浅谈长距离小断面隧道施工技术要点

张剑飞

(五冶集团公司, 四川成都 610000)

1 小断面隧道的特点

小断面隧道的特点是断面尺寸小，曲线半径小，线路比较长,布线灵活，地质环境复杂,施工时开挖面极狭小，运渣、衬砌施工困难。随着洞身的延伸，施工难度更大。针对这种状况，寻找一种快速的施工组织模式，采用配套的专项机械设备组成机械化施工作业线，形成高效的、均衡的生产能力是确保项目按期完成的关键。

2 小断面隧道施工时的测量控制措施

在工程开工前，对测量控制网进行复测，建立相应等级的施工控制加密网控制点至各施工工作面所需部位。

洞外控制测量： 洞外平面控制网采用GPS同步静态观测模式，采用大地四边形或三角形同步图形扩展方式进行布网。

洞内平面控制测量应采用导线控制测量方法进行。洞内控制导线应从测量设计确定的洞外联系边引入，洞内洞外平面控制网宜以边连接。洞内导线应随施工进度分期布设，建立新一期导线前，应先检测原有控制点(图1)。

图1 洞内导线布设示意

3 小断面隧道开挖掘进及围岩支护

3.1 洞口开挖及支护

边坡开挖支护挂网锚喷支护施工程序为：洞顶截水沟→ 搭设排架→坡面修整及冲洗、验收→喷基层混凝土(3～5 cm)→锚杆施工→挂网→面层分层喷混凝土→回弹料清理→洒水养护。

开挖支护中的洞口排水，洞口排水在洞顶处3 m外地方设置50 cm的浆砌片石截水沟，收集洞顶周围散水防止地表水流入洞口侵蚀洞口顶部，洞顶排水沟与路基边沟顺接组成排水系统。在洞外设置排水沟或路基边沟，及时排除开挖过程中的积水。

洞口围岩采取全断面锚喷支护，喷射C20混凝土，厚8 cm；采取φ22×1.5 m锚杆间距1 m×1 m梅花状布置。拱部以上网片采用φ5.5，@10 cm×10 cm Q235型冷拔钢丝网，网片之间搭接长度10 cm。

3.2 隧道开挖

隧道开挖以新奥法为施工方法，采用钻爆法开挖、钢拱架钢格栅锚喷支护的施工方法。隧道开挖施工工序为采用光面爆破开挖，拱顶和顶板岩层有裂缝或较破碎之处，采用锚杆、喷锚、挂网喷锚或架设钢拱架进行支护(图2)。

图2 隧道开挖工艺流程

隧道开挖时采用地质预报及超前钻孔方式进行预探，根据已开挖地段围岩的工程地质和水文地质特征，对隧道开挖工作面前方一定长度范围内的围岩工程地质和水文地质条件作分析推断和评估。爆破前，将超前锚杆或小导管打入掘进前方稳定的岩层内。

初期围岩支护采取钢拱架+全断面锚网喷支护方式。施工时，首先喷射10 cm厚 C20混凝土，其次施工梅花状布置的φ22×1.5 m、间距1 m×1 m的锚杆，再施工I10间距1 m的型钢拱架：每榀拱架用4根锚杆左、右两端固定，拱架与拱架之间用φ18连接钢筋纵向联接，联接钢筋环向间距50 cm，最后喷射10 cm的C25混凝土。

洞内排水系统采用顺坡自然排水，反坡机械排水两种方式。顺坡排水在隧道边缘处设置排水沟，仰拱浇筑的过程中，为避免水流入，需在浇筑地段到掌子面之间下导坑处设置积水池，然后机械排水。反坡排水过程中每30 m设置一处集水坑或者集水井，长至少5 m，宽3 m，深1.5 m。积水池设置功率7.5 kW以上的水泵，确保积水抽出洞外或者隧道边沟。

3.3 隧道渣土运输

根据项目开挖断面小，开挖距离长，施工难度大的特点，自行研制开发了适用于超长距离隧道轻型轨道矿车运输系统。在轨道终点设计单侧曲轨自卸卸矸架。开挖工作面矿渣采用扒渣机装渣，矿车装满渣后，轻型轨道运渣矿车在机车的牵引作用下将矿渣运转至弃土场，卸载矿渣后，矿车返回进行下轮运渣(图3、图4)。

图3 隧道渣土运输工艺流程

图4 卸矸架采用高度落差卸料

4 小断面隧道二次衬砌施工

隧道衬砌施工工艺流程见图5。

图5 隧道衬砌施工工艺流程

4.1 模板台车加工制作

衬砌施工采用自行改装的轻型隧道自行式液压仰拱模板台车进行衬砌施工，项目衬砌模板进行自主开发研制，定制两台6 m小断面拱形模板台车，混凝土运输车定制2.5 m3的迷你运输罐车。结合现场实际情况，选择洞口场地在20 m×30 m的安装地点，场地平整，将模板台车部件运输到位，铺设轨道，按台车轨距要求铺设轨道，轨道接头无错台、平直，中心线尽量与隧道中心线重合，轨道枕木间距1 m，并用道钉固定，钢轨采用10号工字钢。 台车移到设计位置后启动可调节支撑系统，根据设计标高位置调整标高，确保前后在同一标高。位置复核无误后，对自行式液压仰拱台车及仰拱钢端模连接位置采用U型卡具进行连接加固。台车主体固定完成后，开始通过八组液压油缸的动态伸缩，不断调节，将仰拱圆弧模板顶推到正确的空间位置上，再调节六根螺杆对主梁进行加固，防止模板随意摆动；为防止混凝土灌注过程中，混凝土冲击作用导致弧形模板晃动，在弧形模板处每隔2 m安装一处撑脚，加固就位(图6、图7)。

图6 台车进洞

图7 2.5m3罐车运输

4.2 衬砌注浆

隧道防水设置两道防线：第一道防线：初期支护+背后注浆；第二道防线：结构自防水(图8)。

图8 水工隧道防水设计

本工程采用衬砌结构防水，按照设计要求施工缝和变形缝防水，纵向施工缝、环向施工缝设置中埋式橡胶止水带防水构造；变形缝部位二衬结构外侧橡胶背贴式止水带，止水带宽度400 mm。止水带的接头采用现场热硫化对接焊接，采用直角对接或45 °斜角对接，止水带采用现场搭接焊接，搭接长度不得小于10 cm，满焊搭接包括齿条搭接部位)； 其中心位置与施工缝的中心线重合；止水带采用专用钢筋套或扁钢固定，止水带端部用扁钢先夹紧，并将扁钢与结构内钢筋焊牢。衬砌结构混凝土浇筑时应避免碰触止水带。

台车混凝土施工。自行式液压仰拱模板台车报检合格后进行仰拱混凝土浇筑，混凝土塌落度控制在120～140 mm，适当控制浇筑速度。由于隧洞距离长，断面尺寸小，所以导致混凝土罐车进洞运输困难，采用运输车辆运输混凝土将会增加施工工期，经项目部综合考虑各种因素后决定采用多级泵送的方式进行隧洞二衬浇筑；振捣采用附着式振动器振捣，灌注混凝土在边墙位置时应连续进行，混凝土浇注至墙拱交界处可适当间歇后连续浇注拱部混凝土，在拱顶部位采用泵送挤压法灌注混凝土。台车上安装拱顶预留注浆管，二衬混凝土达到设计强度后，进行二衬背后回填注浆。

混凝土初凝后，拆除模板撑脚，待混凝土强度满足要求后，松动所有可调节螺杆，再次启动液压控制油顶，顶升自动调节模板系统，使圆弧模与混凝土面分离，确保模板最低点位置在仰拱填充面以上。仰拱台车过孔 从仰拱端头位置退回1 m安装加固仰拱填充层钢端模，进行仰拱填充层混凝土浇筑，待其混凝土强度满足要求后拆除仰拱填充端模，进入下一循环施工。 隧道自行式液压仰拱台车施工技术要点及隧道自行式液压仰拱台车施工流程详见图9。

图9 隧道衬砌施工方法示意

5 结束语

隧道仰拱采用自行式液压仰拱台车施工，实现了机械化作业，操作简单，降低了工人劳动强度，施工效率是传统工艺的3.6倍，大幅提高工作效率。有效缓解因仰拱步距超标而暂缓掌子面掘进的情况，降低隧道施工安全风险。实现了仰拱衬砌与矮边墙同步施工，提高了仰拱及衬砌结构的整体性，降低了工作量、提高了仰拱混凝土的外观质量及仰拱施工进度，进而提高了隧道施工的整体施工进度指标。

通过劳务成本方面与提高掌子面掘进速度降低施工成本方面进行分析，采用自行式液压仰拱台车施工，每一循环可节约2 050元(每循环长度为10.5 m)，降低工时4.5 h。从成本及进度两个方面分析，自行式液压仰拱台车在降低施工成本的同时，也减小安全步距对隧道施工进度影响的压力，优势十分明显。