何平

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，成都 610093）

1 工程概況

某特長公路隧道，左洞長11 489 m，右洞長11 456 m。隧址區(qū)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，含塊狀角礫巖、白云巖，局部夾泥灰?guī)r、頁巖等，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體的完整性不足，偏破碎。地勘結(jié)果顯示，隧道埋深超769 m 時(shí)存在較大的巖爆概率，如何在安全的前提下實(shí)現(xiàn)隧道的高效掘進(jìn)作業(yè)成為本工程的重難點(diǎn)內(nèi)容。經(jīng)技術(shù)可行性論證后，工程采用新型單頭快速掘進(jìn)設(shè)備，以便高效施工。

2 單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)的原理及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

單頭快速掘進(jìn)施工以三臂鑿巖臺(tái)車為核心裝置，負(fù)責(zé)測(cè)量、鉆眼、裝藥工作，可以減小施工期間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圍巖的擾動(dòng)性；隨后啟用車載式濕噴機(jī)械手，以自動(dòng)化的方式完成相關(guān)工作。利用自行式液壓仰拱棧橋可建立穩(wěn)定可靠的小型作業(yè)工作面，施工人員于該處開展仰拱澆筑作業(yè)。

防水板臺(tái)車的基本功能是用于防水板的施工，除此之外還可以提供鋼筋網(wǎng)施工平臺(tái)，以便在該處高效開展鋼筋網(wǎng)的相關(guān)工作，提高防水板的掛設(shè)效率，同時(shí)減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。施工中，二襯臺(tái)車及時(shí)跟進(jìn)，可有效保證施工質(zhì)量。鑒于隧道施工安全隱患多，工程配備了監(jiān)控管理系統(tǒng)，以便展開對(duì)有害氣體的監(jiān)測(cè)工作，通過24 h 不間斷監(jiān)測(cè)的方式掌握隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量，若存在異常，則及時(shí)采取加強(qiáng)通風(fēng)等相關(guān)措施，從而提高施工的安全性。

特長公路隧道施工過程中，使用單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)具有非常好的施工效果，具有4 個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）可減小施工隊(duì)伍規(guī)模。隧道掌子面施工人數(shù)大大減少，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。（2）有效優(yōu)化洞內(nèi)的作業(yè)環(huán)境，粉塵污染、噪聲污染問題得到有效解決，有效提升了施工作業(yè)過程中的安全性，工人患職業(yè)病的概率大幅度減小，施工過程更具人性化。（3）施工質(zhì)量好?；炷撩軐?shí)度大幅度提升，為最終的施工質(zhì)量提供了充足的保障。（4）施工全過程安全可監(jiān)控。單頭快速掘進(jìn)設(shè)備配備了完善的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠24 h 對(duì)隧道內(nèi)情況進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間尋找解決方案，最大限度地保障施工人員的安全。

3 單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

綜合應(yīng)用隧道地震預(yù)測(cè)（Tunnel Seismic Prediction，TSP）、超前探測(cè)鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)等多重技術(shù)，準(zhǔn)確探明前方地質(zhì)以及水文的實(shí)際條件?；诔暗刭|(zhì)預(yù)報(bào)信息判斷是否有設(shè)置探孔的必要，若需設(shè)置，則嚴(yán)格控制探孔的位置以及具體的數(shù)量。除此之外，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)還可以揭示掌子面前方的地質(zhì)條件，指導(dǎo)后續(xù)工作的開展。

3.2 超前支護(hù)

3.2.1 長管棚施工工藝

長管棚施工工藝如圖1 所示。

圖1 長管棚施工工藝

3.2.2 施作導(dǎo)向墻

導(dǎo)向墻施工工序：埋設(shè)工字鋼鋼架→導(dǎo)向鋼管安裝→支撐體系搭設(shè)和內(nèi)外模安裝→澆筑混凝土→混凝土拆模、養(yǎng)護(hù)。導(dǎo)向墻結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 導(dǎo)向墻結(jié)構(gòu)

1）導(dǎo)向墻的關(guān)鍵參數(shù)。導(dǎo)向墻施工范圍為開挖輪廓線以外拱部140°范圍，用C20 混凝土施工成型，斷面尺寸為1.0 m×1.0 m，導(dǎo)向墻設(shè)在穩(wěn)定可靠的基巖上，向護(hù)筒內(nèi)埋設(shè)2 榀I18輕型鋼架，于架體外緣以焊接的方法設(shè)置壁厚為5 mm 的φ140 mm 導(dǎo)向鋼管，鋼架各單元均用螺栓連接。翼緣處、接頭焊縫腹板處的焊縫高度分別按12 mm、9 mm 予以控制[1]。

2）在孔口管安裝完成后進(jìn)行支撐體系搭設(shè)和內(nèi)外模安裝，模板采用鋼模及木模組合，待質(zhì)檢工程師自檢合格后報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑。澆筑后按要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.3 圍巖徑向注漿

正洞施工過程中，遇到初期支護(hù)結(jié)構(gòu)大幅度變形、大范圍滲漏水時(shí)，采取徑向注漿處理措施。鉆孔時(shí)，孔徑按52 mm 予以控制，用風(fēng)槍鉆開孔，而后用高壓風(fēng)清孔。鉆孔時(shí)加強(qiáng)信息的采集與記錄，例如，孔號(hào)、進(jìn)尺、圍巖裂隙發(fā)育情況、涌水情況，要求單孔出水量穩(wěn)定在0.5 L/s 以內(nèi)，若超過該值，隨即暫停鉆進(jìn)，盡快安排注漿，采用此方法封堵涌水。涌水量較大、進(jìn)漿速度較快時(shí)，使用濃漿且其凝膠時(shí)間需較短，反之則選擇凝膠時(shí)間較長的漿液。

3.4 開挖施工

3.4.1 測(cè)量放線

為保證鉆孔的準(zhǔn)確性，提前測(cè)量放樣，具體測(cè)放出開挖輪廓線及周邊眼、掏槽眼和輔助眼的位置，在距開挖面50 m 的位置埋設(shè)中線樁，按照100 m 的間距依次設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。測(cè)量放樣過程中及時(shí)檢查上次爆破斷面的實(shí)際情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)，保證其具有合理性，進(jìn)而取得良好的爆破效果（無安全事故、爆破范圍精準(zhǔn)）。

3.4.2 鉆孔作業(yè)

鉆工要先熟悉炮眼布置圖，嚴(yán)格依據(jù)測(cè)量放樣結(jié)果鉆孔，保證鉆孔位置、數(shù)量及間距的合理性。根據(jù)施工要求，安排鑿巖機(jī)就位，準(zhǔn)確調(diào)整鉆桿的位置，確保鉆孔位置偏差不超過5 cm，而后由具有資質(zhì)的司鉆工鉆進(jìn)成孔。周邊眼鉆孔外插角度控制：應(yīng)減小外插角的誤差，一般鉆孔孔深＜3 m 時(shí)外插角的斜率宜為0.05，鉆孔孔深＞3 m 時(shí)，外插角的斜率宜為0.03～0.05。

4 系統(tǒng)支護(hù)

4.1 混凝土噴射作業(yè)

基本作業(yè)流程為：開啟速凝劑輔助風(fēng)→開啟主風(fēng)閥→開啟速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)、振動(dòng)器→加入混凝土→正式噴射。

4.2 錨桿施工

4.2.1 砂漿錨桿

風(fēng)鉆鉆孔，達(dá)到指定深度后用高壓風(fēng)吹孔，將砂漿灌注至孔內(nèi)，直至達(dá)到孔深的2/3 為止；而后將錨桿打設(shè)到位，繼續(xù)用注漿泵補(bǔ)灌；再用適量的砂漿抹平孔口，將托板螺栓安裝到位并有效緊固。

4.2.2 中空錨桿

風(fēng)鉆鉆孔，達(dá)到指定深度后用高壓風(fēng)吹孔，置入錨桿，配套托板螺栓，拌制滿足質(zhì)量要求的漿液，用注漿泵向桿體內(nèi)灌注。

4.2.3 鋼筋網(wǎng)

沿拱墻巖面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，將其固定在錨桿末端，安裝后鋼筋網(wǎng)應(yīng)具有順直性，若被支護(hù)巖面有波動(dòng)，對(duì)應(yīng)的鋼筋網(wǎng)也需隨之起伏，即兩者在形態(tài)上應(yīng)具有一致性，與被支護(hù)巖面的間隙控制在約3 cm。對(duì)于鋼筋網(wǎng)之間及其與錨桿的連接部位，均以點(diǎn)焊的方式處理，保證鋼筋網(wǎng)的穩(wěn)定性。為使鋼筋網(wǎng)有足夠的完整性，搭接至少一個(gè)網(wǎng)格，必要時(shí)適當(dāng)增加。

4.3 監(jiān)控量測(cè)要求

監(jiān)控量測(cè)的覆蓋對(duì)象較多，包含凈空、拱頂下沉及地表沉降等。監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的布設(shè)及數(shù)據(jù)采集要注意兩點(diǎn)：（1）測(cè)點(diǎn)布置要有針對(duì)性。在洞外地表開裂、洞內(nèi)圍巖惡化、初支開裂區(qū)域、富水等地段，應(yīng)特別加密觀測(cè)點(diǎn)位。（2）觀測(cè)時(shí)段要有針對(duì)性。應(yīng)對(duì)施工中極易產(chǎn)生變形的工序加密監(jiān)測(cè)頻率，例如，在鋼架落底、隧底開挖等時(shí)段變形一般急劇增大，要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。施工期間，監(jiān)測(cè)人員在每次監(jiān)測(cè)后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行校對(duì)和整理，及時(shí)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)測(cè)該斷面可能出現(xiàn)的變形速率和變形加速度，準(zhǔn)確判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并根據(jù)規(guī)范防控變形等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)施工。若量測(cè)數(shù)據(jù)有突變（例如，明顯超出許可范圍），則隨即暫停施工，經(jīng)過全面調(diào)查后，根據(jù)實(shí)際情況采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。

4.4 注意事項(xiàng)

隧道安全步距必須得到有效控制，其指的是隧道仰拱至掌子面的距離，也可以指隧道二襯至掌子面的距離，具體根據(jù)不同的圍巖等級(jí)而定。對(duì)于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖，要求仰拱與掌子面的距離≤35 m；Ⅲ級(jí)圍巖抑拱與掌子面的距離≤90 m；類似地，根據(jù)圍巖等級(jí)的不同，二次襯砌與掌子面的合適距離也存在差異，即Ⅰ、Ⅱ級(jí)圍巖≤200 m；Ⅲ級(jí)圍巖≤120 m；Ⅳ級(jí)圍巖≤90 m；V 級(jí)圍巖≥20 m。待圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后，再組織二次襯砌施工。

嚴(yán)格控制二次襯砌的施作時(shí)間，通常宜在圍巖和初期支護(hù)變形基本完成時(shí)施工。遇到圍巖變形量明顯偏大的情況時(shí)，若需提前施作二次襯砌，還需對(duì)初支以及襯砌采取加強(qiáng)措施。

混凝土灌注施工期間加強(qiáng)振搗，有效減小混凝土內(nèi)部的空隙，切實(shí)提高其密實(shí)性。對(duì)于混凝土的拆模，主要根據(jù)實(shí)際強(qiáng)度而定，禁止在未滿足強(qiáng)度要求時(shí)拆模，實(shí)際拆模過程中要加強(qiáng)防護(hù)，以免損傷混凝土。

養(yǎng)護(hù)是提高混凝土成型質(zhì)量的重要方法，需編制混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書，以此為基準(zhǔn)，開展相應(yīng)的指導(dǎo)工作。混凝土養(yǎng)護(hù)過程中注重保濕，根據(jù)混凝土的成型情況以及現(xiàn)場(chǎng)氣溫適當(dāng)調(diào)整灑水的頻率，通常養(yǎng)護(hù)時(shí)間需達(dá)到28 d 及以上。

5 施工效果分析

通過單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用，可以有效改善特長隧道的施工環(huán)境，提高施工質(zhì)量；掌子面施工、防水板臺(tái)車掛設(shè)等環(huán)節(jié)的人員投入量較少，同時(shí)員工的工作強(qiáng)度降低；現(xiàn)場(chǎng)施工條件好轉(zhuǎn)，可以較好地緩解噪聲污染、粉塵污染等問題，符合文明施工的理念，為一線施工人員提供了安全和健康的雙重屏障；施工時(shí)應(yīng)用的是高精度、高穩(wěn)定性的車載式濕噴機(jī)械手，可以有效保證混凝土噴射的施工效果，而通過二襯臺(tái)車的應(yīng)用，可以提高混凝土的密實(shí)度，由于在拱頂處預(yù)留了注漿孔，后續(xù)可以實(shí)現(xiàn)帶模注漿，從源頭上規(guī)避了拱頂空洞問題；各道工序緊密銜接，機(jī)械設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)突出，可以實(shí)現(xiàn)集約化建設(shè)的目標(biāo)，有助于提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

在特長隧道施工中，單頭快速掘進(jìn)施工技術(shù)具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以有效改善洞內(nèi)施工環(huán)境，在安全的環(huán)境下高效開展各項(xiàng)施工作業(yè)，由此降低事故的發(fā)生概率，是公路隧道尤其是特長公路隧道掘進(jìn)中較為關(guān)鍵的方法。在后續(xù)的公路工程中，有關(guān)技術(shù)人員仍需持續(xù)探索，結(jié)合實(shí)際情況合理優(yōu)化施工技術(shù)，進(jìn)一步提高施工技術(shù)的應(yīng)用水平，為公路隧道工程的高品質(zhì)發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。