蔡曉明

摘要：在隧道的建設(shè)發(fā)展過程中，隧道快速施工已經(jīng)成為主要的趨勢(shì)。本文以毛蓬崗隧道施工工程為例，介紹了變截面大跨度隧道施工過程中的總體施工方案，包括施工關(guān)鍵技術(shù)、施工內(nèi)容，其中詳細(xì)介紹了二次襯砌施工工藝流程，實(shí)踐表明，二次襯砌施工使得毛蓬崗隧道在施工工期內(nèi)順利建成，這種施工技術(shù)不僅能夠提高施工效率，還具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)變截面大跨度隧道的快速施工提供較高的參考價(jià)值，值得推廣。

Abstract： During the construction and development of tunnels， rapid tunnel construction has become a major trend. Taking the construction of Maopenggang tunnel as an example， this paper introduces the overall construction plan of the construction process of variable-section large-span tunnel， including the key construction technology and construction content. The process of secondary lining construction is introduced in detail. The lining construction makes the Maopenggang tunnel successfully built during the construction period. This construction technology not only improves the construction efficiency， but also has obvious economic benefits. It provides a high reference value for the rapid construction of the variable-section large-span tunnel and is worthy of promotion.

關(guān)鍵詞：變截面；大跨度；隧道；快速施工技術(shù)

Key words： variable cross section；large span；tunnel；rapid construction 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）28-0139-03

0 引言

隨著鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，高速鐵路和客運(yùn)專線的修建對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)和建設(shè)規(guī)模提出了更高的要求，由于鐵路交叉、上跨等因素影響，隧道設(shè)計(jì)演變出多種形式，其中單洞單線合并為大跨度單洞雙線段支護(hù)形式多、開挖難度大、變截面較多等因素影響到整個(gè)隧道的施工進(jìn)度，因此，研究大跨隧道快速施工技術(shù)對(duì)整個(gè)隧道貫通節(jié)點(diǎn)工期起到非常重要的作用。

1 隧道分類簡(jiǎn)介

隧道按照開挖的深度不同可以分為小跨度隧道、中跨度隧道、大跨度隧道和特大跨度隧道，按照國(guó)際隧道協(xié)會(huì)ITA給出的隧道換段面積的大小來(lái)劃分隧道主要有以下幾種：①極小斷面隧道，橫斷面積為2-3平方米。②小斷面隧道，橫斷面積為3-10平方米。③中等斷面隧道，橫斷面積為10-50平方米。④大斷面隧道，橫斷面積為50-100平方米。⑤特大斷面隧道，橫斷面積為大于100平方米。本文的研究對(duì)象是大跨度隧道同時(shí)是變截面的隧道施工技術(shù)，包含了開挖方式、支護(hù)方式、建設(shè)過程等等。

2 工程概況

毛蓬崗隧道單、雙線全長(zhǎng)9883m，隧道大跨段起止里程為DK31+200～DK32+065，總長(zhǎng)度865m，施工方向是自大里程向小里程施工，此段共8個(gè)變截面，加寬寬度1.0m～6.6m，由于需要施工的隧道截面變化頻繁、施工跨度逐漸變大，針對(duì)隧道的開挖工作難度系數(shù)和危險(xiǎn)系數(shù)較大，增加了大跨段的施工難度，研究大跨段快速施工技術(shù)可以提高大跨段施工各道工序的施工效率，滿足施工過程中的各項(xiàng)技術(shù)要求，從而保證整個(gè)隧道施工貫通節(jié)點(diǎn)工期，建設(shè)高質(zhì)量的隧道工程。

3 總體施工方案

3.1 施工關(guān)鍵技術(shù)

在上述工程中開展變截面大跨度隧道快速施工技術(shù)研究，其關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾點(diǎn)：

①利用兩套軟件根據(jù)實(shí)際的工程地質(zhì)情況分別建立詳細(xì)的三維分析模型，模擬開挖和支護(hù)過程，準(zhǔn)確有效地計(jì)算沉降變形，確保施工安全。最后將數(shù)值分析結(jié)果結(jié)合實(shí)際監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，建立大跨度隧道工程施工安全等級(jí)判別方法和評(píng)估體系，建立大跨隧道開挖、支護(hù)施工對(duì)監(jiān)控量測(cè)及沉降影響的預(yù)測(cè)方法。

②利用應(yīng)變測(cè)量技術(shù)針對(duì)型鋼鋼架不同施工階段受力情況進(jìn)行分析，為保證隧道施工安全和動(dòng)態(tài)施工提供依據(jù)。

③根據(jù)模擬分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)選擇合適的施工工法，提高施工效率。

④變跨段二次襯砌快速施工技術(shù)。

3.2 施工內(nèi)容

①監(jiān)控量測(cè)分析系統(tǒng)的建立及使用。毛蓬崗隧道大跨段變截面較多，地質(zhì)較復(fù)雜，隧道淺埋等地質(zhì)條件，給變截面大跨度隧道快速施工帶了很多不可預(yù)見的不穩(wěn)定因素。

利用MIDAS/FEA和ADINA有限元軟件對(duì)大跨段隧道施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)開挖及沉降的數(shù)值模擬。建立三維空間模型，考慮復(fù)雜的地質(zhì)情況，模擬開挖過程以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效性，計(jì)算沉降大小以及其影響。根據(jù)有效數(shù)據(jù)，為下步施工進(jìn)度提供可靠依據(jù)。

②變截面隧道施工方案優(yōu)化。為了保證大斷面隧道自身的施工安全，需要建立大跨度隧道工程施工安全等級(jí)判別方法和評(píng)估體系，建立大跨隧道開挖、支護(hù)施工對(duì)監(jiān)控量測(cè)及沉降影響的預(yù)測(cè)方法，根據(jù)隧道開挖、支護(hù)、襯砌不同的施工階段，建立安全控制指標(biāo)和控制標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)估與控制體系，形成大跨隧道施工基于監(jiān)控量測(cè)的施工控制措施。從而，對(duì)變截面隧道施工方案進(jìn)行優(yōu)化是保證隧道安全施工的前提。同時(shí)，根據(jù)建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，需建立相應(yīng)的監(jiān)督機(jī)制，以確保該體系在隧道施工整個(gè)過程中的有效運(yùn)用。

③應(yīng)變測(cè)量分析。建立大跨段隧道施工監(jiān)控量測(cè)和沉降變形的觀測(cè)系統(tǒng)。對(duì)沉降變形的觀測(cè)系統(tǒng)的建立要結(jié)合數(shù)值分析進(jìn)行，在不同工序施工及轉(zhuǎn)換的時(shí)候考慮其對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)值的影響。

對(duì)大跨段初期支護(hù)鋼架受力系統(tǒng)分析采用埋設(shè)應(yīng)變片的方式，通過實(shí)測(cè)應(yīng)力分布變化和結(jié)合模擬軟件分析，給大跨隧道施工支護(hù)提供一定的參考依據(jù)。

④變跨二次襯砌快速施工技術(shù)研究。大跨隧道快速施工離不開二次襯砌的跟進(jìn)。根據(jù)鐵道部120號(hào)紅頭文件和隧道施工安全九條規(guī)定的要求，針對(duì)軟弱圍巖嚴(yán)格控制安全步距。大跨度隧道開挖斷面大，且斷面尺寸復(fù)雜多變，如何能快速高效，保證安全和質(zhì)量的前提下加快二次襯砌施工進(jìn)度，保證隧道安全步距的要求也是一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。

二次襯砌施工前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行初期支護(hù)的驗(yàn)收工作，主要包含以下幾項(xiàng)：錨桿拉拔力檢測(cè)試驗(yàn)、初期支護(hù)混凝土取芯檢查、初支混凝土背后孔洞掃描以及初支斷面尺寸掃描及監(jiān)控測(cè)控制情況等等。待驗(yàn)收合格后，再按照?qǐng)D1所示的流程進(jìn)行二次襯砌施工。

第一，工程測(cè)量控制。應(yīng)當(dāng)確保隧道中線、標(biāo)高、斷面尺寸以及凈空大小的準(zhǔn)確性，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)在保證隧道監(jiān)控量測(cè)符合相關(guān)規(guī)定的條件下開展二次襯砌；在放樣過程中，可以對(duì)襯砌輪廓進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大，但是需要保證襯砌不能進(jìn)入隧道建筑界限。

第二，防排水施工。防排水施工應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，建立完善的防排體系。

第三，鋼筋工程。采用防水板臺(tái)車進(jìn)行二次襯砌鋼筋施工，固定鋼筋頂部可以先進(jìn)行試拼，自下而上在底部仰拱處預(yù)留出鋼筋進(jìn)行焊接固定，并通過加設(shè)混凝土墊塊，來(lái)保證混凝土保護(hù)層的厚度。

第四，襯砌臺(tái)車定位。完成襯砌臺(tái)車的拼裝，并且驗(yàn)收合格后再進(jìn)行洞內(nèi)定位。臺(tái)車定位可以分為初步定位、精確校正定位兩步。前者通常通過拱頂標(biāo)高、拱腳標(biāo)高以及中線3點(diǎn)確定。

第五，二襯混凝土施工。該環(huán)節(jié)主要包含混凝土拌和、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑、混凝土振搗、二次襯砌混凝土拆模養(yǎng)護(hù)等工序。

4 施工進(jìn)展情況

目前已完成了監(jiān)控量測(cè)分析系統(tǒng)的建立和施工方案的優(yōu)化。工作進(jìn)展情況如下：

①毛蓬崗隧道大跨段地質(zhì)較復(fù)雜、隧道淺埋地段較長(zhǎng)，隧道施工過程中不可避免的會(huì)遇到各種各樣復(fù)雜的地層，隧道施工方法各不相同。為確保作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，在進(jìn)入隧道施工前對(duì)其進(jìn)行有效探測(cè)，可防范和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。為保證在安全的前提下加快變截面大跨度隧道施工，利用MIDAS/FEA和ADINA有限元軟件對(duì)大跨段隧道施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)開挖及沉降的數(shù)值模擬。建立三維空間模型，考慮復(fù)雜的地質(zhì)情況，模擬開挖過程以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效性，計(jì)算沉降大小以及其影響。結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，建立了監(jiān)控量測(cè)分析系統(tǒng)，根據(jù)有效數(shù)據(jù)，為下步施工進(jìn)度提供可靠依據(jù)。

②利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，科研小組對(duì)大跨段的開挖、出渣、支護(hù)、襯砌等工序進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，完成了施工方案的優(yōu)化工作。

5 施工效果

①對(duì)突變斷面應(yīng)用縱橫導(dǎo)洞法施工，采用這種方式可以較好地實(shí)現(xiàn)隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面到大斷面的突變，達(dá)到工程的預(yù)期目標(biāo)。并且可以有效地縮短工程工期、降低工程造價(jià)、施工難度也會(huì)有明顯的降低，這些特點(diǎn)都比隧道變由小到大的漸變面方案優(yōu)異許多，在今后的同類工程中也可以大力推廣。

②扁平大斷面隧道開挖后，會(huì)造成隧道巖體內(nèi)部空間的壓力分布不均勻，隨著對(duì)隧道開挖深度和高度的增加，要求產(chǎn)生的拱作用發(fā)揮作用變小，截面會(huì)產(chǎn)生較大的松弛地壓，從而造成拱頂范圍的土體不穩(wěn)定，因此，在施工過程中，需要加強(qiáng)超前支護(hù)措施，堅(jiān)持“先支后掘”的原則，從而有效地保證施工安全。

③變截面大跨度隧道在施工過程中由于采取了正確的開挖方式、有效的支護(hù)手段和小導(dǎo)管注漿固結(jié)圍巖及有利的安全保障措施，順利度過了大跨段施工階段，確保了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，受到了業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評(píng)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過針對(duì)變截面大跨度隧道快速施工這一課題的研究，在研究過程中發(fā)現(xiàn)了工程的復(fù)雜性、變化性和多樣性，在工程前期需要進(jìn)行詳細(xì)、縝密的勘察工作，針對(duì)后期可能出現(xiàn)的任何問題與變量都要充分的考慮情況，否則很可能隨著工程的開展使得問題擴(kuò)大化，同時(shí)，在針對(duì)變截面和地勢(shì)變化情況較為復(fù)雜的地段施工時(shí)，要充分地利用好信息技術(shù)建模，對(duì)井下巖體環(huán)境做到全面掌握，提高施工質(zhì)量，降低施工過程中的阻力。今后，在隧道施工方面還有許多的實(shí)踐研究工作需要加強(qiáng)，尤其是在施工工藝的操作細(xì)則和標(biāo)準(zhǔn)以及新技術(shù)、新方法、新設(shè)備和新工藝的結(jié)合方面。

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