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摘要：鐵路隧道洞口段圍巖偏破碎，局部夾雜土層，缺乏完整性和穩(wěn)定性，不利于土體成拱，施工期間的安全隱患較多，以何種方法安全完成洞口段的施工至關(guān)重要。以某鐵路隧道工程為例，重點對其洞口段施工工藝展開分析，提出超前大管棚支護(hù)技術(shù)在其中的應(yīng)用要點。實踐表明，通過該項技術(shù)的有效應(yīng)用，施工安全性有所提升，可順利推進(jìn)施工進(jìn)程，洞口段施工同時滿足安全、質(zhì)量、效率多重要求。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；洞口段；大管棚支護(hù)

1工程概況

某鐵路隧道進(jìn)出口里程DK42+120~DK42+510，全長390m，設(shè)計速度250km/h。隧道進(jìn)口~DK42+291.86位于直線段，剩余部分位于半徑4000m的左偏曲線上。隧道最大埋深37.5m，進(jìn)口至出口位于30‰的下坡。

2測量放樣

復(fù)測設(shè)計中線，布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)聯(lián)系隧道進(jìn)出口，聯(lián)測閉合進(jìn)出口高程。洞外加密點為一個整網(wǎng)，測段間用邊聯(lián)結(jié)的方式構(gòu)成帶狀網(wǎng)，用雙頻GPS接收機按三等聯(lián)測加密點。分別為各洞口設(shè)平面控制點，以保持良好的通視關(guān)系，布設(shè)的各控制點必須穩(wěn)定，且便于引測進(jìn)洞。

3隧道洞口段施工工藝分析

洞口段施工內(nèi)容涵蓋邊仰坡的土石方開挖、防護(hù)、明洞施工等，為順利施工，需要針對性地采取施工工藝。洞門為帽檐斜切開孔式緩沖結(jié)構(gòu)洞門，以明挖法組織洞口段明洞的開挖作業(yè)，搭設(shè)Φ108mm大管棚，以起到支護(hù)作用。

3.1洞口開挖

對于洞口土石方，按照從外向內(nèi)、自上而下的順序開挖，逐層、逐段推進(jìn)。期間加強對邊仰坡開挖高度和坡度的檢測與控制，保證各項指標(biāo)的合理性。土方和強風(fēng)化巖的開挖作業(yè)以挖掘機為主，人工輔助清理開挖面，提高開挖精度。對于不具備機械開挖的條件局部陡坡段，采取人工開挖的方法。邊仰坡開挖后盡快組織防護(hù)作業(yè)，有效防護(hù)圍巖，以免出現(xiàn)雨水滲透、圍巖風(fēng)化問題。以噴錨的方式對邊仰坡加以防護(hù)，打設(shè)錨桿，掛鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土，共同構(gòu)成臨時防護(hù)結(jié)構(gòu)。噴射層與原坡面平順銜接，以免坡面風(fēng)化。

3.2暗洞進(jìn)洞

為給暗洞施工創(chuàng)設(shè)安全的環(huán)境，以錨噴（網(wǎng)）的方式對洞口襯砌外1~3m的邊仰坡做加固處理。嚴(yán)格控制洞口土石方的開挖量，達(dá)到大管棚施工高度時，將穩(wěn)定性較好的臺階作為平臺，于該處施作超前大管棚，組織暗洞洞身的開挖作業(yè)。通過應(yīng)用三臺階臨時仰拱法，即可安全、順暢地開挖暗洞進(jìn)洞部分。

3.3超前支護(hù)施工方法

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料可知，隧道洞口及明暗交界段的地質(zhì)條件欠佳，為此設(shè)Φ108mm超前大管棚，增強支護(hù)效果。洞口段超前長管棚分節(jié)制作成型，單節(jié)長度為4m或6m，材料選用的是壁厚6mm的Φ108mm熱軋無縫鋼花管，外插角1~3°，環(huán)向間距40cm。開挖至管棚施工段時，暫時保留下臺階，將該部分作為施工平臺，于該處組織管棚和混凝土導(dǎo)向墻的施工作業(yè)。根據(jù)施工要求控制預(yù)留下臺階的尺寸，寬度2.5m，高度2.0m。導(dǎo)向墻寬度、厚度均按1m設(shè)置，用C20混凝土施工成型。以3榀I18工字鋼為基礎(chǔ)構(gòu)件，共同構(gòu)成完整的鋼拱架，設(shè)置于導(dǎo)向墻內(nèi)，構(gòu)成環(huán)向支撐裝置。鋼架外緣設(shè)壁厚為5mm的Φ140導(dǎo)向鋼管，以焊接的方式實現(xiàn)與鋼管的穩(wěn)定連接。管棚材料選用Φ108鋼管，按150mm的間距在管壁上開設(shè)孔徑為10~16mm的孔，鋼管尾端150cm內(nèi)不做鉆孔處理（作為止?jié){段）。管棚分節(jié)段制作，單節(jié)長度4m、6m。奇數(shù)號選用鉆孔鋼花管，偶數(shù)號選用不鉆孔鋼花管。以方木為材料，按“井”字形搭設(shè)作業(yè)平臺。根據(jù)鉆孔深度和孔徑要求適配鉆機，要求鉆機運行性能穩(wěn)定，可在360°范圍內(nèi)鉆孔。鉆機平穩(wěn)就位后進(jìn)入鉆孔環(huán)節(jié)，孔徑為127mm，平面誤差不得超過20cm。鉆進(jìn)期間鉆桿維持穩(wěn)定，以免影響成孔效果[1]。鉆孔后安排檢測，判斷孔位、孔徑、孔深、垂直度各方面是否滿足要求，在確認(rèn)無誤的前提下對鋼管做接長處理。用鉆機頂入孔內(nèi)，遇阻礙或是存在其他異常狀況時，先安排清孔，再繼續(xù)頂入鋼管。為鉆孔編號，單號孔頂入有孔鋼管，雙號孔頂入無孔鋼管。鋼管接頭錯開布置，以利于優(yōu)化管棚的受力條件。相鄰鋼管接頭錯開距離不小于1m，兩節(jié)鋼花管間用Φ114mm絲扣聯(lián)結(jié)，保證穩(wěn)定。注漿材料為1:1水灰比的水泥漿液，采用全控壓入式的注漿方法，在0.5~2.0MPa的壓力條件下將漿液壓注至長管棚內(nèi)。注漿前組織試驗，確定合適的作業(yè)流程、作業(yè)參數(shù)，為正式施工提供引導(dǎo)。按自下而上的順序注漿，根據(jù)注漿壓力控制結(jié)束作業(yè)的時間。注漿后及時清理管內(nèi)殘留的漿液[2]，制備適量M7.5水泥砂漿進(jìn)行填充，以此來提高管棚的強度和剛度。

3.4洞身開挖

根據(jù)圍巖特性確定開挖方法，其中Ⅳ級圍巖段用三臺階法施工，Ⅴ級圍巖用三臺階臨時仰拱法施工。對于具體的開挖要點做如下分析：3.4.1三臺階法開挖。在三臺階法開挖中，將斷面劃分為上、中、下臺階三部分，三部分均采用光面爆破的開挖方法。對拱部及邊墻做光面爆破處理后，可在保證開挖效果的同時增強開挖輪廓線的圓順性，減小開挖作業(yè)對圍巖的擾動作用。配套簡易工作臺架，以便高效施工，并用YT28型風(fēng)鉆鉆孔。通過應(yīng)用PC200型挖掘機將上、中臺階產(chǎn)生的石碴轉(zhuǎn)至下臺階，由裝載機裝碴，用自卸車外運。三臺階施工如圖1所示。其中：I為超前小導(dǎo)管，II為上臺階初期支護(hù)，III為中臺階初期支護(hù)，IV為下臺階初期支護(hù)，V為施作中心深埋水溝并回填，VI為仰拱填充混凝土，VII-拱墻混凝土；1為上臺階開挖，2為中臺階開挖，3為下臺階開挖，4為仰拱開挖，5為中心深埋水溝開挖。各部分的開挖要點如下。上臺階：時間安排在拱部超前支護(hù)設(shè)置到位后，由開挖輪廓線環(huán)向開挖，每循環(huán)進(jìn)尺不超過2榀鋼拱架間距。考慮到開挖面的穩(wěn)定性要求，開挖后隨即初噴混凝土，予以封閉；搭設(shè)穩(wěn)定可靠的型鋼鋼架，配套鎖腳錨管和系統(tǒng)錨桿，噴射混凝土，使其構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)。中臺階：開挖進(jìn)尺為每循環(huán)不超過2榀鋼架間距；開挖后隨即以噴射混凝土的方式予以封閉，架設(shè)型鋼鋼架，將鎖腳錨桿和系統(tǒng)錨桿設(shè)置到位，對該基礎(chǔ)框架噴射混凝土。下臺階：每循環(huán)開挖進(jìn)尺以及開挖后的防護(hù)方法均與上、中臺階一致，故此處不再贅述。仰拱：圍巖偏軟弱、破碎時，為減小開挖產(chǎn)生的擾動作用，仰拱單獨開挖；圍巖條件較好時，在協(xié)調(diào)得當(dāng)前提下仰拱與下臺階同步開挖；仰拱開挖采用機械為主、人工為輔的方案，絕大部分用機械設(shè)備開挖，而后安排人工清底；待開挖完成后施作仰拱襯砌，安排填充處理。將各步臺階的單次開挖量控制在2~3m，隧道開挖后及時封閉成環(huán)，縮短開挖面的外露時間。對于Ⅳ級圍巖的施工中，封閉位置與掌子面的距離不得超過35m。3.4.2三臺階臨時仰拱法開挖。上臺階以弱爆破或人工風(fēng)鎬的方法開挖，中、下臺階采取控制爆破開挖方法或挖掘機開挖。此類方法可在保證開挖質(zhì)量的同時，減小對圍巖的擾動，且開挖成型的輪廓更加圓順、穩(wěn)定。其中，中下臺階的左、右邊墻交錯施工，各部的間距需控制在2~3m，以減小擾動作用。上臺階每循環(huán)開挖支護(hù)不超過1榀鋼架間距，三個臺階平行作業(yè)。仰拱部分采取短開挖的方法，根據(jù)巖土體特性控制開挖量，土質(zhì)圍巖不超過1.5m，石質(zhì)圍巖不超過3m，仰拱墻腳、拱腳部位先由機械設(shè)備開挖，即將接近指定位置后預(yù)留60~70cm，轉(zhuǎn)為人工精細(xì)化開挖的方法。開挖期間加強洞內(nèi)抽排水，減小水文條件帶來的不良影響，維持邊墻的穩(wěn)定性。組織1部臺階的開挖，噴射10cm厚混凝土，封閉掌子面。將2部的初期支護(hù)設(shè)置到位，初噴4cm厚混凝土，根據(jù)設(shè)計要求穩(wěn)定架設(shè)鋼架裝置，于指定位置設(shè)鎖腳錨管，增強支護(hù)效果。于導(dǎo)坑底部設(shè)I18臨時鋼架，復(fù)噴混凝土，直至實測厚度達(dá)到要求為止，從而有效支護(hù)。隨著上臺階施工進(jìn)程的推進(jìn)，達(dá)到適當(dāng)?shù)木嚯x后安排2部臺階的開挖。先將初期支護(hù)設(shè)置到位，初噴4cm厚混凝土，再將配套的各類裝置設(shè)置好（鋼架、鎖腳錨管），設(shè)I18臨時仰拱，復(fù)噴混凝土。達(dá)到適當(dāng)?shù)木嚯x后，安排3部臺階的開挖，出于維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的，施作邊墻結(jié)構(gòu)初期支護(hù)。類似的，待下臺階開挖至適當(dāng)距離后，在現(xiàn)場無異常狀況的前提下組織第4部的開挖，依然設(shè)置初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。以分段的方式有序設(shè)置縱梁，每完成一榀鋼拱架的設(shè)置工作后，用縱梁進(jìn)行連接處理。以焊接的方法穩(wěn)定連接縱梁與仰拱環(huán)向鋼架。配套適量鎖腳錨管，將縱梁錨固至圍巖上。縱梁與仰拱環(huán)向鋼架結(jié)合，通過對兩者的焊接，構(gòu)成完整且穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)。3.4.3洞口土方施工期間的安全防護(hù)措施。洞口段地質(zhì)條件特殊，開挖的擾動性較強，施工前設(shè)置防排水設(shè)施，減小水文條件的干擾。施工期間加強對坡面的觀察，判斷是否有異常狀況。視現(xiàn)場施工進(jìn)度及時施作洞口邊仰坡防護(hù)結(jié)構(gòu)，增強穩(wěn)定性，營造安全的隧道洞口段施工環(huán)境。按自上而下的順序開挖，使開挖區(qū)排水系統(tǒng)始終保持通暢狀態(tài)，并高效連通至原有水系，以免產(chǎn)生積水。開挖期間遇到巖石破碎土質(zhì)松軟部分，一方面控制開挖面的尺寸不宜過大，另一方面及時采取防護(hù)措施，縮短暴露時間。

3.5明洞施工

以橫向分層、縱向分段的方式開挖，以挖掘機為主要的開挖設(shè)備，局部可聯(lián)合應(yīng)用弱爆破和機械刷坡的方法。開挖產(chǎn)生的石碴及時用裝載機裝載，由現(xiàn)場的自卸車外運。開挖后及時處理基底，做承載力檢測，實測結(jié)果滿足要求后，施作仰拱、填充混凝土。

3.6仰拱及邊墻基礎(chǔ)的施工

仰拱全幅施工，用挖掘機高效完成基礎(chǔ)部分的開挖作業(yè)。鋼筋安裝前先測量放樣，將定位鋼筋布置到位，以此為基準(zhǔn)進(jìn)一步安裝其他鋼筋。仰拱及邊墻基礎(chǔ)混凝土澆筑時，于鋼筋骨架上方固定拼裝式鋼模，以保障仰拱混凝土澆筑順利進(jìn)行和成型結(jié)構(gòu)具有良好的拱形。

3.7拱墻混凝土澆筑

以模板臺車為工作平臺，施工人員于該處完成拱墻鋼筋的安裝作業(yè)，使端墻處預(yù)留鋼筋與洞門端墻鋼筋形成連接關(guān)系。明洞襯砌施工環(huán)節(jié)，組合鋼模作外模，模板臺車作內(nèi)模，拱墻襯砌混凝土一次灌注到位。期間用插入式振搗器處理，以減小混凝土內(nèi)部的空隙，提高內(nèi)部密實性和表面平整性。待洞口襯砌與洞門整體灌注完成后，在確保無質(zhì)量問題的前提下安排洞頂回填施工。

3.8明洞回填

待洞外防水層成型且實測強度達(dá)標(biāo)后組織明洞回填。側(cè)墻回填采取兩側(cè)同步推進(jìn)的方法，以增強施工均衡性，并提高施工效率。現(xiàn)場為土質(zhì)地層時，將墻背坡面開挖成臺階狀，以分層的方法逐步碼砌片石，對處理后局部存在得縫隙，用碎石填實。拱部回填以分層的方法有序進(jìn)行，單層厚度不得超過0.3m。控制好回填兩側(cè)的高度，實測高差不得超過0.5m。頂層回填材料選用黏土，以達(dá)到隔水的效果。

3.9洞門修筑

進(jìn)洞施工無異常后安排洞門施工，此部分用混凝土澆筑成型。為給洞門修筑作業(yè)的開展創(chuàng)設(shè)良好的條件，搭設(shè)鋼管腳手架，配套鋼模板，以泵送的方式高效澆筑混凝土。期間安排專員用插入式振搗器處理，提高混凝土的密實度。洞門施工成型后，修筑洞頂排水溝，提高排水效率，減小現(xiàn)場水資源對洞口穩(wěn)定性的不良影響。4結(jié)語綜上所述，縱觀隧道的各部分施工，洞口段屬于薄弱部位，具有安全隱患多、施工難度大的特點。出于安全施工的目的，本文對洞口段開挖、超前大管棚支護(hù)、洞口段填筑幾個方面的具體技術(shù)要點展開了探討，希望所提內(nèi)容可為類似施工參考。

參考文獻(xiàn)

[1]劉珂.隧道洞口不良地質(zhì)段的施工技術(shù)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2021(18):154-156.

[2]柴天建.梅家莊隧道洞口段支護(hù)技術(shù)及其效用研究[D].南昌:南昌大學(xué),2017.

作者:于立源 單位:中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司