王安宇 WANG An-yu

（中鐵十五局集團(tuán)第三工程有限公司，成都 610000）

0 引言

在低等級圍巖鐵路隧道施工中，礦山法是最為常見的施工工藝。該方法不但施工簡單，而且施工周期短施工速度快，施工成本也較低。但當(dāng)?shù)偷燃墖鷰r鐵路隧道下穿高速公路或其他交通設(shè)施時，會造成隧道施工與高速公路互相影響。一方面由于高速公路車流量大和載荷較重，增加隧道頂部的荷載，造成隧道拱頂下沉或周邊位移超限，從而影響隧道內(nèi)施工的安全性；另一方面隧道施工由于還未完全成型，使得上部高速公路路面產(chǎn)生沉降或開裂，嚴(yán)重時甚至?xí)斐陕访嫠荩瑥亩＜靶熊嚢踩?。在重慶鐵路樞紐東環(huán)線新白楊灣隧道下穿重慶北二環(huán)高速公路施工中，通過對新白楊隧道下穿高速公路范圍的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而很好的解決了低等級圍巖隧道在下穿高速公路時造成的高風(fēng)險難題，不但降低了施工成本，而且保證了高速公路及隧道施工的安全性。通過現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用，該施工工藝在下穿高速公路或其他交通設(shè)施施工中取得很好的效果。

1 工程概況

新建重慶鐵路樞紐東環(huán)線起于江津區(qū)，經(jīng)絡(luò)璜、南彭、茶園、東港、龍盛、統(tǒng)景、木耳、水土，終點(diǎn)接軌于襄渝鐵路磨心坡站，正線線路全長約158.691km。

重慶鐵路樞紐東環(huán)線DHZQ-1 標(biāo)段為珞璜南（DK0+000）～瓦窯壩雙線大橋磨心坡端橋臺臺尾（回龍灣隧道進(jìn)口）（DK19+430.25）站前土建工程；其中正線新白楊灣隧道在DK3+538～598 段下穿重慶北二環(huán)高速。隧道進(jìn)出口覆蓋2～7m 粉質(zhì)粘土，隧道洞身為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟泥巖夾砂巖；砂巖、強(qiáng)風(fēng)化層界1～4m，巖質(zhì)較軟。隧道位于金鱉寺向斜西翼，單斜構(gòu)造；隧道地質(zhì)主要為泥質(zhì)砂巖，該巖質(zhì)地較軟，易出現(xiàn)掉落或塌方等危險情況；隧道進(jìn)出口右側(cè)邊坡順層，工程地質(zhì)一般。

2 低等級圍巖隧道下穿高速公路范圍施工工藝及方法

2.1 施工工藝

暗挖段采用噴錨構(gòu)筑法施工，光面爆破，隧底結(jié)構(gòu)超前施作，拱墻襯砌一次立模灌澆。進(jìn)出口均設(shè)置一環(huán)25m長φ108 大管棚。洞身DK3+500～538 段設(shè)置φ76 中管棚；洞身DK3+598～606 段設(shè)置8m 管棚工作室，洞身DK3+538～598 段設(shè)置一環(huán)φ108 大管棚。V 級圍巖地段設(shè)置鋼架及拱部超前支護(hù)；DK3+538～680 段采用機(jī)械開挖，DK3+758～778 段爆破開挖。根據(jù)暗挖隧道下穿高速的安全性要求和既有成功案例以及相關(guān)支護(hù)施工經(jīng)驗(yàn)，對新白楊灣隧道的暗挖支護(hù)在原設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整：暗挖隧道DK3+533～543 段設(shè)置臨時豎井，自DK3+543～598（55m）段施工下穿高速暗挖隧道超前支護(hù)，考慮高速公路車流量大和載荷較重的要求，暗挖隧道采用φ245*10mm 大管棚進(jìn)行超前支護(hù)。

2.2 豎井施工

豎井與隧道位置見圖1。

圖1 豎井與隧道位置示意圖

2.2.1 豎井參數(shù)

①豎井沿隧道方向長度為10m，滿足現(xiàn)場一次性施工鋼管長度6m 需要；②豎井垂直隧道方向?qū)挾葹?5m，滿足暗挖隧道拱部180°支護(hù)寬度要求；③豎井開挖至隧道底部；④后續(xù)可利用此豎井雙向同時進(jìn)行隧道開挖，縮短開挖周期。

2.2.2 豎井施工方法

①豎井鄰近高速公路側(cè)需采用樁基圍護(hù)并距離高速路基邊墻大于10m；

②豎井遠(yuǎn)離高速邊的正后方同樣采用樁基圍護(hù)，頂部施工區(qū)域外可放坡；

③豎井兩側(cè)面可采用1:1.2 放坡，無需圍護(hù)。

2.2.3 后背墻

①后背墻可利用豎井后部樁基為大管棚施工提供反力；

②后背墻圍護(hù)樁基間縫隙需噴錨回填密實(shí)。

2.3 管棚施工

2.3.1 管棚總體施工工藝

管棚施工采用潛孔錘破碎沖擊，鋼管頂進(jìn)工藝方法施工，管棚材料為φ245*10mm 無縫鋼管，管內(nèi)采用P.O42.5水泥漿填充灌注。大管棚在隧道拱部開挖線外側(cè)環(huán)向250mmm 位置環(huán)向180°布設(shè)，大管棚施作長度為55m，共布設(shè)61 根。詳見圖2 管棚總體施工流程圖。

圖2 管棚總體施工流程圖

2.3.2 管棚鋼管推進(jìn)

管棚所用的鋼管端頭需安裝防護(hù)板，頂進(jìn)入孔1m后，潛孔錘在壓縮空氣提供的動力下對巖石進(jìn)行擊打破碎，所產(chǎn)生的碎石塵渣會通過尾管排出。由于孔內(nèi)比較封閉，空氣所產(chǎn)生的回彈壓力會使得潛孔錘往復(fù)前進(jìn)進(jìn)行下一步?jīng)_擊作業(yè)，后續(xù)管棚鋼管會隨著進(jìn)行跟進(jìn)。上述工作會反復(fù)進(jìn)行一直至該管棚孔鉆進(jìn)至指定深度。詳見圖3 沖擊鉆具與管棚鋼管關(guān)系示意圖。

圖3 沖擊鉆具與管棚鋼管關(guān)系示意圖

2.3.3 管棚施工控制要點(diǎn)

①巖石地層因?yàn)轱L(fēng)化原因，節(jié)理發(fā)育，具有地質(zhì)堅(jiān)硬和存在孤石的特點(diǎn)，一直時圍繞著隧道施工中的重難題，若采用傳統(tǒng)型的鉆頭不但鉆孔進(jìn)度很慢，而且鉆進(jìn)所產(chǎn)生的振動也會造成孔內(nèi)塌陷，嚴(yán)重時會卡住鉆頭和鉆桿。

因此在巖石地層鉆孔時必須采用高風(fēng)壓沖擊器破碎，通過高壓空氣將鉆渣不斷的排出，使孔內(nèi)產(chǎn)生較高的氣壓，可以有效防止塌孔，后續(xù)管棚鋼管的及時跟進(jìn)，可以在短時間內(nèi)完成孔內(nèi)的封閉，，快速完成管棚的施工。當(dāng)遇到較大的石塊等特殊地質(zhì)時，可以通過鉆桿內(nèi)孔注射水泥漿液，待水泥漿液完全固化后再進(jìn)行錘擊破碎作業(yè)即可完成鉆孔施工。

②在巖石地段施工時通常采用潛孔錘進(jìn)行管棚鉆孔施工，管棚鋼管會緊隨潛孔錘進(jìn)行跟進(jìn)，但由于受地質(zhì)條件、機(jī)械設(shè)備、材料材質(zhì)及施工工藝的影響，常規(guī)的管棚鋼管只能卵石層或碎石層中達(dá)到15～20 米的長度，滿足不了該項(xiàng)目所要求的管棚超前支護(hù)深度滿足不了目前項(xiàng)目施工設(shè)計要求。

因此在破碎巖層地段需采用“沖擊器破碎出渣，管棚鋼管頂進(jìn)”方式，即先用破碎沖擊錘將巖層打碎并通過排氣孔及時排出，壓縮空氣在破碎錘后方形成高氣壓產(chǎn)生前進(jìn)動力使破碎錘往復(fù)前進(jìn)，該鉆進(jìn)方法可以進(jìn)行長距離鉆孔施工，因此鉆孔深度及進(jìn)度均滿足施工需求。當(dāng)鉆進(jìn)阻力較大時可向管棚鋼管內(nèi)注入膨潤土制作的泥漿等潤滑物質(zhì)，從而降低內(nèi)部阻力。

③在普通地質(zhì)條件下鉆進(jìn)可采用導(dǎo)向的方法對鉆孔精度進(jìn)行控制，但在巖石低層由于鉆進(jìn)振動及地質(zhì)的影響，無法對鉆孔進(jìn)行準(zhǔn)確控制，使得鉆孔精度會出現(xiàn)較大偏差。在巖石地層鉆進(jìn)時鋼管傾斜度略高于設(shè)計坡度，因此在鉆進(jìn)前段過程中要實(shí)時對管棚鋼管角度進(jìn)行測量，根據(jù)測量后的結(jié)果與設(shè)計值進(jìn)行比較，及時調(diào)成鉆桿的傾斜度及鉆進(jìn)速度。并且不同地質(zhì)區(qū)段所調(diào)整的參數(shù)也不相同，因此要針對性的來調(diào)整已便總體滿足設(shè)計要求。

2.4 下穿高速公路隧道正洞開挖

DK3+540～DK3+600 段下穿繞城高速公路段采用臺階法施工，各臺階開挖后及時施作初期支護(hù)：架立鋼架。下臺階左、右大拱腳開挖交錯施工，嚴(yán)禁兩側(cè)同時對稱開挖。開挖時應(yīng)加強(qiáng)注意以下幾點(diǎn)：

①施工應(yīng)采取機(jī)械開挖和模筑混凝土工藝。施工流程，包括架立鋼架、鋼筋網(wǎng)、鎖腳錨管，以及防排水工程，二次襯砌，均應(yīng)符合規(guī)定。

②掘進(jìn)進(jìn)尺，臺階高度和長度等應(yīng)根據(jù)圍巖條件，機(jī)具配置和人員安排等綜合確定，并且必須符合設(shè)計圖紙、相關(guān)規(guī)范及規(guī)定要求。

1）上臺階每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺不大于1 榀鋼架間距，邊墻每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺不得大于2 榀鋼架間距，并應(yīng)左右交替開挖，初期支護(hù)必須及時模筑封閉成環(huán)。仰拱開挖前必須完成大拱腳鋼架鎖腳及模筑混凝土的施工，仰拱每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于3m。

2）開挖上部臺階高度不宜大于3.2m，臺階長度不大于6m。

3）開挖中部臺階高度不宜大于4.8m，臺階長度不大于6m。

4）開挖下部臺階長度不大于8m。

5）開挖中、下部左、右側(cè)臺階時，前后錯開宜為4m。

6）下部開挖工序之前必須完成上臺階鋼架鎖腳錨桿，鋼架之間應(yīng)及時施作縱向連接鋼筋并連接牢固。開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時封閉成環(huán)，仰拱位置距離掌子面，不得大于30m。

7）二次襯砌距掌子面的距離不得大于42m。

③當(dāng)開挖正面為土質(zhì)或破碎圍巖時，應(yīng)采用支護(hù)等措施封閉。

④當(dāng)圍巖變形異常，或鋼架下沉或內(nèi)移明顯時，應(yīng)立即采取應(yīng)急加強(qiáng)支護(hù)或支撐，以及相應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等措施保證安全，同時分析原因并相應(yīng)調(diào)整工法和加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)，確保隧道工程及施工安全。

2.5 初期支護(hù)

2.5.1 格柵拱架安裝

拱架施工：格柵鋼架主筋采用HRB400φ25@125/250，鋼架厚度50cm，每榀鋼架寬度25cm 加工成型，連接墊板采用數(shù)控機(jī)床自動切割，采用打孔機(jī)打孔，人工焊接于拱架端頭。人工安裝鋼支撐、縱向連接鋼筋，拱腳置于牢固的基礎(chǔ)上，拱架間距0.5m。鋼架背后間隙用砼墊塊楔緊。

鋼拱架安裝前，需在開挖面噴射一層混凝土，厚度為40mm，初凝后再安裝鋼拱架，每榀鋼拱架之間需用工字鋼進(jìn)行焊接連接成一個整體以增加穩(wěn)定性。

2.5.2 鋼筋網(wǎng)的掛設(shè)

鋼筋網(wǎng)片可在鋼筋場預(yù)制加工成型，鋼筋型號及網(wǎng)片規(guī)格必須符合設(shè)計要求。盤圓鋼筋調(diào)直后需去除鋼筋表面的油污等污漬。Φ8 鋼筋網(wǎng)格間距20×20cm，網(wǎng)片安裝時搭接長度為20～40cm，采用焊接。鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)要與初噴后的混凝土表面進(jìn)行鋪設(shè)，鋼筋網(wǎng)片與混凝土面間距小于30mm，并符合設(shè)計要求的保護(hù)層。與鋼架連接牢固，模筑砼時不產(chǎn)生晃動。

2.5.3 仰拱及填充

仰拱成型采用仰拱棧橋浮放模板，仰拱超前拱墻二次襯砌。隧道基底清理完畢，經(jīng)檢查符合設(shè)計要求后，施作初期支護(hù)，綁扎鋼筋或安設(shè)鋼架，立模、安裝中埋式止水帶，最后整體灌注仰拱混凝土。

施工前將隧道底部開挖面的渣塊、雜物、垃圾等清理干凈，用清水洗凈后采用空壓機(jī)吹干吹凈。對于超挖區(qū)域需采用與巖層等強(qiáng)度的混凝土進(jìn)行回填。仰拱混凝土澆筑后必須及時養(yǎng)護(hù)，在強(qiáng)度未達(dá)到5MPa 之前禁止人員踩踏，混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后方可允許車輛通行。仰拱開挖后及時施作仰拱，必要時安裝水泵抽排仰拱基坑內(nèi)的水，以防止被水浸泡軟化及早形成閉合環(huán)。

2.5.4 二次襯砌

作業(yè)面配備1 臺全斷面液壓襯砌臺車，混凝土運(yùn)輸車運(yùn)送至灌注地點(diǎn)，由地泵泵送至澆筑區(qū)域，然后采用振搗器人工搗鼓密實(shí)。混凝土澆筑時需從新舊接茬處進(jìn)行澆筑，最后在拱頂中央位置采用地泵泵送壓注密室，待臺車端頭擋板處的混凝土注滿時需持壓幾分鐘已保證充盈。

二襯砼施工質(zhì)量保證措施：①為使得二襯混凝土的密實(shí)性、和易性、耐久性等個性指標(biāo)符合有關(guān)要求，必須對混凝土的配合比進(jìn)行試驗(yàn)。對原材料的強(qiáng)度、含水量、磨度系數(shù)等仔細(xì)檢測，施工配合比要每天更新保證滿足施工需求。②混凝土的澆筑應(yīng)分區(qū)、分層進(jìn)行，現(xiàn)場塌落度應(yīng)滿足要求，不得加水或是指私自添加外加劑。兩側(cè)對稱澆筑時混凝土高差不得超過0.5m 已免造成臺車受力不均衡。使用插入式振搗棒時應(yīng)“快插慢拔”，振搗時應(yīng)已混凝土無下沉無氣泡冒出時為準(zhǔn)，不得使用振搗棒攤鋪混凝土。冬季施工時最好保溫措施，澆筑后的混凝土應(yīng)及時采用保溫材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3 質(zhì)量保證措施

①管棚鋼管焊接采用變頻直流焊接技術(shù)，焊接前需將鋼管管口打坡口，焊接后的焊縫必須均勻飽滿，無燒傷及焊瘤等問題，試驗(yàn)人員需定時取樣對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測。

②管棚鉆孔時要嚴(yán)格按設(shè)計位置進(jìn)行鉆孔，孔位誤差不得超過2cm；入孔左右水平偏差小于20mm。

③施工時需采用探棒對鉆孔深度及角度實(shí)時檢測，開始鉆進(jìn)時每隔3m 檢測一次，后續(xù)檢測長度可適當(dāng)延長。對于地質(zhì)變化較多地段需增加檢測頻率和次數(shù)，根據(jù)檢測的結(jié)果及時調(diào)整鉆進(jìn)的參數(shù)以便滿足施工要求。

④初噴混凝土?xí)r需提前做好配合比試驗(yàn)，調(diào)配合格后方可進(jìn)行作業(yè)，不得邊加水邊加灰。

4 安全保證措施

①進(jìn)入施工現(xiàn)場必須佩帶安全帽并系好帽帶，必須穿戴反光標(biāo)識服；②嚴(yán)禁打赤膊、穿拖鞋進(jìn)入施工現(xiàn)場，特種作業(yè)必須穿戴有效防護(hù)勞保用品；③高空作業(yè)必須有安全保護(hù)，2m 以上高空作業(yè)必須系安全帶，安全帶高掛低用；④鉆機(jī)高處施工平臺必須安裝防護(hù)欄桿，張拉安全網(wǎng)，登高采用專用扶梯；⑤特種作業(yè)人員必須持證上崗，普通操作人員必須經(jīng)過培訓(xùn)合格后方可上崗；⑥遵守現(xiàn)場施工紀(jì)律，嚴(yán)禁現(xiàn)場嬉戲打鬧；⑦嚴(yán)格遵守吊裝作業(yè)規(guī)程，專人指揮，禁止野蠻作業(yè)；⑧嚴(yán)禁上下拋擲工具、材料，現(xiàn)場環(huán)境整潔，應(yīng)急通道暢通；⑨保證夜間施工照明，夜間施工配備值班管理人員；⑩做好冬季防寒保溫工作和應(yīng)急藥品，施工人員經(jīng)體檢合格后方可上崗。

5 結(jié)束語

通過對下穿高速公路段隧道的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而很好的解決了低等級圍巖隧道在下穿高速公路等交通設(shè)施時所產(chǎn)生的造成的高風(fēng)險難題。通過現(xiàn)場實(shí)踐證明，改進(jìn)后的隧道工藝不但降低了施工措施費(fèi)用，而且也提高了隧道施工安全性以及高速公路通車的安全性，此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。