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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技術在其中的應用要點。實踐表明，通過該項技術的有效應用，施工安全性有所提升，可順利推進施工進程，洞口段施工同時滿足安全、質量、效率多重要求。
關鍵詞：鐵路隧道；洞口段；大管棚支護
1工程概況
某鐵路隧道進出口里程DK42+120~DK42+510，全長390m，設計速度250km/h。隧道進口~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，進口至出口位于30‰的下坡。
2測量放樣
復測設計中線，布設導線網聯系隧道進出口，聯測閉合進出口高程。洞外加密點為一個整網，測段間用邊聯結的方式構成帶狀網，用雙頻GPS接收機按三等聯測加密點。分別為各洞口設平面控制點，以保持良好的通視關系，布設的各控制點必須穩定，且便于引測進洞。
3隧道洞口段施工工藝分析
洞口段施工內容涵蓋邊仰坡的土石方開挖、防護、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構洞門，以明挖法組織洞口段明洞的開挖作業，搭設Φ108mm大管棚，以起到支護作用。
3.1洞口開挖
對于洞口土石方，按照從外向內、自上而下的順序開挖，逐層、逐段推進。期間加強對邊仰坡開挖高度和坡度的檢測與控制，保證各項指標的合理性。土方和強風化巖的開挖作業以挖掘機為主，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作業，有效防護圍巖，以免出現雨水滲透、圍巖風化問題。以噴錨的方式對邊仰坡加以防護，打設錨桿，掛鋼筋網，噴射混凝土，共同構成臨時防護結構。噴射層與原坡面平順銜接，以免坡面風化。
3.2暗洞進洞
為給暗洞施工創設安全的環境，以錨噴（網）的方式對洞口襯砌外1~3m的邊仰坡做加固處理。嚴格控制洞口土石方的開挖量，達到大管棚施工高度時，將穩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。通過應用三臺階臨時仰拱法，即可安全、順暢地開挖暗洞進洞部分。
3.3超前支護施工方法
根據現場勘察資料可知，隧道洞口及明暗交界段的地質條件欠佳，為此設Φ108mm超前大管棚，增強支護效果。洞口段超前長管棚分節制作成型，單節長度為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向墻的施工作業。根據施工要求控制預留下臺階的尺寸，寬度2.5m，高度2.0m。導向墻寬度、厚度均按1m設置，用C20混凝土施工成型。以3榀I18工字鋼為基礎構件，共同構成完整的鋼拱架，設置于導向墻內，構成環向支撐裝置。鋼架外緣設壁厚為5mm的Φ140導向鋼管，以焊接的方式實現與鋼管的穩定連接。管棚材料選用Φ108鋼管，按150mm的間距在管壁上開設孔徑為10~16mm的孔，鋼管尾端150cm內不做鉆孔處理（作為止漿段）。管棚分節段制作，單節長度4m、6m。奇數號選用鉆孔鋼花管，偶數號選用不鉆孔鋼花管。以方木為材料，按“井”字形搭設作業平臺。根據鉆孔深度和孔徑要求適配鉆機，要求鉆機運行性能穩定，可在360°范圍內鉆孔。鉆機平穩就位后進入鉆孔環節，孔徑為127mm，平面誤差不得超過20cm。鉆進期間鉆桿維持穩定，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，在確認無誤的前提下對鋼管做接長處理。用鉆機頂入孔內，遇阻礙或是存在其他異常狀況時，先安排清孔，再繼續頂入鋼管。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，以利于優化管棚的受力條件。相鄰鋼管接頭錯開距離不小于1m，兩節鋼花管間用Φ114mm絲扣聯結，保證穩定。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。注漿前組織試驗，確定合適的作業流程、作業參數，為正式施工提供引導。按自下而上的順序注漿，根據注漿壓力控制結束作業的時間。注漿后及時清理管內殘留的漿液[2]，制備適量M7.5水泥砂漿進行填充，以此來提高管棚的強度和剛度。
3.4洞身開挖
根據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型風鉆鉆孔。通過應用PC200型挖掘機將上、中臺階產生的石碴轉至下臺階，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為超前小導管，II為上臺階初期支護，III為中臺階初期支護，IV為下臺階初期支護，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設置到位后，由開挖輪廓線環向開挖，每循環進尺不超過2榀鋼拱架間距?？紤]到開挖面的穩定性要求，開挖后隨即初噴混凝土，予以封閉；搭設穩定可靠的型鋼鋼架，配套鎖腳錨管和系統錨桿，噴射混凝土，使其構成完整的結構。中臺階：開挖進尺為每循環不超過2榀鋼架間距；開挖后隨即以噴射混凝土的方式予以封閉，架設型鋼鋼架，將鎖腳錨桿和系統錨桿設置到位，對該基礎框架噴射混凝土。下臺階：每循環開挖進尺以及開挖后的防護方法均與上、中臺階一致，故此處不再贅述。仰拱：圍巖偏軟弱、破碎時，為減小開挖產生的擾動作用，仰拱單獨開挖；圍巖條件較好時，在協調得當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，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。上臺階每循環開挖支護不超過1榀鋼架間距，三個臺階平行作業。仰拱部分采取短開挖的方法，根據巖土體特性控制開挖量，土質圍巖不超過1.5m，石質圍巖不超過3m，仰拱墻腳、拱腳部位先由機械設備開挖，即將接近指定位置后預留60~70cm，轉為人工精細化開挖的方法。開挖期間加強洞內抽排水，減小水文條件帶來的不良影響，維持邊墻的穩定性。組織1部臺階的開挖，噴射10cm厚混凝土，封閉掌子面。將2部的初期支護設置到位，初噴4cm厚混凝土，根據設計要求穩定架設鋼架裝置，于指定位置設鎖腳錨管，增強支護效果。于導坑底部設I18臨時鋼架，復噴混凝土，直至實測厚度達到要求為止，從而有效支護。隨著上臺階施工進程的推進，達到適當的距離后安排2部臺階的開挖。先將初期支護設置到位，初噴4cm厚混凝土，再將配套的各類裝置設置好（鋼架、鎖腳錨管），設I18臨時仰拱，復噴混凝土。達到適當的距離后，安排3部臺階的開挖，出于維持結構穩定性的目的，施作邊墻結構初期支護。類似的，待下臺階開挖至適當距離后，在現場無異常狀況的前提下組織第4部的開挖，依然設置初期支護結構。以分段的方式有序設置縱梁，每完成一榀鋼拱架的設置工作后，用縱梁進行連接處理。以焊接的方法穩定連接縱梁與仰拱環向鋼架。配套適量鎖腳錨管，將縱梁錨固至圍巖上?？v梁與仰拱環向鋼架結合，通過對兩者的焊接，構成完整且穩定的整體結構。
3.4.3洞口土方施工期間的安全防護措施
洞口段地質條件特殊，開挖的擾動性較強，施工前設置防排水設施，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。視現場施工進度及時施作洞口邊仰坡防護結構，增強穩定性，營造安全的隧道洞口段施工環境。按自上而下的順序開挖，使開挖區排水系統始終保持通暢狀態，并高效連通至原有水系，以免產生積水。開挖期間遇到巖石破碎土質松軟部分，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備，局部可聯合應用弱爆破和機械刷坡的方法。開挖產生的石碴及時用裝載機裝載，由現場的自卸車外運。開挖后及時處理基底，做承載力檢測，實測結果滿足要求后，施作仰拱、填充混凝土。
3.6仰拱及邊墻基礎的施工
仰拱全幅施工，用挖掘機高效完成基礎部分的開挖作業。鋼筋安裝前先測量放樣，將定位鋼筋布置到位，以此為基準進一步安裝其他鋼筋。仰拱及邊墻基礎混凝土澆筑時，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行和成型結構具有良好的拱形。
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，使端墻處預留鋼筋與洞門端墻鋼筋形成連接關系。明洞襯砌施工環節，組合鋼模作外模，模板臺車作內模，拱墻襯砌混凝土一次灌注到位。期間用插入式振搗器處理，以減小混凝土內部的空隙，提高內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標后組織明洞回填。側墻回填采取兩側同步推進的方法，以增強施工均衡性，并提高施工效率?，F場為土質地層時，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行，單層厚度不得超過0.3m?？刂坪没靥顑蓚鹊母叨龋瑢崪y高差不得超過0.5m。頂層回填材料選用黏土，以達到隔水的效果。
3.9洞門修筑
進洞施工無異常后安排洞門施工，此部分用混凝土澆筑成型。為給洞門修筑作業的開展創設良好的條件，搭設鋼管腳手架，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，減小現場水資源對洞口穩定性的不良影響。
4結語
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、洞口段填筑幾個方面的具體技術要點展開了探討，希望所提內容可為類似施工參考。
參考文獻
[1]劉珂.隧道洞口不良地質段的施工技術研究[J].工程建設與設計,2021(18):154-156.
[2]柴天建.梅家莊隧道洞口段支護技術及其效用研究[D].南昌:南昌大學,2017.
作者：于立源 單位：中鐵十九局集團第五工程有限公司
