孫文濤

長春宏建工程設(shè)計有限公司天津分公司 天津 300142

1 工程概況

鄭家灣1號隧道位于山西臨縣城莊鎮(zhèn)境內(nèi)。隧道區(qū)位于呂梁山西坡梁峁區(qū)，地形起伏較大，沖溝發(fā)育。本隧道為雙單線并為雙線隧道，隧道進(jìn)口里程分別為SZDK3+068（輕車線）、ZDK3+045(重車線)，兩進(jìn)口距離89m，出口里程為ZDK4+270，輕車線單線段長202m，重車線單線段長225m，隧道全長1225m(以重車線計)。

ZDK3+270處為燕尾交叉處，ZDK3+270～ZDK3+310為雙線大跨段， 長40m。地質(zhì)情況為：粉質(zhì)粘土，棕紅色，硬塑，土質(zhì)不均，含鈣質(zhì)結(jié)核和圓礫土，局部段落圓礫土層窩狀賦存，且含水；粉質(zhì)粘土具弱膨脹性；下伏粗圓礫土層，透水性強(qiáng)；圍巖分級為IV級[1]。燕尾段平面示意圖見下：

圖1 鄭家灣1號隧道燕尾段平面示意圖

2 施工方案

2.1 總體施工方案

重車線單線部分先按三臺階法施工至變斷面里程ZDK3+270，中臺階跟齊掌子面，下臺階距掌子面控制在5m距離。然后挑頂施工過渡進(jìn)入雙線部分。挑頂分為挑高和挑寬，同步進(jìn)行，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m。通過9個循環(huán)進(jìn)尺4.5m，前8個循環(huán)平均挑高0.23m，第9個循環(huán)調(diào)高0.05m，里程至ZDK3+274.5后累計調(diào)高1.89m，達(dá)到正洞雙線拱頂高度；第1個循環(huán)向右側(cè)挑寬0.66m，達(dá)到正洞雙線右側(cè)邊墻開挖寬度標(biāo)準(zhǔn)，第2～8個循環(huán)每循環(huán)向左側(cè)輕車線方向挑寬0.2m，累計挑寬1.4m，到達(dá)輕車單線右邊墻范圍，第9個循環(huán)不再挑寬，而是將臨時支護(hù)調(diào)整成豎撐。

繼續(xù)按第9個循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)，以每循環(huán)0.6m進(jìn)尺繼續(xù)向大里程開挖支護(hù)10.5m，里程至ZDK3+285，洞身空間達(dá)到寬8.7m，高7.3m，滿足挖機(jī)旋轉(zhuǎn)作業(yè)條件后，暫停向大里程掘進(jìn)，對掌子面噴錨封閉，在左側(cè)臨時支護(hù)表面里程ZDK3+277.5～+282.3范圍橫向施做一棚洞。棚洞門架高5.0m，上寬3.8m，下寬4.2m。棚洞頂部輪廓線在正洞初期支護(hù)外。先將棚洞內(nèi)7榀正洞鋼架拼接到位，然后挖機(jī)主機(jī)緊靠大里程掌子面，通過棚洞向小里程輕車線方向開挖，逐榀安裝拼接雙線鋼架并拆除臨時支護(hù)鋼架，永久支護(hù)施工至SZDK3+270（=ZDK3+270）后，臨時支護(hù)拆除完畢；再向大里程方向開挖，逐榀安裝拼接雙線鋼架并拆除臨時支護(hù)鋼架，至里程ZDK3+285，臨時支護(hù)全部拆除完成。

按三臺階法將ZDK3+270～ZDK3+285中下臺階按設(shè)計逐步完善初期支護(hù)，然后繼續(xù)按三臺階增設(shè)臨時仰拱法施工完剩余大跨段部分。

大跨段二襯采用工字鋼后背木模法施工，工字鋼支撐在普通雙線段襯砌臺車上。襯砌臺車既作為大跨段二襯支撐受力點(diǎn)，又作為掌子面施工車輛通道。

2.2 具體施工方法

2.2.1 挑頂施工前準(zhǔn)備

重車線單線部分按三臺階法施工，上臺階施工至里程ZDK3+270后暫停掘進(jìn)，中臺階跟齊上臺階至ZDK3+270，下臺階跟進(jìn)至ZDK3+265，臺階長度控制在5m左右，中臺階下部增設(shè)臨時橫撐。重車線單線ZDK3+265～ZDK3+270段為IV級粘土復(fù)合式襯砌。

挑頂施工之前盡量縮短掌子面與仰拱、二襯的距離。保證仰拱距掌子面距離不超過20m，二襯距掌子面距離不超過30m[2]。

2.2.2 挑頂施工

從重車線掌子面向大里程雙線范圍挑頂施工，由挖機(jī)開挖，人工修整輪廓到位，正洞初期支護(hù)采用I20工字鋼拱架，臨時支護(hù)采用I20工字鋼，鋼架間距0.5m，鋼架尺寸漸變設(shè)計。挑頂分為挑高和挑寬，同步進(jìn)行，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m。通過9個循環(huán)進(jìn)尺4.5m，前8個循環(huán)平均挑高0.23m，第9個循環(huán)調(diào)高5cm，里程至ZDK3+274.5后累計調(diào)高1.89m，達(dá)到正洞雙線拱頂高度；第1個循環(huán)向右側(cè)挑寬0.66m，達(dá)到正洞雙線右側(cè)邊墻開挖寬度標(biāo)準(zhǔn)，第2～8個循環(huán)每循環(huán)向左側(cè)輕車線方向挑寬0.2m，累計挑寬1.4m，到達(dá)輕車單線右邊墻范圍，第7個循環(huán)不再挑寬，而是將臨時支護(hù)調(diào)整成豎撐，方便下一步施做橫向棚洞。因正洞部分鋼架永久保留，支護(hù)措施按設(shè)計施做到位，臨時支護(hù)部分可適當(dāng)減弱，鋼架支護(hù)后及時噴射C25砼封閉。

2.2.3 開挖棚洞

挑頂過渡段施工完第9榀鋼架后，按第9榀鋼架尺寸及支護(hù)參數(shù)以每循環(huán)0.6m進(jìn)尺繼續(xù)向大里程開挖支護(hù)10.8mm，立架18榀，里程至ZDK3+285.3，洞身空間達(dá)到寬8.7m，高7.3m，滿足挖機(jī)旋轉(zhuǎn)作業(yè)條件后，暫停向大里程掘進(jìn)，對掌子面超前支護(hù)，并噴射5cm厚砼封閉巖面。在左側(cè)臨時支護(hù)表面，里程ZDK3+277.5～+282.3范圍橫向施做一棚洞。棚洞口設(shè)I20型鋼門架，高5.0m，上寬3.8m，下寬4.2m，棚洞最深處7.06m。頂部輪廓線在正洞初期支護(hù)外。棚洞內(nèi)初期支護(hù)設(shè)4榀I18鋼架，鋼架間距1.2m，每榀鋼架左右側(cè)各設(shè)置鎖腳錨管2根，長3.0m；邊墻系統(tǒng)錨桿長3.0m，1.2＊1.2布置；Φ6＊φ6鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距25＊25cm；網(wǎng)噴C25砼20cm。洞內(nèi)剩余部分網(wǎng)噴C25砼5cm，不立拱架。

棚洞開挖支護(hù)完成后，先將棚洞范圍內(nèi)7榀正洞鋼架上臺階部分拼接安裝完成，并按設(shè)計施做系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)片、超前小導(dǎo)管、鎖腳錨管并噴射C25砼封閉。

2.2.4 通過棚洞向輕車線大、小里程開挖支護(hù)

棚洞范圍正洞支護(hù)完成后，挖機(jī)主機(jī)靠近大里程掌子面方向，大臂及挖斗深入棚洞內(nèi)，向小里程按正洞設(shè)計輪廓開挖，拆除棚洞小里程側(cè)的初支，逐榀安裝拼接雙線正洞上臺階鋼架并拆除臨時支護(hù)鋼架，永久支護(hù)施工至SZDK3+270（=ZDK3+270）后，臨時支護(hù)拆除完畢；再向大里程方向開挖，拆除棚洞大里程側(cè)的初支，逐榀安裝拼接雙線正洞上臺階鋼架并拆除臨時支護(hù)鋼架，至里程ZDK3+285，臨時支護(hù)全部拆除完成。在安裝正洞鋼架時必須按設(shè)計施做系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)片、鎖腳錨管并噴射C25砼封閉。超前小導(dǎo)管按掘進(jìn)方向決定超前支護(hù)方向。每循環(huán)只許開挖1榀鋼架距離，且必須安裝完成正洞鋼架后才可拆除臨時鋼架支撐。

2.2.5 雙線正洞三臺階法開挖支護(hù)

挑頂過渡段臨時支護(hù)全部拆除完成后，右半部分施工至中臺階，左半部分施工至上臺階。

上臺階暫停施工，里程為ZDK3+285；中臺階左側(cè)按每循環(huán)施工2榀鋼架進(jìn)尺施工至ZDK3+282.3，距掌子面2.7m；中臺階右側(cè)暫停施工，里程為ZDK3+285；下臺階左側(cè)按每循環(huán)施工2榀鋼架進(jìn)尺施工至ZDK3+278.7，距中臺階端頭3.3m；下臺階右側(cè)按每循環(huán)施工2榀鋼架進(jìn)尺施工至ZDK3+282.3，距中臺階端頭2.7m；這樣掌子面基本調(diào)整為三臺階形狀。

斷面形狀調(diào)整完畢后，掌子面恢復(fù)掘進(jìn)，按三臺階增設(shè)仰拱法施工大跨段剩余ZDK3+285～ZDK3+310，共25m。具備條件后及時施工仰拱，使初支封閉成環(huán)。

2.2.6 二次襯砌施工

ZDK3+270～+310段二襯設(shè)計為50cm厚C35鋼筋砼。因斷面加寬值太大，項(xiàng)目部現(xiàn)有襯砌臺車尺寸及結(jié)構(gòu)受力無法滿足，根據(jù)以往成熟經(jīng)驗(yàn)和，本段襯砌計劃采用型鋼拱架后背木板作為襯砌模板。型鋼拱架通過短工字鋼支撐在普通襯砌臺車面板上，臺車既作為襯砌受力支撐，又能作為掌子面施工車輛通道。

襯砌臺車長9.0m，斷面加寬值為130cm。ZDK3+270-ZDK3+285段需施做2板二襯，ZDK3+285-ZDK3+310段需施做3板二襯。

型鋼拱架采用I18工字鋼在工地加工廠加工制作，拱架間距0.75m；木模尺寸長4m，寬0.3m，厚0.05cm，一次性采購到位，木模表面打磨光滑。

臺車面板背面背設(shè)I16工字鋼拱架，間距1.5m,榀間使用同型號型鋼縱向連接，縱連型鋼環(huán)向間距1.2m。短工字鋼支撐也使用I16工字鋼，一端與背模板的拱架焊連，另一端與臺車上拱架或縱連型鋼焊連，環(huán)向間距1.0m，為保證支撐的穩(wěn)定，短工字鋼之間采用φ42鋼管三角形連接。

臺車拼裝完成后，按規(guī)范要求進(jìn)行襯砌施工。

3 超前地質(zhì)預(yù)報工作

根據(jù)本隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征，并結(jié)合設(shè)計文件要求，隧道的超前地質(zhì)預(yù)報實(shí)施以洞內(nèi)地質(zhì)素描、超前5m鉆孔相結(jié)合的綜合地質(zhì)預(yù)報的方法指導(dǎo)施工[3]。

4 監(jiān)控量測

根據(jù)本隧道燕尾段地形地質(zhì)條件、支護(hù)類型和施工方法等特點(diǎn)，確定將圍巖及支護(hù)狀態(tài)觀察、拱頂下沉、周邊位移及收斂做為必測項(xiàng)目。

4.1 地質(zhì)和支護(hù)狀況信息的觀察

觀察記錄工作面的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況，作地質(zhì)素描。觀察開挖面附近初期支護(hù)狀況，判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性和初期支護(hù)的可靠性。

4.2 拱頂下沉及收斂量測

拱頂下沉及凈空變位收斂量測, 根據(jù)圍巖類別、隧道尺寸，沿隧道縱向在拱頂和墻中布設(shè)測點(diǎn)。大跨段設(shè)計均為IⅤ級圍巖，按V級標(biāo)準(zhǔn)量測斷面間距為5m。凈空位移量測在開挖后盡早進(jìn)行，初讀數(shù)在開挖12小時內(nèi)且在下一循環(huán)開挖前讀取，采用全站儀量測。

4.3 拱頂下沉及周邊收斂測線（點(diǎn)）布置

拱頂下沉及周邊收斂測線（點(diǎn)）布置應(yīng)根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、量測斷面所在位置確定。

5 質(zhì)量控制措施

施工前，技術(shù)人員向施工人員進(jìn)行交底。講述該項(xiàng)工程的設(shè)計要求、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、定位方法、幾何尺寸、施工方法、注意事項(xiàng)等，使作業(yè)人員在徹底明了施工對象的情況下投入施工。

建立嚴(yán)格的原材料、成品和半成品采購、進(jìn)場驗(yàn)收及存放管理制度，不合格原材料堅(jiān)決不允許進(jìn)場。

初期支護(hù)的工程質(zhì)量必須高度重視，超前小導(dǎo)管、型鋼鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴砼支護(hù)必須按設(shè)計要求施做，一次到位。

臨時支護(hù)是施工中確保安全和受力體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵工序，必須確保工程質(zhì)量。

6 安全控制措施

（1）洞內(nèi)施工時，洞內(nèi)外都必須配備專職安全人員，并用對講機(jī)保持聯(lián)系；專職安全人員上崗必須佩戴安全人員袖標(biāo)，凡進(jìn)洞人員必須戴安全帽。

（2）施工時應(yīng)對洞內(nèi)拱部進(jìn)行定點(diǎn)（含縱向和橫向）監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)變形量加大或變形量加快時，應(yīng)暫停開挖，分析原因并采取穩(wěn)定圍巖的有力措施。

（3）加強(qiáng)本段的超前地質(zhì)預(yù)報，注重圍巖監(jiān)測和觀察，對目測觀察予以足夠的重視，隨時注意圍巖變化情況，噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙，拱架是否壓彎。當(dāng)圍巖變形量無變緩趨勢或噴射混凝土產(chǎn)生較大的剪切狀態(tài)時立即停止開挖，采取輔助加固措施。

（4）隧道施工各班組間，應(yīng)建立完善的交接班制度。在交接班時，交班人應(yīng)將本班組的施工情況及有關(guān)安全事宜及措施向接班人詳細(xì)交待，并記載于交接班記錄本上，工地值班負(fù)責(zé)人應(yīng)認(rèn)真檢查交接班情況。每班開工前未認(rèn)真檢查工作面安全狀況，不得施工。

（5）按設(shè)計放置逃生通道，且不得超過規(guī)定距離。逃生通道內(nèi)存放部分應(yīng)急食物及醫(yī)療用品；洞內(nèi)存放足量方木或型鋼等應(yīng)急搶險物資。

（6）隧道掌子面掘進(jìn)人員到達(dá)工作地點(diǎn)時，應(yīng)首先檢查工作面是否處于安全狀態(tài)，如有松動的土體，應(yīng)立即加以支護(hù)或處理。

（7）當(dāng)噴射砼尚未達(dá)到一定強(qiáng)度即趨失穩(wěn)的圍巖，或噴錨后變形量超過設(shè)計容許值以及發(fā)生突變的圍巖，宜用鋼架支撐進(jìn)行支護(hù)。

（8）把噴層的異常裂縫作為主要安全檢查內(nèi)容之一，經(jīng)常進(jìn)行觀察與檢查，并作為施工危險信號引起警惕。

（9）如發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有險情，必須在危險地段設(shè)置明顯標(biāo)志或派專人看守，并迅速報告施工現(xiàn)場負(fù)責(zé)人及時采取處理措施并應(yīng)立即將工作人員全部撤離危險地區(qū)。

（10）對臨時支撐的偏移、傾覆及不均勻沉降要進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。

（11）加強(qiáng)工序銜接，及時封閉巖面，避免圍巖長時間暴露。

7 結(jié)語

隧道燕尾段是隧道施工的重難點(diǎn)部位，必須采用行之有效的施工方案，確保施工安全，鄭家灣1號隧道通過采用單線段挑頂棚洞反向施工法，順利完成燕尾段施工，取得了不錯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，具有一定的參考意義。