)防水板前對初期支護(hù)表面進(jìn)行找平處理。環(huán)向、縱向排水盲溝埋設(shè)時(shí)先檢查軟管是否通暢，接頭粘結(jié)的牢固程度，安裝時(shí)用“U”形釘在環(huán)向定位并緊貼錨噴支護(hù)層，與拱腳處縱向匯水盲溝匯合。防水板采用防水板鋪掛作業(yè)臺(tái)車施工，防水板鋪掛作業(yè)臺(tái)車采用型鋼焊制而成，并與模板臺(tái)車行走同一軌道。

4)隧道洞內(nèi)排水。隧道洞內(nèi)中央設(shè)中心排水溝及兩側(cè)設(shè)排水邊溝，中央排水管采用集中預(yù)制，隨同仰拱。

2.6 混凝土施工

1)二次襯砌施工。

主洞段采用自行式全斷面液壓鋼模板襯砌臺(tái)車進(jìn)行襯砌施工，一次施工長度10 m?；炷猎诎韬险景柚?，混凝土輸送車運(yùn)輸，混凝土輸送泵泵送入模作業(yè)，插入式振搗器振搗密實(shí)。在混凝土澆灌完畢后，應(yīng)在終凝后并不超過12 h以內(nèi)澆水養(yǎng)護(hù)，保持濕潤。洞身在冬季施工時(shí)，洞門口應(yīng)掛棉質(zhì)布簾，將洞口封閉保溫。

混凝土自模板窗口灌入，由下向上，對稱分層，先墻后拱灌注，傾落自由高度不超過2.0 m?；炷翝仓^程中，觀察模板、支架、鋼筋、預(yù)埋件和預(yù)留孔洞的情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有變形、移位時(shí)，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，因意外混凝土灌注作業(yè)受阻時(shí)間不得超過2 h，否則按接縫處理。采用插入式振動(dòng)棒輔助搗固?；炷凉嘧⒑?，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%時(shí)，方可拆模，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后及時(shí)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行拱頂防水壓漿工作。

2)仰拱及填充施工。

在噴錨支護(hù)后，仰拱應(yīng)及時(shí)施工。仰拱施工采用仰拱大樣模板，為保證仰拱及填充施工時(shí)不影響洞內(nèi)出渣，仰拱及填充分左右側(cè)兩次施工，在縱向連接處埋設(shè)連接鋼筋，對接槎面用水清洗干凈，并鑿毛。仰拱與邊墻銜接處搗固密實(shí)。仰拱施工后，應(yīng)進(jìn)行隧底片石混凝土填充施工。

3)洞內(nèi)路面施工。

洞內(nèi)混凝土路面在隧道襯砌完成后沿隧道方向依次鋪筑，鋪筑按洞內(nèi)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分幅分塊縱縫間設(shè)拉桿、橫縫間設(shè)傳力桿?；炷猎诎韬险景柚疲炷凛斔蛙囘\(yùn)送入模，配HBT型輥軸式水泥混凝土路面攤鋪機(jī)、HQV自行式切縫機(jī)和灌縫機(jī)等設(shè)備。

2.7 洞內(nèi)附屬工程施工

1)洞內(nèi)預(yù)留(預(yù)埋)施工方法。預(yù)埋件按設(shè)計(jì)要求加工精確，在隧道結(jié)構(gòu)混凝土施工前預(yù)埋，螺栓、塊件電焊固定在隧道襯砌結(jié)構(gòu)的鋼筋上。預(yù)埋(預(yù)留)管中均應(yīng)預(yù)留穿線(用5號鐵絲)，長度應(yīng)分別長于預(yù)埋管口15 cm，同時(shí)應(yīng)用木塞封住管口，以免混凝土及其他雜物進(jìn)入管內(nèi)。

預(yù)留洞采用木板加工成箱形模板，準(zhǔn)確安裝固定在設(shè)計(jì)位置上，并與預(yù)埋管連通，再安裝鋼模襯砌臺(tái)車，板面接觸處用水泥砂漿和粘膠帶密封。

2)洞內(nèi)防火涂料施工方法。清潔修補(bǔ)襯砌基層，將混凝土表面拉毛并清除雜物，將混凝土面潤濕，按照規(guī)范要求平整度用砂漿進(jìn)行找平，找平層經(jīng)養(yǎng)護(hù)干燥后采用機(jī)械噴涂，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的噴涂量掌握噴涂速度，分兩次噴涂完畢。

2.8 圍巖量測

1)現(xiàn)場監(jiān)控量測目的。

了解圍巖支護(hù)變形，及時(shí)調(diào)整修正支護(hù)參數(shù)，保證圍巖穩(wěn)定和安全;提供判斷圍巖支護(hù)系統(tǒng)基本穩(wěn)定的依據(jù)，確定模筑混凝土襯砌施作時(shí)間;依據(jù)量測資料采取相應(yīng)措施，在保證施工安全的前提下加快施工進(jìn)度;積累量測數(shù)據(jù)資料，提高施工技術(shù)水平。

2)施工監(jiān)測。

周邊水平位移量測:噴錨支護(hù)施作后，用風(fēng)鉆鑿φ40 mm、深200 mm的孔，先用1∶1水泥砂漿灌滿后再插入測點(diǎn)固定桿，盡量使同一基線兩測點(diǎn)的固定方向在同一直線上，等砂漿凝固后即可進(jìn)行量測工作。采用BJSD-2隧道收斂計(jì)監(jiān)測。該機(jī)采用大張力自鎖緊搖柄加載系統(tǒng)，并在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了一系列性能提升設(shè)計(jì)，具有很高的量測精度，特別適用于大跨度隧道的變形監(jiān)測。

拱頂下沉量測:拱頂位移量測的測點(diǎn)用風(fēng)槍打眼埋設(shè)好固定桿，在外露桿頭設(shè)掛鉤。測點(diǎn)的大小要適中，如過小，測量時(shí)不易找到;如過大，爆破時(shí)易被打壞。支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)要注意保護(hù)測點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)被掩埋，要盡快重新設(shè)置，保證數(shù)據(jù)不中斷。

地表下沉量測:測點(diǎn)布置:與洞內(nèi)收斂、拱頂下沉量測斷面里程對應(yīng)，地表下沉量測點(diǎn)集中設(shè)在隧道中線附近，在開挖面前方10 m～30 m處設(shè)測點(diǎn)，直到上半斷面開挖面后方約60 m處。測量方法:采用水平儀、水準(zhǔn)尺配合測量地表沉降，精度可達(dá)2 mm～4 mm。用經(jīng)緯儀將所有測點(diǎn)布設(shè)于同一直線上。

3)圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)效果分析。

將量測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，繪制時(shí)間—位移曲線。絕對位移值逐漸減小時(shí)，說明支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，可施作模筑混凝土襯砌。如位移變化異常，出現(xiàn)反彎點(diǎn)，說明初期支護(hù)出現(xiàn)嚴(yán)重變形，這時(shí)應(yīng)及時(shí)通知施工管理人員，該段支護(hù)須采取加強(qiáng)措施，確保隧道不塌方。

4)量測數(shù)據(jù)分析和信息反饋。

將量測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，繪制時(shí)間—位移曲線。時(shí)間—位移特征曲線圖見圖2。

圖2 時(shí)間—位移特征曲線圖

圖2a)表示絕對位移值逐漸減小，支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，可施作模筑混凝土襯砌。

圖2b)表示位移變化異常，出現(xiàn)反彎點(diǎn)，初期支護(hù)出現(xiàn)嚴(yán)重變形，這時(shí)應(yīng)及時(shí)通知施工管理人員，該段支護(hù)須采取加強(qiáng)措施，確保隧道不塌方;嚴(yán)重時(shí)施工人員須迅速撤離施工現(xiàn)場，保證施工人員安全。

3 防止質(zhì)量通病的針對性預(yù)防措施

1)質(zhì)量通病。

隧道貫通精度不高;圍巖擾動(dòng)，超欠挖;錨桿灌漿不飽滿，錨固力低于設(shè)計(jì)或規(guī)范要求;鋼筋網(wǎng)的混凝土保護(hù)厚度不夠;圍巖穩(wěn)定狀態(tài)判斷不準(zhǔn)，不好確定襯砌施工工作時(shí)間;襯砌滲漏水現(xiàn)象也是隧道施工的一個(gè)難點(diǎn)。

2)預(yù)防措施。

a.開工前，進(jìn)行隧道控制測量，洞外、洞內(nèi)控制測量均采用導(dǎo)線測量，在洞口附近則設(shè)不少于三個(gè)平面控制點(diǎn)和兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，保證貫通精度。

b.采用光面控制爆破，減少圍巖擾動(dòng)，控制超欠挖，保證開挖輪廓尺寸。

c.錨桿灌漿飽滿，錨固力不低于設(shè)計(jì)或規(guī)范要求。鋼筋網(wǎng)隨受噴面起伏鋪設(shè)，與受噴面間隙3 cm，混凝土保護(hù)厚度不小于2 cm。

d.進(jìn)行圍巖現(xiàn)場監(jiān)控量測，根據(jù)量測數(shù)據(jù)，及時(shí)判定圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，確定襯砌施工工作時(shí)間。

e.重視襯砌滲漏水防治施工，按設(shè)計(jì)要求施作防水板、軟式透水管盲溝、橡膠止水帶及泄水孔，保證襯砌振搗密實(shí)度，提高抗?jié)B性和結(jié)構(gòu)自防水能力。