王滿谷

（中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410117）

地質(zhì)條件會(huì)顯著影響隧道施工質(zhì)量、進(jìn)度等，隧道施工時(shí)應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定施工技術(shù)方案。隧道在濕陷性黃土區(qū)域施工時(shí)，受到濕陷性黃土承載能力及穩(wěn)定性較弱因素影響，隧道施工時(shí)面臨圍巖變形量大、掘進(jìn)迎頭垮落風(fēng)險(xiǎn)高等問題，如何實(shí)現(xiàn)濕陷性黃土隧道高效施工是需要重點(diǎn)解決的問題。眾多隧道施工經(jīng)驗(yàn)表明，隧道施工期間降低開挖給圍巖擾動(dòng)，可在一定程度降低圍巖控制難度。眾多學(xué)者對(duì)濕陷性黃土隧道施工及支護(hù)技術(shù)展開研究，并針對(duì)性提出開挖、圍巖支護(hù)技術(shù)方案，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得較好成果。文章就在前人研究成果基礎(chǔ)上，以潘城隧道施工為例，對(duì)隧道在濕陷性黃土區(qū)域采取的施工技術(shù)方案進(jìn)行分析，以期為其他隧道類似條件下施工工作開展提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

彭大高速公路潘城隧道長(zhǎng)2 103 m，最大埋深130 m，洞身淺埋處約16.5 m。隧址區(qū)內(nèi)地層簡(jiǎn)單，上部為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q3），下部為第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q2）。風(fēng)積黃土主要分布于洞口地段，中更新統(tǒng)（Q2）風(fēng)積黃土分布于洞身段，圍巖級(jí)別全部為Ⅴ級(jí)。但實(shí)際開挖揭示，隧道進(jìn)口端進(jìn)洞開始就一直有明水，成股狀流出。隧址區(qū)特殊性巖土為濕陷性黃土，厚度12~16 m，濕陷性黃土具備多孔性、垂直節(jié)理發(fā)育、沉陷性、透水性較強(qiáng)等特征，濕陷性黃土對(duì)隧道施工有顯著影響。

2 隧道施工及支護(hù)技術(shù)

2.1 隧道掘進(jìn)

隧道開挖方式能對(duì)項(xiàng)目的安全、質(zhì)量、成本造成顯著的影響。選擇開挖工法，直接關(guān)系到整個(gè)施工過程的成敗。開挖工法值得在安全、質(zhì)量、成本、進(jìn)度上，進(jìn)行論證比較和對(duì)比，需選擇合適優(yōu)質(zhì)高效的工法。黃土隧道一般有CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和臺(tái)階開挖法等。潘城隧道進(jìn)口端淺埋段采用的CD法施工，其他段落通過采用的三臺(tái)階法施工。

2.1.1 孔口開挖施工

潘城隧道孔口開挖采用中隔壁法，具體斷面施工圖見圖1所示。

圖1 中隔壁（CD）法施工工序橫斷面圖

隧道開挖時(shí)應(yīng)遵循下述要求：

（1）上部導(dǎo)坑循環(huán)進(jìn)尺控制為1榀鋼架間距，下部導(dǎo)坑進(jìn)尺依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定可適當(dāng)放大。

（2）初期支護(hù)后方可進(jìn)行開挖，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)較差時(shí)，每個(gè)臺(tái)階底部均應(yīng)設(shè)置臨時(shí)型鋼或臨時(shí)仰拱；左右兩側(cè)導(dǎo)坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15 m；當(dāng)開挖形成全斷面時(shí)，及時(shí)全段面初期支護(hù)。

（3）導(dǎo)坑下部導(dǎo)坑邊墻側(cè)和中隔壁側(cè)須錯(cuò)開開挖，錯(cuò)開距離3~4 m，仰拱部分初期支護(hù)與下部導(dǎo)坑一次成型。

（4）施工中為了保證施工運(yùn)輸通暢，每側(cè)導(dǎo)坑設(shè)置一組簡(jiǎn)易仰拱棧橋輔助施工。

2.1.2 其他段開挖

潘城隧道其他段采用三臺(tái)階法開挖，具體三臺(tái)階法開挖示意圖見圖2所示。

圖2 三臺(tái)階法施工平面示意圖

隧道開挖時(shí)應(yīng)遵循下述要求：

①施工主要步驟：開挖上臺(tái)階核心土弧形→弧形部一次襯砌→開挖上臺(tái)階核心土→中臺(tái)階左、右側(cè)異常開挖→開挖中臺(tái)階核心土→中臺(tái)階一次襯砌→開挖下臺(tái)階核心土→開挖左、右側(cè)壁交錯(cuò)3~4 m→一次襯砌→仰拱襯砌、填充→二次襯砌。

②開挖時(shí)上臺(tái)階、中臺(tái)階及下臺(tái)階長(zhǎng)度分別為5~6 m、3~4 m、6~8 m，一次襯砌緊跟開挖面。拱頂弧形導(dǎo)坑及中下臺(tái)階左右導(dǎo)坑開挖進(jìn)尺控制在2榀鋼架，下臺(tái)階開挖進(jìn)尺控制在3 m。

③上臺(tái)階掌子面超前15~25 m后，開挖3~4榀鋼架仰拱，仰拱封閉成環(huán)段距離掌子面在35 m以內(nèi)。

④二次襯砌距離仰拱距離在30~40 m。

⑤中臺(tái)階預(yù)留臺(tái)尺寸為上部為2 m，下部為3 m，不得出現(xiàn)其他情況。

2.1.3 機(jī)械開挖

隧道采用機(jī)械開挖，輔以人工鑿除修邊。上、中臺(tái)階用挖掘機(jī)扒渣至下臺(tái)階，下臺(tái)階可由挖掘機(jī)開挖，渣土由裝載機(jī)裝卸至自卸車上，外運(yùn)。其中上、中臺(tái)階存在支護(hù)遮擋，挖掘機(jī)不能完全開挖到位。挖掘機(jī)配置快速轉(zhuǎn)換接頭，使挖掘機(jī)正反鏟都能施工。為控制超欠挖，挖掘機(jī)開挖必須人工指揮，杜絕因機(jī)械操作不當(dāng)，造成超挖。拱頂拱腰預(yù)留3~5 cm，各臺(tái)階拱腳位置預(yù)留20~30 cm暫不開挖，由人工進(jìn)行削邊刨腳，保證不超挖，拱架拱腳能放置于硬底上。人工修邊這里特意提出一點(diǎn)，拱腳部分必須采用人工處理，嚴(yán)禁挖機(jī)開挖，主要目的是為了保證初支鋼架及內(nèi)模鋼架置于穩(wěn)定基礎(chǔ)上，防止拱架下沉。

2.1.4 仰拱開挖

仰拱滯后下臺(tái)階6~8 m并及時(shí)跟進(jìn)，仰拱一次開挖長(zhǎng)度3~4 m。仰拱開挖以機(jī)械為主，機(jī)械開挖預(yù)留20 cm人工開挖，保證仰拱基底密實(shí)。

2.1.5 超欠挖控制

超欠挖控制既能有效降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，又能減少施工成本，防止初期支護(hù)背后出現(xiàn)孔洞、初支厚度不足等現(xiàn)象的有效手段。作為黃土隧道須嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況較差的時(shí)候，縮短開挖進(jìn)尺，減少開挖臨空面，可以有效防止拱頂坍塌，也可以減少拱頂超挖。特別是變形較大的隧道，需結(jié)合監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，合理預(yù)留隧道變形量，第一是減少不必要的開挖量，降低施工成本；第二是保證隧道二次襯砌厚度，確保施工質(zhì)量；第三是不因預(yù)留過大出現(xiàn)隧道二襯混凝土超耗嚴(yán)重，為項(xiàng)目部增效減虧。超欠挖控制的好與壞，最能體現(xiàn)項(xiàng)目部的管控水平和技術(shù)能力。

2.1.6 開挖進(jìn)尺控制

單次循環(huán)工作面越多和開挖進(jìn)尺越長(zhǎng)，對(duì)隧道的沉降變形是有很大影響的。由于對(duì)隧道擾動(dòng)得越厲害，圍巖的應(yīng)力釋放速度就會(huì)越快，應(yīng)力釋放傳遞到初支上，直觀表現(xiàn)就是沉降速率迅速增大。同時(shí)新奧法本來就有短進(jìn)尺，早封閉的理念，所以遇到軟弱圍巖，單次循環(huán)開挖面和開挖進(jìn)尺需嚴(yán)格控制。每次開挖為三個(gè)面即上臺(tái)階、中下臺(tái)階各一側(cè)。開挖進(jìn)尺視前一天監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，若沉降在1~2 cm/d，上臺(tái)階開挖1榀，中下臺(tái)階各2榀；若小于1 cm，上臺(tái)階開挖2榀，中下臺(tái)階各2榀，仰拱開挖一般利用噴漿時(shí)間進(jìn)行。每天開挖循環(huán)為2.2~2.3個(gè)，上臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺一般按照1榀、2榀交替進(jìn)行，每天開挖進(jìn)尺在2~2.4 m/d。特殊情況開挖仰拱需暫停用掌子面掘進(jìn)，單獨(dú)開挖。

2.2 隧道圍巖控制要點(diǎn)

2.2.1 設(shè)托梁加鎖腳

黃土遇水，承載力下降明顯，要抵抗沉降，需加強(qiáng)初支整體性。故在拱腳設(shè)置縱向托梁，加強(qiáng)初支的整體性，進(jìn)而有效控制拱頂沉降變形量，具體托梁結(jié)構(gòu)見圖3所示。加設(shè)與不加設(shè)，在隧道沉降量上有很大差別，若當(dāng)天沉降量大于1 cm時(shí)，增設(shè)托梁沉降量能減少至5 mm/d。也可以采用擴(kuò)大拱腳的方法，因本隧道土體含水率量大，拱腳擴(kuò)大施工時(shí)易出現(xiàn)溜塌，不適宜采用。

圖3 托梁連接示意圖

上臺(tái)階拱腳處、中臺(tái)階拱腳處均設(shè)置通長(zhǎng)縱托梁，鋼架與托梁連接板連接，托梁分段制作縱向間連接板連接保證形成整體，增強(qiáng)初支的縱向連接剛度。隧道設(shè)計(jì)上未設(shè)計(jì)錨桿，為控制沉降，只有加強(qiáng)鎖腳。在拱腳處打設(shè)2根φ42×4 mm長(zhǎng)度6 m的鎖腳，加強(qiáng)鎖腳能力抑制變形，在縱托梁上增設(shè)2根φ42×4 mm長(zhǎng)度6 m的鎖腳。

2.2.2 增設(shè)臨時(shí)仰拱

由于圍巖受水軟化，在施工過程中，特別是下臺(tái)階落底和仰拱開挖時(shí)，初期支護(hù)因沉降影響有時(shí)會(huì)出現(xiàn)環(huán)向裂縫。每當(dāng)出現(xiàn)初支環(huán)向裂縫時(shí)，及時(shí)在中臺(tái)階設(shè)置臨時(shí)仰拱，這能有效控制初支變形。

2.2.3 隧道初期支護(hù)（一次襯砌）

一次襯砌模筑混凝土為現(xiàn)澆C25混凝土，噴錨支護(hù)混凝土為噴射C25混凝土，故二者在混凝土施工上存在較大差異。超前支護(hù)、洞身開挖、立架工序基本都一樣，但一次模筑鋼架施工完緊接模板支設(shè)，然后是混凝土泵送施工，等待混凝土初凝以后再進(jìn)入下循環(huán)施工。噴錨支護(hù)立架過程中有鋼筋網(wǎng)片，局部設(shè)計(jì)有錨桿的還要打設(shè)錨桿，濕噴后進(jìn)入下一循環(huán)施工。因一次襯砌下循環(huán)施工需要等待混凝土強(qiáng)度，為縮短時(shí)間，在混凝土攪拌中摻入早強(qiáng)劑。為加快工序循環(huán)，襯砌模板支撐采用HW175型鋼支撐。混凝土施工完成后，先拆除臨時(shí)支撐，然后進(jìn)行核心土開挖，待混凝土初凝后，拆除堵頭模板，進(jìn)行掌子面的開挖。夏季氣溫高，混凝土在加入早強(qiáng)劑后2~3小時(shí)達(dá)到初凝，冬季氣溫低，混凝土初凝時(shí)間4~5小時(shí)?；炷敛鹉Ｒ话阍?4小時(shí)后，為保證循環(huán)施工，上臺(tái)階一襯模板采用三套模板進(jìn)行循環(huán)使用。

2.2.4 超前支護(hù)

超前支護(hù)作為開挖輔助施工措施，隧道洞口段用超前大管棚，其余位置均用超前注漿小導(dǎo)管。超前支護(hù)施作的好與壞關(guān)系到隧道開挖的質(zhì)量，若是超前支護(hù)施作不好，易出現(xiàn)小坍塌，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生大的坍塌。施工過程中需嚴(yán)格控制注漿工藝，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際因工序時(shí)間卡控和黃土注漿效果不明顯，故實(shí)際都未注漿。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可采用插入Φ22鋼筋和填塞錨固劑的形式代替注漿，以提高超前小導(dǎo)管的抗壓抗剪強(qiáng)度，達(dá)到超前施工效果。注漿漿液選用水泥砂漿，注漿壓力0.4~0.6 MPa。具體注漿工藝見圖4所示。

圖4 注漿工藝流程

3 總結(jié)

①黃土隧道采用短臺(tái)階和一次襯砌三臺(tái)階的快速施工實(shí)踐，為今后黃土隧道施工提供了較好經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反饋信息，及時(shí)增設(shè)臨時(shí)仰拱、托梁、鎖腳抵抗隧道的沉降變形，通過調(diào)節(jié)臺(tái)階的長(zhǎng)短快速封閉成環(huán)，整體受力，有較快的施工進(jìn)度，安全也有較好的保證，能確保目標(biāo)工期。潘城隧道施工期間月進(jìn)尺能可達(dá)60 m，實(shí)現(xiàn)了隧道安全高效施工。②三臺(tái)階往往是圍巖破碎，穩(wěn)定性差，需要以小的開挖面盡快支護(hù)達(dá)到圍巖穩(wěn)定目的，但是空間相對(duì)較小、機(jī)械不易施展開展。提高三臺(tái)階開挖效率主要措施包括有提高出渣效率、循環(huán)開挖效率以施工進(jìn)度。三臺(tái)階分部開挖較多，上、中、下鋼架的連接上易出現(xiàn)問題。開挖過程中機(jī)械易碰到拱腳，鎖腳施工不到位拱腳處應(yīng)力最大易發(fā)生變形，隧道圍巖以收斂變形為主的，要著重注意鋼架的連接和鎖腳的施工質(zhì)量。結(jié)合部施工不好，容易出現(xiàn)鼓包，侵入二襯凈空，給防水板鋪設(shè)造成極大麻煩；同時(shí)施工時(shí)分部較多對(duì)圍巖的擾動(dòng)也較多，中、下臺(tái)階和仰拱的開挖都會(huì)影響掌子面應(yīng)力的分布，圍巖不好的地段會(huì)加大初期支護(hù)的變形。