黃土隧道的礦山法施工技術(shù)

■張華

（福建省第一公路工程公司，泉州　362000）

黃土隧道的礦山法施工技術(shù)

■張華

（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

在特殊條件下黃土形成了獨(dú)特的地形地貌，為了適應(yīng)當(dāng)前的交通需求，越來越多公路、鐵路特別是北方地區(qū)需要穿越黃土區(qū)，因此黃土隧道施工越來越多，本文主要基于工程實(shí)例，著重對(duì)黃土隧道施工技術(shù)的應(yīng)用展開分析與探討，為類似黃土隧道施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

黃土隧道施工技術(shù)

0　引言

隨著近年來我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，黃土地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方興未艾，工程建設(shè)也積累了不少技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。以前的黃土隧道工程多數(shù)為單線，雙線僅為少數(shù)，加上受到人們認(rèn)識(shí)的限制，有關(guān)黃土隧道設(shè)計(jì)與施工方面的研究比較少，因此有必要針對(duì)黃土隧道施工技術(shù)進(jìn)行分析和研究。本文依托于蘭州至?？趪腋咚俟罚℅75）渭源至武都建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際，重點(diǎn)對(duì)三岔隧道進(jìn)口段洞身穿越黃土、卵礫石層及全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層的各工序施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1　工程概況

擬建蘭州至?？趪腋咚俟罚℅75）渭源至武都建設(shè)項(xiàng)目WW2合同段兩階段施工圖設(shè)計(jì)階段三岔隧道工程，位于漳縣三岔鎮(zhèn)，隧道采用分離式，起訖樁號(hào)為K181+281（Z）/265（Y）～K182+630（Z）595（Y），隧道左線長1349m，右線長1330m。根據(jù)隧道洞口地形地質(zhì)條件，進(jìn)出口均采用端墻式洞門。隧道進(jìn)口段 ZK181+281～421/ YK181+260～421，自然坡度39°，為溝谷的高級(jí)階地，穿越地層地質(zhì)為：呈密實(shí)狀、大小混雜、土質(zhì)不均的卵礫石層；黃土；呈褐紅色、僅保留泥質(zhì)砂巖的結(jié)構(gòu)、基本土化、且風(fēng)化裂隙發(fā)育的全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。進(jìn)口段采用TVb復(fù)合式襯砌按照礦山法原理設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)參數(shù)主要為：開挖后采用10cm厚C25噴射砼支護(hù)封閉，架設(shè)縱向間距為60cm的I22a型鋼拱架，掛φ8間距為20cm×20cm的鋼筋網(wǎng)片并焊在拱架上，拱架立好后采用C30P6模筑混凝土一次襯砌50cm，仰拱設(shè)間距為60cm的I22a型鋼拱架，采用厚度為75cm的C30模筑砼，仰拱填充采用C15混凝土，鋪設(shè)防水板后澆筑C30P6二襯砼。

2　施工總體方案

按照本工程實(shí)際情況，首先，需要提前制定出先進(jìn)合理的施工技術(shù)方案，超前謀劃。按照隧道工程地質(zhì)情況將圍巖超前預(yù)監(jiān)測(cè)工作做好，優(yōu)化工序循環(huán)作業(yè)時(shí)間，制定合理施工步距，加強(qiáng)工序的銜接，以保證高效優(yōu)質(zhì)的將施工任務(wù)完成。其次，應(yīng)將準(zhǔn)備工作中的關(guān)鍵抓好，盡快布置修建臨時(shí)工程，將洞頂截水溝和洞口的路塹土石方的開挖與平整場地有機(jī)地結(jié)合起來，為隧道的早日進(jìn)洞創(chuàng)造條件，以減少施工干擾，同時(shí)還要將洞口排水分流工作做好，利用多級(jí)泵站加強(qiáng)洞內(nèi)反坡排水，污水經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)以后才能排放。第三，按照施工條件，由于出口連接煙坡溝2#橋，同時(shí)邊坡陡峭，進(jìn)洞存在很大困難，因此考慮從進(jìn)口進(jìn)洞，明洞施工采用自上而下分層開挖，遇中硬巖時(shí)，輔以淺孔松動(dòng)爆破。第四，Ⅴ級(jí)圍巖段采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工，Ⅳ級(jí)圍巖段上下臺(tái)階法施工，Ⅲ級(jí)級(jí)圍巖段采用全斷面法掘進(jìn)。挖掘機(jī)安全找頂，施工通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)。出碴采用無軌運(yùn)輸。實(shí)施新奧法“光面爆破技術(shù)、噴錨支護(hù)技術(shù)、圍巖變形量測(cè)技術(shù)”三大技術(shù)，注重圍巖少攏動(dòng)，避免超欠挖，按照現(xiàn)場監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)修正設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整施工方案和指導(dǎo)施工。第五，仰拱及二次襯砌砼：洞身防水板在隧道外拼焊成大塊板，采用充氣法檢查焊縫強(qiáng)度等指標(biāo)后，移動(dòng)式工作臺(tái)車安裝。二次襯砌采用12m長全液壓整體式模板襯砌臺(tái)車澆筑。砼采用輸送泵泵送入模。車行、人行橫洞與正洞同時(shí)進(jìn)行開挖與襯砌。路面混凝土和其它附屬工程采用集中時(shí)間，機(jī)械化流水作業(yè)，一次施工，一次成優(yōu)。

隧道開挖必須在管棚支護(hù)完成后進(jìn)行，施工嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、短臺(tái)階、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)、緊二襯”的原則進(jìn)行。由于洞口淺埋黃土地層圍巖條件差，需嚴(yán)格按要求施工過程中的各項(xiàng)監(jiān)控量測(cè)，控制各交錯(cuò)工序的開挖長度和循環(huán)進(jìn)尺，嚴(yán)格按要求施工鎖腳錨管、拱腳，仰拱及二襯需及時(shí)跟進(jìn)，嚴(yán)格控制超挖，尤其掘進(jìn)方向的超挖，確保鋼拱架緊貼掌子面和圍巖。

3　黃土隧道施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1洞口工程施工

首先，應(yīng)認(rèn)真將邊坡放樣工作做好，利用人工方式進(jìn)行截水溝施工將洞外截水溝做好，然后進(jìn)行洞口邊仰坡土方開挖，詳細(xì)觀察好仰坡頂?shù)奈Ｊ闆r，利用漿砌片石進(jìn)行危石加固，避免出現(xiàn)雨水滲透等問題的出現(xiàn)；其次，利用明挖法對(duì)洞口及明洞土石方進(jìn)行施工，以挖掘機(jī)開挖為主，個(gè)別地方利用弱爆破開挖，充分保證山體的穩(wěn)定性，避免對(duì)周邊環(huán)境帶來不利影響；第三，洞口開挖以后，按照設(shè)計(jì)要求邊仰坡利用噴錨掛網(wǎng)支護(hù)方式，充分保證邊坡的穩(wěn)定性。第四，邊仰坡開挖支護(hù)基本穩(wěn)定同時(shí)主洞開挖達(dá)到30m以后。

采用超前管棚支護(hù)的輔助施工措施，完成管棚注漿施工后，在管棚支護(hù)體系保護(hù)下安全進(jìn)洞。管棚設(shè)計(jì)37根，每根2m，套拱為C30砼，長度為2m。采用C30砼套拱作超前管棚導(dǎo)向墻，洞口開挖至拱腰標(biāo)高時(shí)，先停止開挖，整平地面后，在其上搭設(shè)管棚施工平臺(tái)，要求鉆機(jī)平臺(tái)搭設(shè)牢固，以利安固鉆機(jī)，防止施工鉆時(shí)產(chǎn)生不均勻下沉、搖擺，位移或傾斜而影響鉆孔質(zhì)量。在洞口襯砌拱圈背部外做管棚套拱。在套拱內(nèi)設(shè)置φ127×4.0mm的孔口管作為管棚的導(dǎo)向管，其間距按管棚設(shè)計(jì)間距布設(shè)，導(dǎo)向管定位用經(jīng)緯儀測(cè)定，確保其角度、方向與設(shè)計(jì)一致。管棚鋼管采用φ108熱軋無縫鋼管制作，節(jié)長分為3.0m和6.0m兩種，用絲扣聯(lián)接，交錯(cuò)聯(lián)接絲扣長度不小于150mm。管棚施工采用XY-28-300電動(dòng)鉆機(jī)鉆孔頂管；BW-250/50型注漿泵注漿。

3.2洞身開挖及噴射砼封閉開挖面

隧道開挖采用挖掘機(jī)輔以開挖臺(tái)車，嚴(yán)禁爆破開挖，開挖采用短臺(tái)階法，拱頂弧形導(dǎo)坑一次開挖2～3榀鋼拱架間距，不得大于3榀；下臺(tái)階左、右導(dǎo)坑交錯(cuò)開挖，每次開挖長度以3～4榀鋼拱架控制，不得大于4榀；左右導(dǎo)坑交錯(cuò)2～3m。

按設(shè)計(jì)及預(yù)留量開挖完成后即采用濕噴機(jī)進(jìn)行C25噴射砼的支護(hù)封閉施工，噴射砼厚度為10cm，進(jìn)行噴射砼施工時(shí)要特別注意施工安全。

3.3I22a型鋼架施工與網(wǎng)片的架設(shè)

將I型鋼拱架、格柵鋼架運(yùn)輸?shù)蕉磧?nèi)進(jìn)行安裝，和錨桿連接成整體，格柵拱架間設(shè)縱向連接筋和定位聯(lián)系筋，拱架間以噴射砼填平。拱架拱腳必須放在牢固的基礎(chǔ)上，架立時(shí)垂直于隧道中線。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖放大樣，放樣過程中需留有刨邊、切割等加工余量，主鋼筋或I型鋼需冷彎成型，按照設(shè)計(jì)圖配置鋼拱架的加強(qiáng)筋與主筋，焊接加強(qiáng)筋與主筋時(shí)注意兩邊應(yīng)對(duì)稱，避免出現(xiàn)變形問題，完成焊接以后應(yīng)將焊渣及時(shí)清理好，按照驗(yàn)收規(guī)范要求對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查。為了可以牢固的將鋼拱架置于穩(wěn)定地基上，鋼拱架基腳部位需要預(yù)留15～20cm原地基，并在基腳位置上設(shè)置高強(qiáng)砼墊塊，以增強(qiáng)基層承載力。鋼拱架采用I22a型工字鋼，縱向間距為60cm，段與段之間采用高強(qiáng)螺栓連接，縱向采用22螺紋鋼筋連接，長度0.8m，環(huán)向間距為1.0m，支撐均采用雙面焊接。在上導(dǎo)及下導(dǎo)設(shè)計(jì)位置施打R32自進(jìn)式注漿鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與豎直方向呈30～45°斜向下打入圍巖。鎖腳錨桿設(shè)置于鋼拱架兩側(cè)，采用角焊縫形式堆焊連接，采用22螺紋鋼筋包裹拱架翼緣焊接固定為一體。

鋼拱架安裝完成后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片的架設(shè)安裝。鋼筋網(wǎng)片的加工采用鋼筋焊網(wǎng)機(jī)，采用電阻網(wǎng)，避免了鋼筋的燒傷，確保了鋼筋網(wǎng)的間距和焊接質(zhì)量。

3.4模筑一次襯砌砼施工

上下導(dǎo)完成鋼拱架及噴射砼的支護(hù)施工后，即進(jìn)行模筑一次襯砌砼的施工。一次襯砌砼采用50cm厚的C30P6模筑砼，一襯砼臺(tái)車為兩塊1.5m的模板，每循環(huán)一襯砌砼長度為2.8m，每當(dāng)完成累計(jì)掘進(jìn)8榀鋼拱架長度時(shí)，完成2.8m的一襯砼模筑施工，預(yù)留2m左右的開挖搭接施工長度。

3.5二次襯砌施工

首先，在準(zhǔn)備階段，完成圍巖開挖以后，經(jīng)過監(jiān)控量測(cè)，在圍巖收斂變形基本上穩(wěn)定之后進(jìn)行二襯施工，在襯砌之前鋪設(shè)土工布、防水板，設(shè)置好各種預(yù)埋件和管洞，布設(shè)好鋼筋，工作縫施工期間應(yīng)將止水帶安設(shè)工作做好，此外，襯砌之前還需要將以下工作做好：（1）復(fù)測(cè)隧道中線、高程、斷面尺寸和凈空尺寸；（2）檢查防水板安裝質(zhì)量，檢查和檢修襯砌臺(tái)車質(zhì)量；（3）臺(tái)車就位后，對(duì)其安裝位置、模板及其相關(guān)空間尺寸進(jìn)行詳細(xì)檢查；（4）檢查砼配合料數(shù)量、質(zhì)量、配合比設(shè)計(jì)等；（5）檢修好混凝土配制、運(yùn)輸?shù)雀鞣N機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)；（6）安裝組合式鋼模板第一次澆筑仰拱、邊墻基礎(chǔ)，第二次澆筑邊墻、拱部砼。

3.6仰拱砼及填充施工

該隧道進(jìn)口段設(shè)有仰拱，及時(shí)施作，使支護(hù)結(jié)構(gòu)早閉合，改善圍巖受力狀況。控制圍巖變形，保障施工及結(jié)構(gòu)安全。仰拱開挖采用全斷面一次開挖成型，采用長度9m鋼棧橋跨越封閉施工，每次施工長度3～5m。仰拱開挖完成后，按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)鋼拱架并及高強(qiáng)螺栓連接，以確保與邊墻拱架的連接質(zhì)量。上臺(tái)階掌子面超前15～25m后，開挖仰拱，一次開挖長度為3-4榀鋼架，修整至設(shè)計(jì)輪廓后及時(shí)架立鋼拱架，進(jìn)行仰拱襯砌和邊墻一次襯砌，仰拱封閉成環(huán)段距離掌子面20～30m，不得大于30m。為了保證仰拱的幾何尺寸，端頭采用定型鋼模板支架，兩側(cè)采用弧形移動(dòng)模架。

4　小結(jié)

綜上所述，黃土隧道施工是一個(gè)全新的研究方向，本文結(jié)合工程實(shí)例針對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行了分析和研究，在很多方面都需要進(jìn)一步完善。在施工實(shí)踐的基礎(chǔ)上，在黃土隧道施工技術(shù)上還有很多方面有待改善和發(fā)展，例如黃土隧道Ⅴ級(jí)圍巖段設(shè)計(jì)通常采用CD、CRD及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，這些方法均要求橫撐緊跟開挖面，智能利用小型挖掘機(jī)施工，根本不能發(fā)揮出機(jī)械化的施工優(yōu)勢(shì)，橫撐拆除又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此可以利用臺(tái)階法，采用雙層初期支護(hù)、襯砌緊跟的施工方法，以充分保證隧道施工的順利開展。

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［5］渭源至武都高速公路第2合同段《兩階段施工設(shè)計(jì)圖紙》.