山区连拱隧道半明半暗衬砌段施工技术应用探析

王麒麟，苏颖 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

目前在我国隧道工程项目中，半明半暗衬砌段是隧道技术难度最大、受力最复杂的部位，施工中控制不当极易发生塌方冒顶、山体滑动事故。针对上述情况，研发出了连拱隧道半明半暗衬砌段施工工法。结合S11芜湖至黄山高速公路07标工程项目应用实践效果，对该技术工艺进行分析论述，在类似工程中具有借鉴意义。

1 施工技术

本工法在隧道工程半明半暗衬砌段施工过程中，通过建立新型边仰坡坡体加固与柔性网主动防护的复合生态防护体系，在开挖过程中保证了边仰坡的整体稳定性和安全性。在具体施工过程中通过使用由三脚架、单元组拼桁架、台车等组成的洞口套拱体系，利用该体系纵向贯穿连杆和模板底模支撑均可调节，具有快速装拆的优点，使得边墙基础和拱墙在施工过程中做到全幅整体一次浇筑成型。

2 工法特点

①建立边仰坡坡体加固与柔性网主动防护的复合生态防护体系，开挖施工过程中有效保护了边仰坡的整体稳定性，有利于生态系统的快速恢复。

②建立了由三脚架、单元组拼桁架、台车等组成的洞口套拱施工快速装拆体系，其设计结构具有稳定性高、形变量小、刚度大的特点，增大了有效净空面积。衬砌结构施工进行过程中台车定位速度快，提高了衬砌混凝土的内在和整体外观质量，实现了施工的安全高效。

③边墙基础全幅整体一次浇筑成型、拱墙一次整体浇筑成型，有效提高了边墙的整体稳固性以及抗剪能力，提高外观质量。

3 工艺原理

3.1 连拱隧道半明半暗衬砌段的结构成型新方式

本工法半明半暗连拱隧道，下部为明洞基础，上部为明洞洞身、洞门及附属工程、边坡仰拱加固及排水系统。明洞在扩大浇筑基础时应落在坚实稳固的土地基上，如在混凝土层上，须将土挖至基岩，用钢筋浆凝土砌片石或素混凝土粘土回填方法找平。在明洞背后边坡上，开凿成台阶状，采用注浆加固与埋入式整体现浇或装配预制锚固梁，台阶种植土护坡后覆主动防护网和防护，必要时采用锚杆防护。明洞支模衬砌体系采用快速支模装填自拆方式洞口支模套砌和拱形式支模衬砌体系全部跨断面一次明洞衬砌。

3.2 边仰坡复合生态防护体系

建立边仰坡坡体加固与柔性网主动防护的复合生态防护体系，减少边仰坡扰动，增加边坡稳定和绿化效果。边仰坡自上而下分台阶开挖，坡体采用锚网喷与主动防护网复合防护形式，岩土体破碎严重区域先注浆加固，并在锚杆端部设置埋入式整体现浇或装配预制锚固梁，隧道洞口边仰坡开挖线外施作浆砌石或预制装配式挡截排一体式边沟;台阶种植土护坡后，加覆主动防护网防护，并对边仰坡采用适宜植被三维网生态护坡。

3.3 快速装拆洞口套拱支模体系

建立了快速装拆洞口套拱支模体系及施工方法，纵向贯穿连杆互连的整体式工字钢架，内部采用可调单元式组拼桁架支撑，外侧采用三角支架单元组拼整体定型化支撑。采用模板台车作为工作平台，上设标高可调式钢管脚手支撑体系支撑底模，边墙基础全幅整体一次浇筑成型、拱墙一次整体浇筑成型。

图1 半明半暗连拱隧道结构示意图

4 工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

见图2。

图2 半明半暗连拱隧道施工工艺流程图

4.2 操作要点

4.2.1 中导洞开挖、支护

中导洞开挖挖掘面宽6.38m，高6.72m，采用台阶法挖出，机械和动力爆破设备结合作业，装载机和自卸汽车协同工作，将渣土装运至指定场地。中导洞临时支护方式：开挖出渣完毕后打设3m长φ22早强砂浆锚杆和挂设φ6钢筋网，设立I18型工字钢架，Ⅴ级围岩喷射22cm厚C25早强混凝土。

4.2.2 中隔墙施工

中隔墙在中导洞贯通后，反向从进洞端开始浇筑混凝土，现场人工绑扎中导洞隔墙上的钢筋。模板台车衬砌每次施工作业9m，每两天作为一个施工周期。中隔墙应在墙身使用标号c30防水混凝土进行浇筑，浇筑墙体完成后，在中高层隔墙顶部还应回填与浇筑墙体本身同标号防水混凝土，确保顶部回填密实，中隔墙基础要落在实处，并及时施作临时支撑和浆砌片石回填，避免发生偏压侧移等现象。在混凝土浇筑前，在拱顶部位预埋一根φ42×4mm钢管，进行压浆处理，确保中隔墙顶部密实。

4.2.3 扩大基础及侧墙施工

①明挖部分采用扩大基础，C20片石混凝土基础，基地允许承载力要求[σ]≥300kPa。基底需要按台阶开挖，台阶高1.5m、2m，台阶宽2m，基础高度为3.5m～9.5m;外侧边坡坡率1:0.25。

②为减少工序之间影响，扩大基础在中隔墙施工完成后开始施工，开挖至设计高程以上10～20cm，采用人工清槽。质检工作人员对底层地基片石承载力、平面结构尺寸、位置、高程等自测质检结果合格的正常情况下，向工程监理部门报检，经验证回收自检合格后方可进行底层基础片石模板施工安装和基础片石钢筋混凝土基础浇筑。基础模板采用20mm厚竹胶板+100×100mm方木+φ42无缝钢管。一次浇筑高度不得超过3.5m，超过3.5m的分层浇筑，上下层之间预留足够的连接石，采用30cm以上的坚硬片石，接触面并凿毛。侧墙设计为C30防水混凝土，外墙采用钢模板，与二次衬砌相接的内墙面采用柔性的模板，分两次浇筑，第一次浇筑耳墙以下部分，第二次浇筑耳墙部分。

4.2.4 护拱、套拱施工

为确保施工安全，半明半暗衬砌段采用盖挖法施工，在明挖部分先施工护拱，再进行开挖施工。

设计护拱为C30混凝土，内设I22b工字钢，间距60cm，并与初期支护中的I22b工字钢闭合成环。护拱一端嵌入边坡中，嵌入深度不小于50cm，一端支撑在中隔墙或侧墙上。工字钢板的安装工作完毕后，进行了保护拱底模板钢的安装，模板采用竹胶板，用方木支撑在地面上，加固牢固，并预留足够下沉量，确保不侵入二衬净空。护拱与超前大管棚重叠部分，采用在护拱中预埋Φ135×4。5孔口钢管，做法参照图纸套拱中预埋孔口管做法。

4.2.5 钢筋笼安装

导管内插加劲钢筋笼，主筋4根，直径20mm，固定环使用φ42mm热轧无缝钢管进行制作，每段长4cm，间距150cm，与各主筋之间焊接;按6m分节段焊接好后安装，现场对接焊好，接头错开50cm以上。钢筋笼接长采用搭接焊，焊接工艺须符合规范要求。

4.2.6 初期支护施工

采用台阶法开挖断面，再使用光面爆破，周边眼间隔装药。当洞口防护施工完成后，即可进行暗洞的开挖施工。

①每榀处的拱架之间均应采用两根纵向互相连接的钢筋横梁进行横向连接，以达到加强横梁支护的拱架整体使用效果。

②钢架固定位置安装前在其他的钢架临时安装固定施工位置上向钢架施工单元加入临时设定施工位置的两根钢筋，以便临时固定各自的钢架施工单元。只要在其钢架固定位置安装在围岩面已钢架施工完并进行钢架初验并同时喷涂了钢筋混凝土后方可施工进行。

③钢桁架桥梁基底拱顶框架拱顶基底安装时，必须严格要求保证与隧道纵向高度标准垂直，其上下、左右倾斜方向上的允许高度标准偏差一般控制为5cm，钢架拱顶横向横梁倾斜度标准偏差一般不得大于2°。若施工发现桁架拱顶基底接脚处与基底高度标准最高高度偏差不足时，要单独重新设置一个加固钢板槽以对其进行高度上的调整，必要的时候还需用混凝土加固钢板槽来加固桁架拱脚拱顶基底。

④钢架与围岩之间存在间隙，应当使用喷射混凝土将其充填密实。用混凝土垫块将空隙处顶紧，钢架数量按照每单元为一处计列，每处采用槽形垫块一块，楔形垫块二块，施工时可根据现场实际情况酌情调整。喷射混凝土时要由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖，保证钢架保护层不小于4cm。

4.2.7 二次衬砌

二次衬砌在围岩和初期支护变形基本稳定后施工作业。当出现围岩变形量较大和流变特性明显的情况时，要加强初期支护并尽早施作仰拱和二次衬砌。

铺底钢筋混凝土前应先行施工浇筑，便于工作台车施工就位和及时展开二次施工衬砌，并改善洞内施工道路交通情况，营造良好洞内施工交通环境。

当矮边墙与二次衬砌同时浇筑时，要求二次衬砌台车下挂设可收放的矮边墙钢模板。这样可以提高二次衬砌的整体质量。

在开挖工作完成后，应尽快开始施工边墙基础和仰拱及隧底填充工作。以达到支护结构系统尽快闭合的目的，从而构建稳固的支护支撑体系，保障各项工程运行安全，提高工程质量。

边墙施工采用建筑钢、木结构组合模板作为基础模板，仰拱采用仰拱大样模板，加密测点，保证仰拱的设计拱度准确无误。混凝土泵车运送混凝土至指定地点浇筑，再使用插入式捣固棒进行捣固。隧道正洞仰拱及填充砼施作时，为确保运输畅通，应分左右幅错开交替进行。仰拱填充混凝土施工时，技术人员应严格监测混凝土表面标高，保证路面面层厚度符合标准。

图3 支模体系示意图

5 效益分析

5.1 技术效益

本工法对半明半暗段做整体性结构设计具有极大的现实意义，该技术是在拱隧施工传统工艺基础上开创的一种新的技术工法，丰富了拱隧施工的施工工艺，同时对施工的可行性和安全性也给予了有效保障，具有较大的技术效益。

5.2 经济效益

通过在S11芜湖至黄山高速公路07标工程项目实际应用，在拱隧施工中采用本技术工法与传统适宜技术相比综合节约造价9%左右，该施工方式优化改良了拱隧施工的传统工艺，有效拓展了拱隧施工的创新手段，极大保障了施工的可行性和安全性。同时也节省了施工过程中的人力、财力和物力，产生了较好的经济效益。

5.3 社会效益

连拱隧道半明半暗衬砌段施工技术、施工工艺、施工控制技术对连拱隧道特别是半明半暗段施工技术发展有着深远的意义，也将推动连拱隧道施工技术向前发展。本工法通过工程的应用推广，证明了该工法能够保证施工体系的安全性、可靠性，同时也节约了大量人力、物力、财力，提高了隧道工程的质量，具有一定的社会推广效益。

6 结语

连拱隧道半明半暗衬砌段施工技术的使用，对半明半暗段做整体性结构设计具有极大的现实意义，该技术成功应用于S11芜湖至黄山高速公路07标工程项目，经研究分析，通过使用该技术，项目造价成本有所降低，给项目带来了经济效益，同时连续浇筑的特点有效加快了工程进度，提高了工程质量。该技术的成功应用推动连拱隧道施工技术向前发展，丰富了传统半明半暗拱隧施工手段，具有极大的现实推广意义。