1、堡子梁隧道施工工艺浅析黄土隧道黄土地区公路隧道施工技术浅析胡文阁（单位：甘肃省定西公路总段养路计划科 通讯地址：甘肃省定西市安定区交通路281# 邮编：743000 ）摘 要：本文以甘肃省S311线内官营至临洮段公路堡子梁隧道工程施工为例，对黄土地区隧道施工进行分析，从施工的全过程进行控制。提出了一系列黄土隧道施工的有效方法，通过在施工中的反复实践，解决了黄土隧道围岩软弱易坍塌及防排水困难等问题。关键词：黄土隧道，湿陷性黄土，施工技术1 工程概况1.1 技术标准堡子梁隧道是甘肃省S311线内官营至临洮公路的新建隧道，按二级公路标准设计，双向两车道，隧道净空断面按60Km/h设计，隧道平纵面线形
2、受地形限制，采用与主线相同的设计车速40Km/h。隧道建筑限界：行车道宽度7.0m，左侧向宽度0.5m，右侧向宽度0.5m，人行道宽度各为1.0m，建筑限界净宽为10.00m，净高5.0m。隧道拱部采用R=522cm单心半圆，侧墙采用R=772cm大半径圆弧，仰拱半径为1500cm，仰拱与侧墙间采用R=100cm小半径圆弧连接。隧道内路面宽度为7.40m，拱顶高度6.82m。 1.2 隧道位置及设置方案堡子梁隧道全长705m（起讫桩号K41+130K41+835，其中：进口明洞长6m、出口明洞长6m），隧道采用人字型纵坡：2.767%（1610m）/-2.950%（300m）。隧道进口位于圆曲
3、线上，圆曲线半径R=1000m，路拱坡度为单向超高横坡2.0%，隧道出口位于直线上。堡子梁隧道平面布置服从路线走向，隧道洞口内外3s设计速度行程长度范围的平纵面线形一致。1.3 隧址工程地质概况隧址区位于临洮县境内黄土梁峁区，Q3eol黄土大面积覆盖，地形起伏大，冲沟、陡坎发育。微地貌表现为黄土梁峁、黄土冲沟、黄土坡等。地势中部高，东西低，隧道地表最低海拔高程约为2372米，最高海拔高程约为2486米，相对高差114米。隧址区属温带半干旱气候，年平均气温为7，年极端最高气温36.1,年极端最低气温-29.6,年平均降水量在300600毫米之间。年蒸发量高达12001600毫米，为降水量的3倍多
4、。最大冻土深度为108cm。临洮处于祁吕贺兰山字型构造体系的西翼。呈现北西向隆起与凹陷相间排列的多字型。由于受到河西系的穿插，把上述构造体系中的构造形迹割裂成互不相连的段落。2 衬砌设计及施工方法2.1 洞身衬砌隧道洞身段衬砌，除V级围岩浅埋段采用矿山法原理设计外，其余均按新奥法原理进行设计，复合式衬砌，以锚杆、喷射混凝土、钢筋网、钢拱架或格栅钢架为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，共同组成永久性结构。衬砌结构设计采用工程类比和结构计算综合分析确定。2.2 总体施工方案隧道明洞段采用明挖法施工；暗洞级围岩采用上下台阶留核心土法施工，级采用上下台阶法施工。针对软弱围岩或断层等不良地质现
5、象，隧道施工中应采用超前砂浆锚杆、超前注浆小导管、超前大管棚等辅助工法，以保证施工安全和施工进度。并视地层、地质条件，在施工中通过现场量测分析调整设计参数，实现动态设计、信息化施工。2.2.1 洞口段施工隧道洞口地质条件较差，进出口均为V级围岩。根据洞口浅埋和场地狭小的实际情况，进洞按“先排水、再进洞，统筹安排，减少干扰”的原则进行。先作好防排水，按设计图纸和实际地形，修筑洞顶截水沟等形成完整的排水系统。为了确保边坡的平顺和稳定，尽量避免超、欠挖和对边坡的过大扰动。边坡防护与明洞开挖同步，边仰坡临时防护采用锚、网、喷C25混凝土8cm，6.5钢筋网间距为2020cm，锚杆采用22砂浆锚杆，杆长
6、300cm，间距150150cm。明洞拱墙采用整体模板台车整体浇筑，混凝土浇筑采用泵送混凝土，采用附着式振动器和插入式振动器联合振动。明洞衬砌及洞门墙完成后应及时回填，采用碎石土回填，夯填碎石土应对称分层夯实，压实度不低于85%，并采用50cm厚黏土隔水层或植草护面。明洞和洞门的施工应避开雨期、融雪期及严寒季节。2.2.2 初期支护及超前支护 洞口长管棚。洞口浅埋段采用大管棚超前支护，管棚采用89热轧无缝钢管，壁厚5mm，管节长度46m，采用丝扣相接，接头相互错开；管口段2m不开孔，其余部分按照15cm间距交错设置注浆孔，孔径8mm；注浆材料为水泥净浆，水灰比为1:1，注浆压力为0.51.5M
7、Pa。为保证钢架整体受力，钢架之间按照环向100cm间距设置22纵向连接钢筋。 超前注浆小导管。设置在级围岩地段，50超前注浆小导管，每根长3.0m，环向间距40cm。在钢管管壁四周钻8mm压浆孔，尾部1.2m不设压浆孔，外插角150，每排小导管纵向至少需搭接1.0m。 湿喷混凝土。喷射混凝土采用湿喷法，其作业标准和要求如下：喷射砼使用的各种原材料经检验合格后方能使用，喷射砼配合比及速凝剂掺量，通过试验确定；施工中，对配合比每工班至少检查两次；经常检查速凝剂注入环的工作状况，发现问题及时处理。喷砼作业紧跟开挖工作面，以防止岩体发生松弛，喷前先对凹处喷射找平，而后再大面喷射。在初喷一层砼后，即全
8、断面铺设6.5mm间距2020cm钢筋网，钢筋搭接长度不得小于30d（d为钢筋直径），钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固，钢筋网应随受喷岩面起伏铺设，与受喷面的最大间隙不宜大于30mm。在喷射砼初凝后，施喷下一层。为保证喷砼效果，喷射时分段分片，自下而上呈顺时针螺旋形均匀进行，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm。喷嘴距受喷面的最佳距离为0.61.0m，风压控制在0.450.7MPa；一次喷射砼厚度不宜超过10cm，两次喷射的间隔时间为1020分钟。喷层厚度用激光断面仪或凿孔方法检查，每10延米至少检查一个断面，再从拱顶起每隔2m凿孔检查一个点，检查孔处的厚度应有60%以上不小于设计厚度，厚度
9、不满足进行补喷。用锤击法检查喷砼与围岩的粘结情况，如有空洞、裂隙、脱落或渗漏水等情况，凿除清洗后重喷；若喷层有露筋、凹凸太大等情况，采取补喷措施。为保证喷混凝土与岩面密贴，喷层背后必须注浆。喷砼初凝后，及时进行养护，养护期为14天； 在喷射结束4小时内避免进行爆破作业。2.3 防排水设施施工工程质量保证措施隧道防排水采用防、排结合，预防为主，坚持防、排、截、堵四管齐下、因地制宜综合治理的原则进行。防排水设施完工后，必须严格的检验防排水设施施工质量：环向、纵向排水管是否按照设计要求进行施工；防水板是否按照防排水设施施工工艺进行施工，有无破损，接缝焊接是否符合规范要求；围岩有集中渗漏水的地方是否采
10、取了有效的“堵、排”措施，措施落实是否到位；止水带的安装是否符合设计及施工规范的要求，是否牢固。2.4 铺底及矮边墙施工铺底和矮边墙混凝土浇筑应先于二衬施工前，便于台车就位和展开二次衬砌，并可以改善洞内道路情况，营造良好施工环境。矮边墙顶面比衬砌台车模板底边低8cm，此部分在灌注前用梯形木封堵密贴，以防漏浆。2.5 二次衬砌施工二次衬砌在围岩和初期支护变形基本稳定后施作，二衬采用全断面模板台车整体浇筑工艺施工，模板台车每循环长度12.00米。2.5.1 台车采用钢结构大模板，具有液压支拆模和电动走行系统，工厂制造后运至现场安装。2.5.2 台车拼装后的调试：处置台车模架、模板局部变形、加工尺寸
11、偏差等。 衬砌台车现场拼装完成后，必须在轨道上往返走行35次后，再拧紧固螺栓，并对部分连接部位加强焊接以提高台车的整体刚度。 检查台车尺寸部位是否准确，掌握加工偏差大小情况，必要时进行整修。 衬砌前对模板表面采用抛光机进行彻底打磨，清除锈斑，涂油防锈。2.5.3台车就位 台车就位前测量人员先进行隧道净空断面检测，确保二衬砼厚度。 台车就位、挡头板安装施工应确保防水板不损坏，并设专人进行检查。 台车轨道布设控制标准：调整轨道中心及标高，采用公路P38钢轨，方木作枕木，底面直接置于已铺底或仰拱填充的砼地面上，保证台车平稳。轨道平面位置和高程偏差控制均在1cm以内，使模板中心线尽量同台车大梁中心重合
12、，使台车在砼灌注过程中处于良好的受力状态。 定位方法：采用五点定位法，即：以衬砌圆心为原点建立平面坐标系，通过控制拱部模板中心点、拱部模板同墙部模板的两个铰接点、两墙部模板的底脚点来精确控制台车就位。曲线上考虑内外弧长差引起的左右侧搭接长度的变化，以使弧线圆顺，减小接缝错台。台车走行至立模位置，用侧向千斤顶调整至准确位置，并进行定位复测，直至调整到准确位置为止。为避免在浇注边墙砼时台车上浮，还必须在台车顶部加设木撑或千斤顶。同时检查工作窗状况是否良好。 外模、端模（挡头板）制作和安装明洞衬砌采用48钢管弯制弧形拱架固定外模，外模选用木板或竹胶板；端模（挡头板）选用5cm厚松木板制作，采用角钢U
13、形卡和短方木固定，以适应端模尺寸的不规则性。2.5.4 保证二次衬砌工程质量的技术措施隧道二次衬砌采用全断面液压衬砌台车，泵送混凝土施工技术进行施工。隧道衬砌完成后及时采用隧道净空检测仪对隧道净空进行检测，确保隧道净空符合设计和规范要求。对二次衬砌混凝土的施工用料及外加剂要经过严格的检验，以确保施工用料符合设计、施工规范的要求。由试验专业工程师负责混凝土配合比的选配工作，确保混凝土的强度、可灌注性、保水性、和易性、抗渗性、耐腐蚀性等混凝土质量指标满足设计的要求；对混凝土的运输过程严格控制，控制混凝土的运输时间满足混凝土的施工要求；混凝土灌注施工前，衬砌台车须经过反复的检查，以确保衬砌台车的定位
14、准确、加固牢固、模板平顺；混凝土的振捣工作选派有丰富施工经验、责任心强的技术工人操作；二次衬砌封顶混凝土采用高压间断泵送的操作方法进行施工。3 隧道施工过程中的注意事项 黄土隧道做好防、排水是施工成败的关键，因地制宜的采取 “以排为主，防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的综合治理原则施工，特别要做好结构自身防水，对可能渗水位置进行引排和封堵，以达到建成后“洞内无渗漏水，安装孔眼不漏水，洞内路面不冒水、不积水”的标准。 现场监控量测是新奥法施工三要素之一。严格按设计要求进行量测，根据测得的地表下沉、周边位移、拱顶下沉、初期支护和周边收敛位移等动态信息，判断围岩及初期支护的稳定状态，据此确
15、定二次衬砌的施工时间，使隧道结构受力达最佳状态，充分发挥初期支护的作用；根据所测得的信息，修改支护参数，使其更贴近实际；通过监控量测的信息反馈及处理，及时调整支护参数，以保证衬砌结构的安全。监控量测的主要项目有：地质超前预报；围岩稳定性和支护效果分析；隧道围岩变形量测；应力应变量测；通过隧道内的变形收敛量测控制洞室稳定状态和评价隧道的变形特征，采用了应力盒、测力计、应变计等监控钢支撑、锚杆、和衬砌受力变形情况，来评价支护所起的作用和效果。 施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭，加设锚杆，架立钢支撑等及时加强支护。 坚持仰拱超前施工，及早封闭成环，有效地控制变形。 严格控制超、欠
16、挖，尽可能使开挖断面圆顺，以避免局部应力集中。4 几点体会 在黄土隧道施工中采用新奥法施工可以归纳为“十八字诀”：管超前-超前导管或超前管棚；严注浆-明确注浆管径，保证注浆效果；短开挖-控制循环进尺，减少对围岩的扰动；强支护-锚杆、喷射混凝土、钢筋网片及钢拱架强化初期支护效果；快封闭-开挖后及时实施初喷，加快仰拱浇筑；勤量测-成立专门量测小组，及时掌握沉降规律，便于及时调整开挖轮廓参数，达到控制超、欠挖的目的。 根据埋深及地质情况的变化，及时调整施工方案。黄土隧道施工风险较高，施工方案的调整必须以安全施工为前提。 由于黄土隧道围岩直立性好、自承能力好，施工中可充分发挥围岩自身的承载能力，体现隧道“新奥法”施工的精髓。5 结语通过堡子梁隧道的施工建设，证明黄土隧道采用新奥法施工是完全可行的。施工中处理好湿陷性黄土地基、加强变形监测、控制好初期支护和防排水、充分调动和发挥围岩的自承作用，可以确保黄土隧道施工的安全质量。参考文献1、薛绍祖编著.地下建筑工程防水技术M.北京:中国建筑工业出版社.2003.2、司伟锋.隧道防水板无锚钉铺设技术J.重庆交通学院学报.2002(2).3、李晓红.隧道新奥法及其量测技术M.北京：科学出版社，2002.4、锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）.5、公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）.
