研究高速公路隧道开挖施工技术及控制策略

2021-01-07付启成

黑龙江交通科技 2021年4期

付启成

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550008)

1 工程概况

湄潭至石阡高速公路同家坳隧道工程左线起、迄桩号为ZK63+100～ZK65+987，线路总长约2 887 m，其围岩级别划分情况为：IV级围岩段总长2 270 m、V级围岩段总长607 m；右线起、迄桩号为YK63+095～YK65+965，线路总长约2 870 m，其围岩级别划分情况为：IV级围岩段总长2 160 m、V级围岩段总长710 m。该隧道进洞处山体坡向在150°～160°范围内，坡度为30°～35°，部分位置较为陡峭，且植被发育，表层以厚度较小的碎石土层及粉质黏土层为主，层厚不超过1 m，下伏基岩以白云岩为主。

2 洞口开挖、支护与控制

2.1 测量放样

石方洞开挖之前，需要对施工范围内的原始地形开展复核测量工作，对原始地形的断面图与平面图进行绘制，然后报监理工程师审核，经审核批准后将其作为工程计量的参考依据。

2.2 石方洞开挖

开挖施工开始前，应深入了解工程地质与水文地质，对有可能造成崩塌与滑坡等灾害的地质条件进行有针对性处理，制定合理有效的保护措施。

将洞口截水沟施工完成后，方可开始明洞开挖施工，具体的开挖方法以明挖法为主。洞口和边、仰坡的开挖施工都应严格按照设计要求的边坡率进行，并按照从上到下的顺序做好分层初支。在开挖施工完成后，应及时做好坡面处理，将松动的岩块及时清除干净，并及时开展支护施工。

开挖施工中，若发现实际地质情况和设计要求存在很大差别，应立即通知监理工程师与设计单位，并与其它有关单位联合尽快解决。

边坡护面与加固要在恶劣天气到来之前根据设计要求完成，避免修整完成后导致边坡被雨雪冲刷。

洞口开挖施工要在非雨季进行，否则要在洞口的上方做好防雨雪设施施工，避免地表水大量下渗。

2.3 明洞开挖

将洞口处的截水沟施工完成后方可开始明洞开挖施工，具体的开挖方法为明挖法。开挖施工应严格按照设计要求的边坡率进行。在石方开挖过程中，先用钻机进行钻眼，然后进行松动爆破，此时要对钻孔的装药量予以严格控制。爆破产生的石方采用挖掘机进行开挖和装车，然后用自卸车运输，辅以人工进行必要的边坡清刷。对边坡进行的防护与开挖施工应同步进行，将明洞开挖好之后，应立刻开始边坡防护。

在对洞门与明洞进行开挖前，应认真做好洞顶部位的防排水施工。另外，洞口施工应尽量避开雨雪季节，在洞面形成之后应立即予以防护。

明洞衬砌施工应先进行仰拱和边墙基础，然后用衬砌台车对拱墙进行整体灌筑。

衬砌与仰拱施工中使用的混凝土都使用专门的拌和机进行搅拌，然后采用输送泵进行灌注施工。

明洞施工中钢筋的加工与绑扎必须满足设计要求，同时与相应的技术规范相符。

对于明洞的外模，以大块模板为宜，同时要制作专门的定型板，其尺寸要满足设计要求，将模板支设好后，应由监理工程师进行检查签证，经检查合格后，方可开始混凝土灌注。对拱圈进行混凝土灌注时，应保持连续，中途不允许停顿，同时要采取合理有效的防寒与防雨雪措施。在浇筑的混凝土抗压强度达到设计要求后，方可拆除模板。

在明洞的混凝土实际强度切实达到设计要求后，立即进行防水层施工与明洞回填施工。

3 洞身开挖、支护与控制

对于IV级围岩段，其开挖施工方法以三台阶法为宜，在开挖上台阶的过程中，应预留核心土，上台阶和中台阶之间的距离按5～10 m控制，中台阶和下台阶之间的距离按15～20 m控制，对于开挖循环进尺，一般按照1.0 m控制；对于II级和III级围岩，其开挖施工方法以两台阶法为宜，上下台阶之间的距离按照10～15 m控制，在上下两个断面同时进行打眼，并同步装药起爆开挖。

采用台阶法进行施工时，上台阶开挖施工产生的石渣应抛掷至下台阶，若抛掷不到，应采用人工和挖掘机将其扒至下台阶，然后采用装卸机与挖掘机进行装运。

在施工过程中应对工序进行合理调整，从钻爆到装渣再到运输，应实现机械化一条龙，在开挖施工完成后，应立即进行喷锚支护施工。

对于V级围岩，其开挖施工方法以单侧壁导坑法为宜，左右两个导坑之间保持15～20 m的间隔距离，上下两个台阶之间保持3～5 m的间隔距离。在开挖施工开始前，应先根据围岩的实际情况采用超前小导管与管棚对拱部进行支护，使开挖施工在支护体系保障作用下进行，以此切实保证施工安全，避免安全问题与事故的发生。在开挖过程中，先用风枪进行钻孔，然后利用人工进行装药，接着开始联线起爆，采用光面爆破的方法。对于具体的开挖循环进尺，应按照0.5 m进行控制，在开挖爆破完成后，应先进行混凝土初喷，在出渣之后进行初支施工，在围岩的沉降达到稳定后，立即进行衬砌施工。

隧道开挖支护主要有两种形式，即超前支护与系统支护，其中，超前支护是在围岩条件相对较差的情况下使用，以设计情况为依据采用超前小导管或超前管棚来预加固。而系统支护是隧道永久性结构其中一部分，需按照设计提出的要求进行施工，保证施工安全，并确保隧道结构能够达到设计要求。

在超前管棚支护施工前，先对开挖断面上的开挖轮廓、中线与高程进行检查，经检查确认满足要求后方可支设套拱支架，并灌注混凝土，在套拱混凝土强度达到设计要求后，利用钻头进行钻孔。先打入有孔的钢花管，再注浆完成后打入无孔的钢花管。其中，无孔管实际上是检查管，用于对注浆质量进行检查。对于钢花管之间的接头，应使用扣连接的方式，连接长度应达到15 cm。对于第一节管，以长度为3 m的钢管为主。将钢护管设置好后，方可注入水泥浆，具体方法为采用注浆机进行。在出气孔开始流浆后，方可停止注浆，具体的注浆压力需通过专门的试验确定。在注浆完成以后，应使用专门的水泥砂浆进行填充。

在超前小导管施工开始前，需要在掌子面岩层进行混凝土的喷射，以此形成一道完整的止浆墙。小导管根据设计要求的长度切割，同时把端头做成锥形，在尾部焊接一个管箍，从尾部50 cm之外到楔端管体钻设直径为8 mm的注浆孔，按梅花形布置，孔之间的距离为15 cm。根据设计要求准确标出钻孔的具体位置，外插角按照10°～15°的方位控制。对于纵向相邻的导管，其水平方向搭接长度应达到1 m以上。