花沟村、岚峰隧道的施工工艺与超欠挖的控制措

发布时间：2022-10-05 10:10 热度：

花沟村、岚峰隧道的施工工艺与超欠挖的控制措施

刘宗建

摘要：以花沟村、岚峰两座隧道为例，针对施工要点，从洞身开挖、初期支护、中央岩柱加固处理、二次衬砌四个关键工序阐述了隧道施工的施工工艺，并提出了降低或减少隧道超欠挖的措施，可供施工时参考。

关键词：围岩、中央岩柱、施工工艺、超欠挖

中文分类号：U455，文献标识码：B

1工程概况

重庆金山大道延伸段有花沟村隧道、岚峰隧道两座，二者除隧道长短、围岩类别、施工单位不同外，其余如隧道所处地段的地形地貌和地质条件、设计类型、隧道结构、衬砌方式、施工方案方法和工艺流程及技术措施、监控量测等都基本一致。两座隧道均为双向六车道，属大跨度、小净距、扁平拱隧道，其单洞最大开挖宽度16.04米，开挖高度11.5米，双洞净距﹥6米，两洞最小净距花沟村隧道6米、岚峰隧道6.8米。两座隧道突出特点是跨度大、净距小、埋深浅，施工技术难度大，左右洞间中夹岩柱加固处理是隧道施工技术控制的关键。两座隧道采用新奥法施工。

2 施工工艺

2.1洞身开挖

花沟村隧道均为Ⅲ类围岩，岚峰隧道有部分为Ⅲ类围岩，但多为Ⅳ类围岩。基于两隧道均系Ⅲ、Ⅳ类围岩的地质状况，洞身开挖均采用双洞错开，单洞单向掘进，上下台阶法开挖，后洞跟进的施工方案。施工中充分利用围岩自承能力上下台阶错台掘进，以增加作业面。一般下台阶高达5～8米，下台阶高2～3米，这样施工场地宽阔，不易干扰。Ⅲ类围岩的下台阶及其仰拱可一起开挖，有利于开挖断面整齐、减少扰动。洞身开挖钻爆采用钻孔台车配风动凿岩机钻孔，运用光面爆破技术，严格控制爆破用药量，分段爆破，并用挖掘机和侧卸式装载机配合装碴，自卸汽车运料除渣。开挖采用“短进尺、弱爆破、紧支护、多循环”进行施工作业，实际施作每循环平均进尺Ⅲ类围岩为1.5米，Ⅳ米围岩为3～4米。在施工过程中，设立沉降观测点，对围岩变化及时进行监控量测，适时采取措施，确保施工顺畅。施工图见图1。

 

图1

2.2初期支护

在洞身拱部开挖合格后，应立即进行初期支护。本段两隧道衬砌结构为复合式衬砌，以锚杆湿喷钢纤维砼等作为初期支护，对Ⅲ类围洞段辅以R25迈式超前中空注浆锚杆、双层φ8钢筋网和20B型工字钢拱架等辅助支护措施，而对Ⅳ类围岩洞段仅辅以R25迈式超前中空注浆锚杆和双层φ8钢筋网，不加设工字钢支撑。施作中，初期支护紧跟开挖面，爆破后先行排险，并立即对围岩进行初喷，初喷厚度不小于4㎝。初喷砼后，即按设计要求安装好业已加工成型的钢拱架。然后按设计规定呈梅花型布置打入锚杆注浆，必须确保锚杆锚固有效并达到设计要求。在系统锚杆施工完工后，随即按设计安设好钢筋网，支护钢筋网分两层铺设，第一层铺设后喷射钢纤维砼，达到设计强度后即铺设第二层，再喷射砼直至达到设计厚度，喷射砼分2～4次复喷达到设计要求。对凹面进行补齐找平，并将全部锚杆漏头覆盖完。喷锚支护地段距离洞身开挖面一般Ⅲ类围岩小于3米，Ⅳ类围岩10米左右。喷射砼在洞外拌合站拌好，由自卸车送料至作业面，以空压机供风，用砼湿喷机完成砼喷射。喷射砼为级配良好的C20砼，其采用普通硅酸盐水泥、液体速凝剂、波浪形20～30㎜钢纤维。喷射砼施工按照湿喷砼工艺进行，首先用高压水冲洗干净喷射作业岩面，随即开始喷射砼，喷射作业应分片分层进行，可按照先边墙后拱脚，最后喷射拱顶的顺序施喷。一次喷射砼不宜过厚，一般不宜超过1㎝，两层喷射时间隔15～20分钟，力求喷出砼层面平顺光滑。

2.3中央岩柱加固处理

这是本段隧道设计的关键所在，亦是隧道施工的重中之重。在双洞中央岩柱开挖前，先对岩体打设超前小导管并注浆，当注浆达到设计强度后，再行开挖，随即进行初期支护。然后在中央岩柱按设计打设迈式R25N中空注浆预应力锚杆，待其注浆达到设计强度后施加预应力，锚杆底部距离临近洞壁开挖边界不小于50㎝，以保证岩体稳定。在施工中，确保中央岩柱开挖稳定及后洞开挖时锚杆体不受损伤是施工技术控制的关键，为此对岩柱爆破采用了预裂光面爆破技术。为减少爆破对围岩的扰动，采取炮孔小于洞身开挖其它炮孔间距，一般30～40㎝，分段爆破作业，并采用雷管预裂爆破，严格限制装药量。同时，在岩柱一侧，加强密炮眼，先爆成缝，以减少后期爆破对岩柱的震动影响，使中央岩柱的稳定和结构安全得到可靠保证。

2.4二次衬砌

在初期支护施工完成，待围岩和初支变形基本稳定，在施工单位监控量测自检和社会监控量测单位重大隧道监控组综合测试严格检测合格，并达到《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）9、3、5条等相关规定要求，经对施工地段洞身开挖、初支分批分段进行中间交工验收合格后，即进行隧道二次衬砌施工。本段隧道以钢筋砼和钢纤维砼作为二次衬砌，二衬均采用C25砼，所有衬砌砼均掺有钢纤维，其掺量为50㎏/M3；并在砼中掺入SL微膨胀高效防水抗裂外加剂，其掺量为水泥用量的10%，计43.5㎏/M3，砼抗渗标号为S8。二衬对Ⅲ类围岩地段为50㎝厚的C25钢筋砼，对Ⅳ类围岩地段为45㎝厚的C25模筑砼。两隧道的二次衬砌严格按照设计和规范要求及施工组织设计规定的工艺流程进行施工。二衬采用全断面先墙后拱的顺序法施工，Ⅲ类围岩地段仰拱及其填充在衬砌前必须完成并及早闭合，并选用定型液压初砌钢模台车进行二衬施作，每循环衬砌长度由定型台车长确定，分别为：花沟村隧道6米、9米两种，岚峰隧道6米、12米两种。钢筋采用洞处加工制作，在现场支护台车上安装到位；砼采用自动计量配料与强制搅拌机组成的拌合站拌制，由砼专运车运至衬砌作业面，再用砼输送泵从模板作业窗灌入就位，砼浇筑由下而上两侧对称进行，两侧灌注高差不得超过1米。砼灌注过程中，应按规范要求严格操作认真振捣，要防止过振或漏振，必须保证砼密实、表面整洁、无蜂窝麻面。封顶时由封顶口倒退逐一泵送砼，以确保拱顶砼密实，并按要求制作足够的砼试件，同时作好浇注砼施工记录。砼浇注完后，应及时洒水养护7天，每天洒水养生至少3次。在砼强度达到75%以上后，才能拆除模板。同时应做好下一板二衬砼浇注的各项准备工作，如此梯次循环进行至全部完成。二衬每循环每板砼施作中，都必须严格工序检验、认真操作，尤其要努力做到砼无爆模、无错台现象发生，确保二衬砼表面平整、光滑、观感良好。见图2。

 

图2

3 超欠挖的控制措施

隧道施工中要完全消除超欠挖是不可能的，但可以将超欠挖控制到最低限度，达到这个标准需采取如下措施：

3.1 用“新奥法”指导施工

“新奥法”的基本原则“控制爆破、及时支护、监控量测”等与隧道超欠挖的控制直接相关，“控制爆破”是隧道超欠挖控制的要点，不但使钻孔质量提高，炮孔误差减少，隧道开挖轮廓线成型质量提高，而且可基本消除爆破对围岩的挠动破坏影响。“及时支护”可以及早封

闭围岩，避免隧道围岩应力的过度释放，从而避免隧道围岩节理性坍塌，形成过大的超挖量。同时，在现场施工中，应改变“宁超勿欠”的传统观念，树立“少超少欠”的观点，在规范容许的范围内，允许一定程度的欠挖，避免开挖轮廓线的无谓扩大，而使超挖得以减少。

3.2精心放样、精确控制周边眼孔位、方向及深度

测量是控制超挖的基础，提高测量精度，提高画线精度是控制隧道超欠挖的重要措施。施工中，要尽可能采用高精仪器和先进的测量手段，在钻孔前，经常调试校核仪器，并将开挖轮廓线即设计轮廓线放样于掌子面上， 并明确标出周边眼位，每次放样要测量两侧墙体里程，及时消除两侧进尺不一致造成标注轮廓线的误差。让技术水平高的工人钻制周边眼，确保周边眼同隧轴线平行，并保证炮眼底落在同一平面上。以降低或取消预留和放样误差，减少人为超挖现象。炮眼深度的确定主要受隧道地质条件、施工组织能力、单循环作业时间、装碴机械及能力、工期及进度要求等的制约。深孔钻爆，虽然能获得较好的施工进度，但由于受钻孔倾斜率的影响，降低了炮眼利用率，增大了炸药消耗量，循环时间会加长，超挖值也会增大；减少炮眼深度就能减少外插角造成的超挖，如果炮眼深度由4m减少到2m，可以使平均超挖值减少5O 。因此，无论是从超挖值还是从总体综合效应，在选择钻孔深度时要统筹考虑，优化每循环进尺，以获得最佳的施工进度和经济效益。

3.3实施光爆技术

通过以上方法提高打眼质量，实施光爆技术可基本消除爆破对围岩超挖的破坏性影响，花沟村隧道、岚峰隧道采用全断面法开挖，见图1，属于Ⅲ、Ⅳ类围岩，光爆技术参数见表1。

表1

围岩类别 周边眼间距E(cm) 周边眼抵抗线（cm） 相对距高K=E/W 装药集中（kg/m） 装药结构 起爆方式 每循环进尺(m) 炸药消耗量(kg/m3)

Ⅲ、Ⅳ 55 70 0.78 0.3 间隔 非电 3 0.82

3.4辅助施工

在节理发育的地段采用超前锚杆等辅助施工手段来嵌固围岩，以防止超欠挖的产生，实践证明该法行之有效。

3.5强化施工管理，建立严格的施工管理制度

施管人员必须树立科学的观点，强化施工管理，措施上加大对施工质量监督与质量检查力度，组织上严格认真，行动上齐抓共管。对测量、钻眼和爆破进行设计，减少钻孔误差，提高钻孔质量。要有措施，有操作细则、有制度、有检查办法、有奖惩办法、定职定岗，形成制度，把各项工作落到实处，将开挖进尺与光面质量挂钩，只有这样，才能做到控制隧道超挖、降低施工成本。这是减少超欠挖的根本措施之一。

4.结语

两座隧道施工实践表明，上述施工工艺与超欠挖的控制在隧道各主要分部分项工程施工中坚决贯彻、严格使用，既便利了施工，又确保了施工质量、安全及进度，总体实施效果良好，使隧道工程施工得以顺利进行。