隧道工程施工组织及工序

2013-01-18孙增雄

山西建筑 2013年28期

关键词：围岩注浆隧道

孙增雄

(大同市交通局勘测设计所，山西大同 037006)

随着社会的快速发展，高等级公路越来越普遍，为了缩短两地里程，公路隧道的修建越来越多，且长度也越长，根据多年施工经验，简单介绍一下隧道施工的组织与工序。

1 施工组织及安排

1.1 施工准备

1)生产、生活用水。

隧道工区在施工生活区附近打一口深井，作为水源，供施工和生活用水，隧道进口洞口山上分别修建一座100 m3的高位水池，标高高于洞口拱顶80 m左右，铺设水管，安设高压水泵。每个隧道工作面采用独立的供水管路。

2)施工供电。

施工用电从附近业主引至现场的高压线接引。施工前期采用自发电，电力线路接通后，采用电网供电。电线按施工高峰期最大用电量选用。

3)施工供风。

隧道施工进口处设空压机站，并联安装6台～8台20 m3/min电动空压机。隧道开挖面工作风压不小于0.5 MPa。高压风管采用φ120 mm的无缝钢管。

4)场地平面布置。

在进口场地较为平缓的荒地处布置小型水泥库、砂石料场、钢构件加工棚、钢筋棚等生产设施;合理布设生活房屋。

5)施工照明。

采用新光源洞内外照明，新光源采用低压卤钨灯、高压钠灯、钪纳灯、纳铊铟灯等。

6)施工通风系统的布置。

本隧道采取压入式通风，在隧道施工洞口各设置轴流式通风机压入新鲜空气，在距洞内作业面50 m处各设置通风机抽排洞内污浊空气。

7)防尘措施。

采用湿式凿岩进行钻眼作业以控制粉尘的产生量。在钻眼时先送水后送风;装渣前必须进行喷雾、洒水;在距掌子面30 m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，爆破前10 min打开阀门，放炮30 min后关闭;在掌子面后安装隧道集尘器;施工人员佩戴防尘口罩。

1.2 劳力安排

本隧道由隧道施工一队、隧道施工二队、斜井施工队负责施工，隧道施工队包括掘进、衬砌、综合三个工班。掘进工班负责隧道开挖、支护、出渣、运输。衬砌工班负责衬砌，包括混凝土的生产、运输和灌注;风、水、电及设备维修、保养。场外材料的转运等工作由综合工班负责。按三班制(24 h)安排组织施工，全天候进行施工，24 h施工不间断。

1.3 掘进进度安排

考虑到本项目工程地质情况复杂，施工难度大，技术要求高，在施工中要安排高技术含量的施工机械设备，配备专业技术熟练的管理、技术人员，按照我公司的长隧道施工经验，Ⅲ级围岩的掘进速度至少在180 m/月～210 m/月，Ⅳ级围岩的掘进速度至少在130 m/月～150 m/月，Ⅴ级围岩的掘进速度至少在100 m/月～120 m/月(洞口段60 m/月～80 m/月)，开工之初正洞两个工作面同时进行施工，斜竖井施工到正洞位置之后，即可新开掘进工作面，保证整条隧道的施工进度。

2 施工方案及施工方法

隧道按照新奥法原理组织施工。软岩地段必须始终坚持“管超前、严注浆、弱爆破(或不爆破)、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的施工原则。

积极推广应用国内外隧道施工新技术、新工艺，投入大型施工机械设备，组成钻、爆、挖、装、运、锚、衬等机械化作业线;喷混凝土采用湿喷机，降低回弹量和粉尘;液压钢模衬砌台车和泵送混凝土作业;混凝土采用强制式搅拌机配自动配料机集中拌制，混凝土输送泵运输至作业面。加强地质超前预报，采取超前多点钻深孔探明地质。

围岩量测采用激光隧道限界检测收敛仪和水平仪等进行周边水平收敛和拱顶下沉量测，通过对数据的分析处理，及时反馈信息指导施工。

隧道除明洞段采用明挖法施工外，其余均采用钻爆法施工。隧道对于Ⅴ级围岩段施工开挖宜采用留核心土环形开挖，Ⅳ级围岩段施工开挖宜采用上下断面正台阶法施工。对于Ⅲ级围岩段尽量采用光面爆破全断面开挖法。

施工中应加强监控量测，及时处理分析数据，并根据分析结果及时调整支护参数。

2.1 隧道地质超前预报

综合超前地质预报工作内容和流程图见图1。

2.2 洞口及明洞施工

首先施工洞口边、仰坡外的截、排水沟，做到排水畅通。明洞和洞口土石方采用明挖法开挖，采取人工自上而下分层开挖土方，风动凿岩机钻孔，浅孔控制爆破开挖岩石，反铲挖掘机配合自卸汽车装、运渣，及时进行边坡支护。

明洞拱墙与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工，连成整体，并与隧道衬砌紧密连接。明洞衬砌采用衬砌台车整体浇筑，钢筋在制作场集中加工，现场绑扎，混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土运输车运输，混凝土输送泵泵送入模。

图1 综合超前地质预报工作内容和流程图

隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和运营设备的正常使用和行车安全。

边仰坡按设计坡度一次整修到位，做好仰坡永久防护。

2.3 正洞洞身开挖

1)Ⅲ类级围岩段。

Ⅲ类围岩地段采用全断面法施工，施工时应注意弱爆破、短掘进，及时封闭仰拱，加强监测，确保施工安全。施工工序为:全断面开挖→进行锚喷支护→模筑二次衬砌。

2)Ⅳ类围岩段。

Ⅳ类围岩地段施工方法为上下断面正台阶法施工，局部围岩较差时，应采用管棚进行超前注浆预加固围岩。施工工序为:上半部开挖→拱部进行锚喷支护→下半部中央部分开挖→边墙部分开挖→边墙初期支护→模筑二次衬砌。

3)Ⅴ类围岩段。

Ⅴ类围岩采用台阶分部开挖法，施工工序为:上半部开挖→拱部进行锚喷支护→中心核部开挖→下部开挖→边墙锚喷支护→浇筑仰拱→模筑二次衬砌。

4)钻爆作业。

采用光面或预裂控制爆破。采用1段～19段非电毫秒雷管，隔段使用，炸药采用2号岩石硝铵炸药;有水地段采用乳化炸药。周边眼使用φ22 mm药卷间隔装药，其余炮眼采用φ35 mm药卷连续装药、密集堵塞。

5)隧道出渣方式。

上半断面爆渣采用小翻斗车运输，并倒入下台阶后采用侧卸式装载机装渣，自卸车运输;下半断面的爆渣直接采用侧卸式装载机装渣，自卸车运输至洞外弃渣场。

2.4 洞身初期支护施工

为充分发挥围岩的自身承载力，在隧道开挖后，针对不同的围岩类别，及时按设计施作锚喷或锚、网喷及钢架初期支护。

1)长大管棚施工。Ⅴ级围岩因自稳能力差，成型困难，在隧道开挖前，先沿顶拱部环向施作超前注浆大管棚固结围岩，环向间距40 cm，大管棚斜插角为1°～3°。

2)超前小导管。采用风动凿岩机钻孔插管，注浆前对开挖面及5.0 m范围内坑道喷射厚5 cm～10 cm混凝土封闭，采用注浆机注入水泥—水玻璃浆液，注浆由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆，如出现窜浆或跑浆时，采用间隔注浆。注浆法将早强水泥砂浆注入锚孔。

3)砂浆锚杆施工。采用风动凿岩机钻孔、用高压风吹净孔内岩屑后，用注浆机将早强水泥砂浆注入锚孔。向下的锚杆，将注浆管插入孔底，边注浆边向外拔，直到注满为止;向上的锚杆，采用排气注浆法。按规范要求的数量对砂浆锚杆做拉拔试验。

4)钢筋网安设。钢筋网片按设计的钢筋规格及网格尺寸提前在洞外钢筋加工场加工成形，在加工前，必须对钢筋进行校直、除锈及油污等，确保施工质量，在网片堆放和运输中必须平放或立放，以确保网片不变形。钢筋网在系统锚杆施作后挂设，在挂设时，网片根据初喷混凝土面的实际起伏铺设，确保钢筋网与被支护岩面密贴。钢筋网连接处及钢筋网与锚杆连接用铅丝绑扎或点焊在一起，使钢筋网在喷射混凝土时不易晃动。

5)钢拱架(格栅钢架)施工。隧道洞身Ⅳ级围岩段设拱架，Ⅴ级围岩地段设置钢架。钢架在洞外按设计加工成型，洞内安装在锚杆挂网施工之后进行。钢架与定位系筋焊接，钢架在洞外钢构件厂加工前，应先将加工场地用C15混凝土硬化，按设计放出加工大样，型钢按加工大样分节用压力机冷压成形，节与节间通过15 mm钢板用螺栓连接。加工成的钢架尺寸准确，弧形圆顺，且在运入洞内安装前，要经试拼确保无误。

6)喷射混凝土。初期支护后，初喷混凝土封闭围岩，要缩短围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩在短期内松弛剥落。在防水层完成后复喷混凝土到设计厚度，喷混凝土采用TK-961型湿喷机进行喷射作业。喷料在混凝土拌合站搅拌，混凝土输送车运输到喷射作业点。

2.5 隧道防排水

1)地表防、排水。对地表的坑洼、钻孔、探坑等采用不透水材料分层夯实，洞口边坡、仰坡坡顶的截水沟、排水沟与路基边沟组成排水系统。

2)施工缝和变形缝防水。施工缝采用中埋式橡胶止水带;明洞与二次衬砌接缝、明洞沉降与伸缩缝、沉降缝、伸缩缝采用中埋式橡胶止水带+背贴式止水带，并填塞沥青麻絮。

沿衬砌设计轴线间隔0.5 m在挡头板上钻一个φ12钢筋孔，将加工成型的φ10钢筋卡由待模筑混凝土一侧向另一侧穿入，内侧卡紧止水带一半，另一半止水带平贴在挡头板上，待模筑混凝土凝固后拆除挡头板，将止水带靠中心钢筋拉直，然后弯曲φ10钢筋卡套上止水带，模筑下一环混凝土。

3)隧道结构衬砌防水。铺设防水板前对初期支护表面进行找平处理。环向、纵向排水盲沟埋设时先检查软管是否通畅，接头粘结的牢固程度，安装时用“U”形钉在环向定位并紧贴锚喷支护层，与拱脚处纵向汇水盲沟汇合。防水板采用防水板铺挂作业台车施工，防水板铺挂作业台车采用型钢焊制而成，并与模板台车行走同一轨道。

4)隧道洞内排水。隧道洞内中央设中心排水沟及两侧设排水边沟，中央排水管采用集中预制，随同仰拱。

2.6 混凝土施工

1)二次衬砌施工。

主洞段采用自行式全断面液压钢模板衬砌台车进行衬砌施工，一次施工长度10 m。混凝土在拌合站拌制，混凝土输送车运输，混凝土输送泵泵送入模作业，插入式振捣器振捣密实。在混凝土浇灌完毕后，应在终凝后并不超过12 h以内浇水养护，保持湿润。洞身在冬季施工时，洞门口应挂棉质布帘，将洞口封闭保温。

混凝土自模板窗口灌入，由下向上，对称分层，先墙后拱灌注，倾落自由高度不超过2.0 m。混凝土浇筑过程中，观察模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的情况，当发现有变形、移位时，及时采取措施进行处理，因意外混凝土灌注作业受阻时间不得超过2 h，否则按接缝处理。采用插入式振动棒辅助捣固。混凝土灌注后，强度达到设计强度70%时，方可拆模，并进行养护。混凝土达到设计强度后及时按设计要求进行拱顶防水压浆工作。

2)仰拱及填充施工。

在喷锚支护后，仰拱应及时施工。仰拱施工采用仰拱大样模板，为保证仰拱及填充施工时不影响洞内出渣，仰拱及填充分左右侧两次施工，在纵向连接处埋设连接钢筋，对接槎面用水清洗干净，并凿毛。仰拱与边墙衔接处捣固密实。仰拱施工后，应进行隧底片石混凝土填充施工。

3)洞内路面施工。

洞内混凝土路面在隧道衬砌完成后沿隧道方向依次铺筑，铺筑按洞内路面结构设计，分幅分块纵缝间设拉杆、横缝间设传力杆。混凝土在拌合站拌制，混凝土输送车运送入模，配HBT型辊轴式水泥混凝土路面摊铺机、HQV自行式切缝机和灌缝机等设备。

2.7 洞内附属工程施工

1)洞内预留(预埋)施工方法。预埋件按设计要求加工精确，在隧道结构混凝土施工前预埋，螺栓、块件电焊固定在隧道衬砌结构的钢筋上。预埋(预留)管中均应预留穿线(用5号铁丝)，长度应分别长于预埋管口15 cm，同时应用木塞封住管口，以免混凝土及其他杂物进入管内。

预留洞采用木板加工成箱形模板，准确安装固定在设计位置上，并与预埋管连通，再安装钢模衬砌台车，板面接触处用水泥砂浆和粘胶带密封。

2)洞内防火涂料施工方法。清洁修补衬砌基层，将混凝土表面拉毛并清除杂物，将混凝土面润湿，按照规范要求平整度用砂浆进行找平，找平层经养护干燥后采用机械喷涂，根据单位时间内的喷涂量掌握喷涂速度，分两次喷涂完毕。

2.8 围岩量测

1)现场监控量测目的。

了解围岩支护变形，及时调整修正支护参数，保证围岩稳定和安全;提供判断围岩支护系统基本稳定的依据，确定模筑混凝土衬砌施作时间;依据量测资料采取相应措施，在保证施工安全的前提下加快施工进度;积累量测数据资料，提高施工技术水平。

2)施工监测。

周边水平位移量测:喷锚支护施作后，用风钻凿φ40 mm、深200 mm的孔，先用1∶1水泥砂浆灌满后再插入测点固定杆，尽量使同一基线两测点的固定方向在同一直线上，等砂浆凝固后即可进行量测工作。采用BJSD-2隧道收敛计监测。该机采用大张力自锁紧摇柄加载系统，并在结构上进行了一系列性能提升设计，具有很高的量测精度，特别适用于大跨度隧道的变形监测。

拱顶下沉量测:拱顶位移量测的测点用风枪打眼埋设好固定杆，在外露杆头设挂钩。测点的大小要适中，如过小，测量时不易找到;如过大，爆破时易被打坏。支护结构施工时要注意保护测点，一旦发现测点被掩埋，要尽快重新设置，保证数据不中断。

地表下沉量测:测点布置:与洞内收敛、拱顶下沉量测断面里程对应，地表下沉量测点集中设在隧道中线附近，在开挖面前方10 m～30 m处设测点，直到上半断面开挖面后方约60 m处。测量方法:采用水平仪、水准尺配合测量地表沉降，精度可达2 mm～4 mm。用经纬仪将所有测点布设于同一直线上。

3)围岩稳定性和支护效果分析。

将量测数据进行处理和分析，绘制时间—位移曲线。绝对位移值逐渐减小时，说明支护结构趋于稳定，可施作模筑混凝土衬砌。如位移变化异常，出现反弯点，说明初期支护出现严重变形，这时应及时通知施工管理人员，该段支护须采取加强措施，确保隧道不塌方。

4)量测数据分析和信息反馈。

将量测数据进行处理和分析，绘制时间—位移曲线。时间—位移特征曲线图见图2。