連拱隧道半明半暗襯砌段施工技術(shù)的研究應(yīng)用

林 虎 （安徽省路港工程有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230011）

1 前言

連拱隧道邊界條件、受力狀態(tài)都是極為復(fù)雜，施工時(shí)經(jīng)常造成襯砌結(jié)構(gòu)腐蝕裂損、凍害、滲漏水等病害，如何采用最經(jīng)濟(jì)的手段維持隧道圍巖的穩(wěn)定，保證隧道施工過程安全和結(jié)構(gòu)質(zhì)量是技術(shù)管理人員需要面臨解決的問題。

石壁山隧道位于安徽省黃山市黃山區(qū)譚家橋鎮(zhèn)，為連拱式短隧道。隧道全長(zhǎng)150m，最大埋深約35m，隧道凈空（寬×高）：2×11.25m×5m。隧道出口端位于約313斜坡區(qū)域，單壓明洞長(zhǎng)5m，以及半明半暗Ⅰ、Ⅱ型襯砌各長(zhǎng)20m，襯砌段地質(zhì)自然坡強(qiáng)風(fēng)化層破碎，不穩(wěn)定，成洞條件差，施工時(shí)易導(dǎo)致表層強(qiáng)風(fēng)化層崩塌。

2 技術(shù)原理

半明半暗連拱隧道襯砌段，下部為明洞基礎(chǔ)，上部為明洞洞身、洞門及附屬工程、邊坡仰拱加固及排水系統(tǒng)。明洞擴(kuò)大基礎(chǔ)地基應(yīng)穩(wěn)固，對(duì)于土層基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行開挖至巖石區(qū)域，然后通過素混凝土或漿砌片石回填找平。在明洞背后邊坡上，開鑿成臺(tái)階狀，采用注漿加固與埋入式整體現(xiàn)澆或裝配預(yù)制錨固梁，臺(tái)階種植土護(hù)坡后覆主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)，必要時(shí)采用錨桿進(jìn)行加固防護(hù)。明洞襯砌工程施工內(nèi)模采用液壓式鋼模板襯砌臺(tái)車進(jìn)行全斷面一次襯砌工藝，外模及外支撐采用木模和鋼管支撐。明洞與暗洞交接區(qū)域，應(yīng)從內(nèi)部向外部進(jìn)行施工。建立快速裝拆洞口套拱支模體系，縱向貫穿連桿互連的整體式工字鋼架，內(nèi)部采用可調(diào)單元式組拼桁架支撐，外側(cè)采用三角支架單元組拼整體定型化支撐。采用模板臺(tái)車作為工作平臺(tái)，上設(shè)標(biāo)高可調(diào)式鋼管腳手支撐體系支撐底模，邊墻基礎(chǔ)全幅整體一次澆筑成型、拱墻一次整體澆筑成型。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

①減少隧道施工圍巖結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，維持圍巖的原始狀態(tài)，保持開挖能量最小化；

②對(duì)臺(tái)車每一施工階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)范圍外的出現(xiàn)誤差及時(shí)采取糾偏措施；以此保證結(jié)構(gòu)的受力和變形始終處于安全狀態(tài)；

③邊墻和拱腰處的環(huán)向施工縫采用可止水排水帶防排水，應(yīng)做到剛?cè)峤Y(jié)合；中隔墻墻頂與左右洞接觸處，采用定位鋼筋與墊塊精確安裝拱墻鋼筋，實(shí)現(xiàn)了邊墻基礎(chǔ)和拱墻整體一次澆筑成型，有效提高隧道襯砌段的質(zhì)量；

④加強(qiáng)拱頂施工質(zhì)量以及拱頂防排水控制，在防護(hù)結(jié)構(gòu)采用仰坡坡體加固與柔性網(wǎng)主動(dòng)防護(hù)的復(fù)合生態(tài)防護(hù)體系。

⑤內(nèi)部采用可調(diào)單元式組拼桁架支撐，外側(cè)采用三角支架單元組拼整體定型化支撐，建立快速裝拆洞口套拱支模體系，實(shí)現(xiàn)支模體系的安全、高效。

4 施工順序及控制要點(diǎn)

4.1 施工順序

邊仰坡防護(hù)→中導(dǎo)洞開挖、支護(hù)→中隔墻施工→擴(kuò)大基礎(chǔ)及側(cè)墻施工→護(hù)拱施工→套拱施工→管棚施工→鋼筋籠安裝→管棚。

4.2 技術(shù)施工要點(diǎn)

①邊仰坡防護(hù)。根據(jù)洞口仰坡土石方分為兩次開挖，首先開挖隧道上下臺(tái)階分界線標(biāo)高以上及成洞面區(qū)域以外側(cè)部分，施工開挖中預(yù)留進(jìn)洞臺(tái)階，對(duì)坡面進(jìn)行錨噴支護(hù)防護(hù)；然后開挖剩余區(qū)域，施作錨桿加噴混凝土的防護(hù)施工時(shí)采用注漿加固與埋入式整體現(xiàn)澆或裝配預(yù)制錨固梁，臺(tái)階種植土護(hù)坡后覆主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，預(yù)制裝配式擋截排一體式邊溝。

②中導(dǎo)洞開挖、支護(hù)。采用臺(tái)階法開挖，機(jī)械和爆破結(jié)合作業(yè)，裝載機(jī)倒退出碴，自卸汽車運(yùn)至指定場(chǎng)地的無軌運(yùn)輸方式。中導(dǎo)洞臨時(shí)支護(hù)方式分別為：開挖出渣完畢后打設(shè)3米長(zhǎng)φ22早強(qiáng)砂漿錨桿和掛設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)，設(shè)立I18型工字鋼架，Ⅴ級(jí)圍巖噴射22cm厚C25早強(qiáng)混凝土。

③中隔墻施工

圖1 中導(dǎo)洞開挖、支護(hù)

圖2 中隔墻施工

中隔墻在中導(dǎo)洞貫通后從相反方向往進(jìn)洞端澆筑混凝土，模板臺(tái)車襯砌，按每?jī)商煲谎h(huán)，每循環(huán)9m施作。臺(tái)車就位后，利用中導(dǎo)洞鋼架支護(hù)，對(duì)襯砌臺(tái)車穩(wěn)定性定位加固后，中隔墻下部左右側(cè)預(yù)留放置縱向排水溝的凹形槽。中隔墻墻身采用C30防水混凝土，混凝土澆筑完成后，在中隔墻頂部回填與墻身同標(biāo)號(hào)混凝土，確?；靥蠲軐?shí)，中隔墻基礎(chǔ)要落在實(shí)處，并及時(shí)施作臨時(shí)支撐和漿砌片石回填，避免發(fā)生偏壓側(cè)移等現(xiàn)象。在混凝土澆筑前，在拱頂部位預(yù)埋一根φ42×4mm鋼管，進(jìn)行壓漿處理，確保中隔墻頂部密實(shí)。

④擴(kuò)大基礎(chǔ)及側(cè)墻施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，黃山端明洞、V半明半暗Ⅰ、V半明半暗Ⅱ襯砌段明挖部分采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，C20片石混凝土基礎(chǔ)，基地允許承載力要求[σ]≥300KPa。基底需要按臺(tái)階開挖，臺(tái)階高1.5m、2m，臺(tái)階寬2m，基礎(chǔ)高度為3.5m～9.5m不等；外側(cè)邊坡坡率1：0.25。為減少工序之間影響，擴(kuò)大基礎(chǔ)在中隔墻施工完成后開始施工，開挖至設(shè)計(jì)高程以上10-20cm，采用人工清槽。質(zhì)檢人員對(duì)地基承載力、平面尺寸、位置、高程等自檢合格的情況下，向監(jiān)理報(bào)檢，經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行基礎(chǔ)模板安裝和片石混凝土澆筑。基礎(chǔ)模板采用20mm厚竹膠板+100×100mm方木+Φ42無縫鋼管。一次澆筑高度不超過3.5m，超過3.5m的分層澆筑，上下層之間預(yù)留足夠的連接石，采用30cm以上的堅(jiān)硬片石，接觸面并鑿毛。側(cè)墻設(shè)計(jì)為C30防水混凝土，外墻采用鋼模板，與二次襯砌相接的內(nèi)墻面采用柔性的模板，分兩次澆筑，第一次澆筑耳墻以下部分，第二次澆筑耳墻部分。

⑤護(hù)拱施工

為確保施工安全，半明半暗襯砌段采用蓋挖法施工，在明挖部分先施工護(hù)拱，再進(jìn)行開挖施工。設(shè)計(jì)護(hù)拱為C30混凝土，內(nèi)設(shè)I22b工字鋼，間距60cm，并與初期支護(hù)中的I22b工字鋼閉合成環(huán)。護(hù)拱一端嵌入邊坡中，嵌入深度不小于50cm，一端支撐在中隔墻或側(cè)墻上。工字鋼安裝完畢后，進(jìn)行護(hù)拱底模板安裝，模板采用竹膠板，用方木支撐在地面上，加固牢固，并預(yù)留足夠下沉量，確保不侵入二襯凈空。護(hù)拱與超前大管棚重疊部分，采用在護(hù)拱中預(yù)埋Φ135×4.5孔口鋼管。

⑥套拱施工：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形，擬定左右洞套拱在中隔墻完成后實(shí)施，左右洞設(shè)置在K114+480～K114+482，管棚穿過護(hù)拱部分，在護(hù)拱中預(yù)埋孔口管。由專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量定位放樣，導(dǎo)向管采用Φ108×6mm無縫鋼管，導(dǎo)向管方向與路線中線平行安裝，仰角1～3°（路線有縱坡需核算考慮），環(huán)向之間距離0.4m。

⑦管棚施工

熱軋無縫鋼管沿拱部環(huán)向布置，各間 距0.4m，材 料Φ108×6mm；鋼 管0.3m；管棚間隔注水泥漿，注漿壓力：初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa。

管棚施工順序：開挖設(shè)計(jì)標(biāo)高→封閉巖面（噴混凝土）→澆筑混凝土基礎(chǔ)→工字鋼拱架安裝→固定孔口管→立模澆注混凝土護(hù)拱→鑿巖臺(tái)車鉆奇數(shù)孔→清孔→頂管→鋼筋籠安裝→注水泥漿→鑿巖臺(tái)車鉆偶數(shù)孔→清孔→頂管→鋼筋籠安裝→注水泥漿。

⑧鋼筋籠安裝

管棚內(nèi)插加勁鋼筋籠，其中主筋為4根直徑20mm，其固定環(huán)采用每段長(zhǎng)4cm的φ42mm熱軋無縫鋼管制作，間距1.5m，與主筋之間焊接；按6m分節(jié)段焊接好后安裝，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊好，接頭錯(cuò)開50cm以上。（見圖3）

圖3 鋼筋籠斷面圖

⑨管棚注漿

注漿總體原則：先下后上、跳孔注漿、由稀到濃，且施工中應(yīng)跳孔注漿。

注漿方法：a.先在鋼管中沿管壁安設(shè)φ15mm塑料硬管至孔底，在管口處與堵漿塞排氣孔連接，作為排氣管；b.注漿管與堵漿塞進(jìn)漿孔連接，堵漿塞與管棚采用絲扣連接；c.注漿從進(jìn)漿孔孔口注入，從排氣孔滿漿流出，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力或設(shè)計(jì)注漿量時(shí)終止。

5 結(jié)論

本技術(shù)通過建立邊仰坡坡體加固與柔性網(wǎng)主動(dòng)防護(hù)的復(fù)合生態(tài)防護(hù)體系，采用注漿加固與埋入式整體現(xiàn)澆或裝配預(yù)制錨固梁技術(shù)，臺(tái)階種植土護(hù)坡后覆主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，有效提高了坡體防護(hù)施工效率；建立快速裝拆洞口套拱支模體系，內(nèi)部采用可調(diào)單元式組拼桁架支撐，外側(cè)采用三角支架單元組拼整體定型化支撐，提高了洞口套拱支模速度；施工中邊墻基礎(chǔ)全幅整體一次澆筑成型、拱墻一次整體澆筑成型，采用模板臺(tái)車作為工作平臺(tái)，提高了施工效率。通過在S11蕪湖至黃山高速公路工程等項(xiàng)目的成功應(yīng)用，有效提高了連拱隧道施工效率，有效降低了成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。可有效適用于公路、市政、鐵路V類圍巖連拱隧道半明半暗的襯砌段，II、III、IV類圍巖也可參照施工。