張沛杰

Construction Safety Control Technology of Super Large Section Flat Tunnel

摘要： 本文以勤豐特長(zhǎng)隧道施工案例為背景，對(duì)超大斷面的扁坦公路隧道施工方法進(jìn)行探討。介紹了開挖跨度大，扁坦率達(dá)到0.68，大跨扁坦隧道與接近卵圓形的高鐵隧道在開挖過程中的支護(hù)形式與力學(xué)特性必然存在巨大差別，且隧道單幅長(zhǎng)5480m，進(jìn)出口設(shè)置兩個(gè)施工工區(qū)，單次開挖與支護(hù)量較大，工期與工程量都較大，由此合理的施工工序與成熟的施工控制技術(shù)，是完成安全施工的關(guān)鍵，同時(shí)這也為同類型的隧道施工提供借鑒。

Abstract： In this paper， the construction method of the super large section of the flat highway tunnel is discussed on the background of the construction case of the Qinfeng special long tunnel. It is introduced that the excavation span is large， flat rate open to 0.68， large span flat tunnel and near oval high-speed railway tunnel must have a great difference in supporting form and mechanical characteristics during excavation. And the single length of the tunnel is 5480m， and the two construction areas are set up in the import and export. The single excavation and support are large， and the construction period and the amount of the project are large. Therefore， the reasonable construction process and the mature construction control technology are the key to complete the safety construction. At the same time， it also provides reference for the same type of tunnel construction.

關(guān)鍵詞： 超大斷面；扁坦隧道；施工控制技術(shù)

Key words： super large section；flat tunnel；construction control technology

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）15-0127-03

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)的隧道工程施工技術(shù)日益完善，然而，仍有必要對(duì)新建的不同地區(qū)的隧道進(jìn)行研究分析。王明慧，張忠愛等[1]就渝黔鐵路天坪隧道穿越復(fù)雜地質(zhì)極高地應(yīng)力區(qū)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道的應(yīng)力與變形發(fā)展趨勢(shì)，得到了加強(qiáng)支護(hù)與仰拱，及做好封閉能夠起到控制隧道變形的作用；肖宗榮[2]就軟弱圍巖下穿隧道的施工變形控制進(jìn)行分析，介紹了不同的施工工法；陳秋南，王勤榮等[3]就超大斷面扁坦隧道進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性狀分析，采用有限差分軟件FLAC 3D驗(yàn)證了雙側(cè)壁法較適用于小凈距隧道；蘇春生[4]就城市地下隧道鄰近既有建筑物的現(xiàn)狀，進(jìn)行施工技術(shù)分析；韓驚偉[5]采用ABAQUS軟件對(duì)巖溶地區(qū)隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析。

本文就昆楚高速公路勤豐特長(zhǎng)隧道工程，特點(diǎn)為隧道長(zhǎng)度大、開挖跨度大、形狀扁坦、埋深大、工期緊及圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育的特點(diǎn)，進(jìn)行施工安全控制技術(shù)的分析。這里采用了合理的施工工序及施工技術(shù)，能夠有效保障隧道施工的順利開展。

1 工程概況

勤豐特長(zhǎng)隧道，位于祿豐縣祿豐鎮(zhèn)東側(cè)山脈，左線起止里程為ZK41+910～ZK47+370，右線起止里程為K41+935～K47+415，共計(jì)單幅10940m；左右幅凈距約為32.6～33.1m。隧道設(shè)計(jì)采用復(fù)合式襯砌，且隧道最大埋深約為361m，隧道正洞正常斷面開挖跨度為17.15m，開挖高度為11.68m。隧道穿越粉質(zhì)黏土、強(qiáng)中風(fēng)化泥巖等巖層。地下水主要為基巖裂隙水與孔隙水等。

進(jìn)口段山勢(shì)陡峻，巖層風(fēng)化厚度較大，山體坡腳約35°；出口段地勢(shì)相對(duì)平緩，山體坡腳約15°，且坡面破碎，植被較發(fā)育。洞軸線地面高程1995～2325m，相對(duì)高差330m。進(jìn)出口地形地貌如圖1、2所示。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 施工場(chǎng)地布置

施工前，在距隧道進(jìn)口處2.1km，距隧道出口處140m設(shè)置兩個(gè)施工場(chǎng)地，建立混凝土拌合站，及鋼筋加工場(chǎng)，同時(shí)，依據(jù)地勢(shì)合理規(guī)劃施工進(jìn)場(chǎng)便道，選定棄碴場(chǎng)，及隊(duì)伍駐地等。

2.2 施工技術(shù)要求

隧道開挖前，應(yīng)具有一定的人力、設(shè)計(jì)資料、機(jī)械設(shè)備等資源。對(duì)于施工前存在的主要技術(shù)如下：

①施工前，項(xiàng)目部應(yīng)組織技術(shù)人員對(duì)圖紙進(jìn)行會(huì)審，并了解隧道結(jié)構(gòu)的基本形式；

②應(yīng)遵循“超前探、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、緊襯砌”的原則；

③對(duì)于關(guān)鍵工序，及特殊表明的勘探不良的地質(zhì)施工時(shí)，應(yīng)制定詳細(xì)的控制措施及操作細(xì)則；

④技術(shù)人員對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底并組織作業(yè)人員培訓(xùn)。

3 施工方法

3.1 施工工法

該隧道堅(jiān)持科學(xué)合理的施工開挖方法，隧道洞口及明洞段易采用明挖法施工，自上而下進(jìn)行分臺(tái)開挖，明挖法易對(duì)周邊巖體造成擾動(dòng)，因此，應(yīng)做好邊開挖邊防護(hù)的工作；關(guān)于土質(zhì)地層，采用機(jī)械開挖，而石質(zhì)地層，采用鉆爆法開挖。明洞回填時(shí)，為保證受力均勻，應(yīng)在兩側(cè)對(duì)稱分層夯實(shí)。

隧道洞身段采用暗挖法施工。洞口淺埋及偏壓、斷層破碎帶段V級(jí)圍巖采用CRD法開挖，其余V級(jí)圍巖段，宜采用三臺(tái)階預(yù)留核心土分部開挖法開挖，Ⅳ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階法開挖，Ⅲ級(jí)圍巖采用一般臺(tái)階法開挖。V級(jí)圍巖地段施工開挖時(shí)，加強(qiáng)超前支護(hù)，并及時(shí)施作初期支護(hù)。開挖過程中土質(zhì)地段以機(jī)械開挖為主，必要時(shí)輔以微量的弱爆破進(jìn)行開挖作業(yè)，巖石地段應(yīng)采用預(yù)裂爆破或光面爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制超、欠挖。二次襯砌采用泵送混凝土和整體式模板臺(tái)車的機(jī)械化配套施工方案，確保二次襯砌質(zhì)量達(dá)到內(nèi)實(shí)外光。具體隧道的施工技術(shù)參數(shù)見表1所示。

3.2 三臺(tái)階七步法

勤豐隧道的特點(diǎn)，超大斷面、大跨度扁坦形狀，關(guān)于隧道洞身開挖施工宜采用三臺(tái)階七步法。充分利用多層開挖，預(yù)留核心土工法，能夠適用于該公路隧道跨度為17.15m的施工。開挖第1步，上部弧形導(dǎo)坑開挖，進(jìn)行拱部超前支護(hù)，并預(yù)留核心土，其長(zhǎng)度宜為3～5m，寬度宜為隧道開挖跨度的1/3～1/2；第2、3步，左右側(cè)中臺(tái)階開挖，這里根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定開挖進(jìn)尺，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m；第4、5步，左右側(cè)下臺(tái)階開挖，開挖尺寸同第2、3步；開挖第6步，上中下臺(tái)階預(yù)留核心土，各臺(tái)階開挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，仰拱分段長(zhǎng)度宜為4～6m；第7步，隧底開挖，每循環(huán)開挖進(jìn)尺長(zhǎng)度宜為2～3m，開挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，仰拱分段長(zhǎng)度取為4～6m。

隧道開挖施工時(shí)，應(yīng)做好監(jiān)控量測(cè)工作，及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)變形的數(shù)據(jù)信息，做好調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)留的變形量，從而保證施工安全。

4 主要的技術(shù)控制及措施

4.1 初期支護(hù)

①鋼拱架施工時(shí)，需在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制加工成型，同時(shí)，施工場(chǎng)地需用C15混凝土硬化；施工時(shí)，鋼拱架基腳部應(yīng)預(yù)留0.15～0.2m原地基，且拱腳處設(shè)置鎖腳鋼管2根Φ42*4 mm；按設(shè)計(jì)位置布設(shè)鋼拱架，當(dāng)與初噴層有較大間隙時(shí)設(shè)置不大于50mm的墊塊；鋼拱架在架設(shè)時(shí)，預(yù)先設(shè)定的位筋一段錨入圍巖0.5～1m，另一端與鋼拱架聯(lián)接；最后，鋼拱架架立之后應(yīng)盡快由墻腳處向上噴射混凝土，從而形成穩(wěn)定的保護(hù)層。

②鋼筋網(wǎng)施工時(shí)，采用Φ8鋼筋，現(xiàn)場(chǎng)制作成1.5m×1.5m的網(wǎng)片。同時(shí)，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿聯(lián)接牢固，隨拱形坡面進(jìn)行鋪設(shè)。

③關(guān)于系統(tǒng)錨桿施工，這里采用砂漿錨桿與中空注漿錨桿。砂漿錨桿采用螺紋鋼筋制做，鑿巖機(jī)鉆孔，機(jī)械配合人工安裝錨桿，水泥注漿時(shí)，注漿管插入距孔底5～10cm處，緩慢拔出并將桿體插入，終凝后安設(shè)孔口墊板；中空注漿錨桿，通過鉆孔清理巖屑，且將錨桿送入孔內(nèi)并固定桿體，向中空錨桿內(nèi)壓注水泥漿。

④噴射混凝土?xí)r，采用采用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為P.O42.5，碎石粒徑5-10mm，應(yīng)有良好的配合比，采用高效減水劑，選用初凝時(shí)間≤5min，終凝時(shí)間為≤10min的速凝劑；做到兩次噴射，一次噴射厚度為3cm，起到封閉巖面的作用，二次噴射應(yīng)到設(shè)計(jì)厚度；噴射混凝土終凝2h后，應(yīng)在襯砌面上噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不少于7d。同時(shí)，應(yīng)做好混凝土的安全作業(yè)工作。

4.2 二次襯砌

關(guān)于勤豐隧道內(nèi)的二次襯砌，臺(tái)車及模板等支撐系統(tǒng)必須嚴(yán)格執(zhí)行《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（JTJ076-95），以及相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范規(guī)程。

根據(jù)隧道檢測(cè)的圍巖應(yīng)力，及初期支護(hù)數(shù)據(jù)，確定隧道襯施作的時(shí)間。一般而言，圍巖與初期支護(hù)在開挖進(jìn)程完成且基本穩(wěn)定后施作二次襯砌，洞口淺埋段及特殊地段應(yīng)及早施作二次襯砌，采用拱墻一次成型工藝?；炷翍?yīng)振搗密實(shí)，防止收縮開裂，振搗時(shí)，不破壞防水層。二次襯砌拆模時(shí)，混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到有關(guān)規(guī)范的要求。仰拱宜超前施工，其超前距離宜保持3倍以上的襯砌循環(huán)作業(yè)長(zhǎng)度。

4.3 其他的控制措施

①突發(fā)事件控制措施。隧道施工中，應(yīng)堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主”的方針。做好隧道開挖安全施工的事前控制，切實(shí)履行規(guī)章制度，建立健全安全生產(chǎn)責(zé)任制度，專職專責(zé)，同時(shí)，做好安全技術(shù)交底工作；事中控制，對(duì)于突發(fā)事件應(yīng)妥善處理，并有序的開展工作；事后控制，做好總結(jié)等。

最為重要的是進(jìn)行事前控制，對(duì)于有潛在事故的施工，應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)，有正常的工序管理。同時(shí)，必備的逃生器材，例如，在在洞內(nèi)掌子面100m以內(nèi)配置照明器具、救生衣、醫(yī)療箱、飲用水及食物等；在隧道開挖過程中，設(shè)置不小于內(nèi)徑為0.8m的逃生通道。

②環(huán)境保護(hù)措施。隧道開挖施工時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持“少破壞，就是最大的保護(hù)；最小的擾動(dòng)，須盡最大的可能恢復(fù)”的原則。施工場(chǎng)地應(yīng)盡量少占用耕地、林地，洞口邊坡做好防護(hù)；隧道廢水、棄渣應(yīng)當(dāng)集中處理；同時(shí)，做好環(huán)境評(píng)估，綠環(huán)工程等。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

本文通過對(duì)勤豐隧道，超大斷面、形狀扁坦、埋深大、工期緊及圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，就該隧道施工安全控制技術(shù)進(jìn)行了分析。并通過一些列的施工控制措施，能夠滿足該隧道施工的正常開展。同時(shí)，這里就隧道洞身采用的三臺(tái)階七步法進(jìn)行了闡述，以及支護(hù)形式進(jìn)行了研究，能夠?yàn)橥愋偷乃淼朗┕ぬ峁┲笇?dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

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