張劍飛

(五冶集團(tuán)公司, 四川成都 610000)

1 小斷面隧道的特點

小斷面隧道的特點是斷面尺寸小，曲線半徑小，線路比較長,布線靈活，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,施工時開挖面極狹小，運(yùn)渣、襯砌施工困難。隨著洞身的延伸，施工難度更大。針對這種狀況，尋找一種快速的施工組織模式，采用配套的專項機(jī)械設(shè)備組成機(jī)械化施工作業(yè)線，形成高效的、均衡的生產(chǎn)能力是確保項目按期完成的關(guān)鍵。

2 小斷面隧道施工時的測量控制措施

在工程開工前，對測量控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測，建立相應(yīng)等級的施工控制加密網(wǎng)控制點至各施工工作面所需部位。

洞外控制測量： 洞外平面控制網(wǎng)采用GPS同步靜態(tài)觀測模式，采用大地四邊形或三角形同步圖形擴(kuò)展方式進(jìn)行布網(wǎng)。

洞內(nèi)平面控制測量應(yīng)采用導(dǎo)線控制測量方法進(jìn)行。洞內(nèi)控制導(dǎo)線應(yīng)從測量設(shè)計確定的洞外聯(lián)系邊引入，洞內(nèi)洞外平面控制網(wǎng)宜以邊連接。洞內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)隨施工進(jìn)度分期布設(shè)，建立新一期導(dǎo)線前，應(yīng)先檢測原有控制點(圖1)。

圖1 洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)示意

3 小斷面隧道開挖掘進(jìn)及圍巖支護(hù)

3.1 洞口開挖及支護(hù)

邊坡開挖支護(hù)掛網(wǎng)錨噴支護(hù)施工程序為：洞頂截水溝→ 搭設(shè)排架→坡面修整及沖洗、驗收→噴基層混凝土(3～5 cm)→錨桿施工→掛網(wǎng)→面層分層噴混凝土→回彈料清理→灑水養(yǎng)護(hù)。

開挖支護(hù)中的洞口排水，洞口排水在洞頂處3 m外地方設(shè)置50 cm的漿砌片石截水溝，收集洞頂周圍散水防止地表水流入洞口侵蝕洞口頂部，洞頂排水溝與路基邊溝順接組成排水系統(tǒng)。在洞外設(shè)置排水溝或路基邊溝，及時排除開挖過程中的積水。

洞口圍巖采取全斷面錨噴支護(hù)，噴射C20混凝土，厚8 cm；采取φ22×1.5 m錨桿間距1 m×1 m梅花狀布置。拱部以上網(wǎng)片采用φ5.5，@10 cm×10 cm Q235型冷拔鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)片之間搭接長度10 cm。

3.2 隧道開挖

隧道開挖以新奧法為施工方法，采用鉆爆法開挖、鋼拱架鋼格柵錨噴支護(hù)的施工方法。隧道開挖施工工序為采用光面爆破開挖，拱頂和頂板巖層有裂縫或較破碎之處，采用錨桿、噴錨、掛網(wǎng)噴錨或架設(shè)鋼拱架進(jìn)行支護(hù)(圖2)。

圖2 隧道開挖工藝流程

隧道開挖時采用地質(zhì)預(yù)報及超前鉆孔方式進(jìn)行預(yù)探，根據(jù)已開挖地段圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征，對隧道開挖工作面前方一定長度范圍內(nèi)的圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件作分析推斷和評估。爆破前，將超前錨桿或小導(dǎo)管打入掘進(jìn)前方穩(wěn)定的巖層內(nèi)。

初期圍巖支護(hù)采取鋼拱架+全斷面錨網(wǎng)噴支護(hù)方式。施工時，首先噴射10 cm厚 C20混凝土，其次施工梅花狀布置的φ22×1.5 m、間距1 m×1 m的錨桿，再施工I10間距1 m的型鋼拱架：每榀拱架用4根錨桿左、右兩端固定，拱架與拱架之間用φ18連接鋼筋縱向聯(lián)接，聯(lián)接鋼筋環(huán)向間距50 cm，最后噴射10 cm的C25混凝土。

洞內(nèi)排水系統(tǒng)采用順坡自然排水，反坡機(jī)械排水兩種方式。順坡排水在隧道邊緣處設(shè)置排水溝，仰拱澆筑的過程中，為避免水流入，需在澆筑地段到掌子面之間下導(dǎo)坑處設(shè)置積水池，然后機(jī)械排水。反坡排水過程中每30 m設(shè)置一處集水坑或者集水井，長至少5 m，寬3 m，深1.5 m。積水池設(shè)置功率7.5 kW以上的水泵，確保積水抽出洞外或者隧道邊溝。

3.3 隧道渣土運(yùn)輸

根據(jù)項目開挖斷面小，開挖距離長，施工難度大的特點，自行研制開發(fā)了適用于超長距離隧道輕型軌道礦車運(yùn)輸系統(tǒng)。在軌道終點設(shè)計單側(cè)曲軌自卸卸矸架。開挖工作面礦渣采用扒渣機(jī)裝渣，礦車裝滿渣后，輕型軌道運(yùn)渣礦車在機(jī)車的牽引作用下將礦渣運(yùn)轉(zhuǎn)至棄土場，卸載礦渣后，礦車返回進(jìn)行下輪運(yùn)渣(圖3、圖4)。

圖3 隧道渣土運(yùn)輸工藝流程

圖4 卸矸架采用高度落差卸料

4 小斷面隧道二次襯砌施工

隧道襯砌施工工藝流程見圖5。

圖5 隧道襯砌施工工藝流程

4.1 模板臺車加工制作

襯砌施工采用自行改裝的輕型隧道自行式液壓仰拱模板臺車進(jìn)行襯砌施工，項目襯砌模板進(jìn)行自主開發(fā)研制，定制兩臺6 m小斷面拱形模板臺車，混凝土運(yùn)輸車定制2.5 m3的迷你運(yùn)輸罐車。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選擇洞口場地在20 m×30 m的安裝地點，場地平整，將模板臺車部件運(yùn)輸?shù)轿唬佋O(shè)軌道，按臺車軌距要求鋪設(shè)軌道，軌道接頭無錯臺、平直，中心線盡量與隧道中心線重合，軌道枕木間距1 m，并用道釘固定，鋼軌采用10號工字鋼。 臺車移到設(shè)計位置后啟動可調(diào)節(jié)支撐系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計標(biāo)高位置調(diào)整標(biāo)高，確保前后在同一標(biāo)高。位置復(fù)核無誤后，對自行式液壓仰拱臺車及仰拱鋼端模連接位置采用U型卡具進(jìn)行連接加固。臺車主體固定完成后，開始通過八組液壓油缸的動態(tài)伸縮，不斷調(diào)節(jié)，將仰拱圓弧模板頂推到正確的空間位置上，再調(diào)節(jié)六根螺桿對主梁進(jìn)行加固，防止模板隨意擺動；為防止混凝土灌注過程中，混凝土沖擊作用導(dǎo)致弧形模板晃動，在弧形模板處每隔2 m安裝一處撐腳，加固就位(圖6、圖7)。

圖6 臺車進(jìn)洞

圖7 2.5m3罐車運(yùn)輸

4.2 襯砌注漿

隧道防水設(shè)置兩道防線：第一道防線：初期支護(hù)+背后注漿；第二道防線：結(jié)構(gòu)自防水(圖8)。

圖8 水工隧道防水設(shè)計

本工程采用襯砌結(jié)構(gòu)防水，按照設(shè)計要求施工縫和變形縫防水，縱向施工縫、環(huán)向施工縫設(shè)置中埋式橡膠止水帶防水構(gòu)造；變形縫部位二襯結(jié)構(gòu)外側(cè)橡膠背貼式止水帶，止水帶寬度400 mm。止水帶的接頭采用現(xiàn)場熱硫化對接焊接，采用直角對接或45 °斜角對接，止水帶采用現(xiàn)場搭接焊接，搭接長度不得小于10 cm，滿焊搭接包括齒條搭接部位)； 其中心位置與施工縫的中心線重合；止水帶采用專用鋼筋套或扁鋼固定，止水帶端部用扁鋼先夾緊，并將扁鋼與結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋焊牢。襯砌結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時應(yīng)避免碰觸止水帶。

臺車混凝土施工。自行式液壓仰拱模板臺車報檢合格后進(jìn)行仰拱混凝土澆筑，混凝土塌落度控制在120～140 mm，適當(dāng)控制澆筑速度。由于隧洞距離長，斷面尺寸小，所以導(dǎo)致混凝土罐車進(jìn)洞運(yùn)輸困難，采用運(yùn)輸車輛運(yùn)輸混凝土將會增加施工工期，經(jīng)項目部綜合考慮各種因素后決定采用多級泵送的方式進(jìn)行隧洞二襯澆筑；振搗采用附著式振動器振搗，灌注混凝土在邊墻位置時應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，混凝土澆注至墻拱交界處可適當(dāng)間歇后連續(xù)澆注拱部混凝土，在拱頂部位采用泵送擠壓法灌注混凝土。臺車上安裝拱頂預(yù)留注漿管，二襯混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，進(jìn)行二襯背后回填注漿。

混凝土初凝后，拆除模板撐腳，待混凝土強(qiáng)度滿足要求后，松動所有可調(diào)節(jié)螺桿，再次啟動液壓控制油頂，頂升自動調(diào)節(jié)模板系統(tǒng)，使圓弧模與混凝土面分離，確保模板最低點位置在仰拱填充面以上。仰拱臺車過孔 從仰拱端頭位置退回1 m安裝加固仰拱填充層鋼端模，進(jìn)行仰拱填充層混凝土澆筑，待其混凝土強(qiáng)度滿足要求后拆除仰拱填充端模，進(jìn)入下一循環(huán)施工。 隧道自行式液壓仰拱臺車施工技術(shù)要點及隧道自行式液壓仰拱臺車施工流程詳見圖9。

圖9 隧道襯砌施工方法示意

5 結(jié)束語

隧道仰拱采用自行式液壓仰拱臺車施工，實現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，操作簡單，降低了工人勞動強(qiáng)度，施工效率是傳統(tǒng)工藝的3.6倍，大幅提高工作效率。有效緩解因仰拱步距超標(biāo)而暫緩掌子面掘進(jìn)的情況，降低隧道施工安全風(fēng)險。實現(xiàn)了仰拱襯砌與矮邊墻同步施工，提高了仰拱及襯砌結(jié)構(gòu)的整體性，降低了工作量、提高了仰拱混凝土的外觀質(zhì)量及仰拱施工進(jìn)度，進(jìn)而提高了隧道施工的整體施工進(jìn)度指標(biāo)。

通過勞務(wù)成本方面與提高掌子面掘進(jìn)速度降低施工成本方面進(jìn)行分析，采用自行式液壓仰拱臺車施工，每一循環(huán)可節(jié)約2 050元(每循環(huán)長度為10.5 m)，降低工時4.5 h。從成本及進(jìn)度兩個方面分析，自行式液壓仰拱臺車在降低施工成本的同時，也減小安全步距對隧道施工進(jìn)度影響的壓力，優(yōu)勢十分明顯。