隧洞塌方段套拱施工技術(shù)

鄭 毅，陳定章，王運(yùn)興

（1.江西瑞林建設(shè)監(jiān)理有限公司西藏項(xiàng)目部，850000，拉薩；2.中國(guó)華冶科工集團(tuán)西南分公司西藏項(xiàng)目部，850000，拉薩）

隧洞塌方段套拱施工技術(shù)

鄭 毅1，陳定章2，王運(yùn)興2

（1.江西瑞林建設(shè)監(jiān)理有限公司西藏項(xiàng)目部，850000，拉薩；2.中國(guó)華冶科工集團(tuán)西南分公司西藏項(xiàng)目部，850000，拉薩）

隧洞；塌方段；套拱；施工技術(shù)；西藏

西藏自治區(qū)拉薩市墨竹工卡生態(tài)水引水隧洞工程在掘進(jìn)施工中，由于地質(zhì)原因多次發(fā)生塌方。中國(guó)華冶科工集團(tuán)西南分公司西藏項(xiàng)目部、江西瑞林建設(shè)監(jiān)理有限公司和湖南長(zhǎng)沙有色金屬設(shè)計(jì)研究院，對(duì)墨竹工卡生態(tài)水引水隧洞工程整體處于巖石破碎段的#2通風(fēng)洞進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，創(chuàng)新使用隧洞塌方段套拱施工技術(shù)處理塌方并取得滿意效果。套拱施工技術(shù)通過(guò)在#2通風(fēng)洞上下行、#3通風(fēng)洞上行中的實(shí)際應(yīng)用，并不斷總結(jié)改進(jìn)，逐漸成為一項(xiàng)成熟的施工技術(shù)，并于2015年10月成功申報(bào)國(guó)家專利。該技術(shù)提高了塌方段施工安全性和效率，可供類似工程參考。

一、墨竹工卡生態(tài)水引水隧洞施工難題

墨竹工卡生態(tài)水引水隧洞工程所在地的絹云千枚巖屬于軟巖，中等風(fēng)化，為Ⅴ類圍巖。隧洞施工揭露地質(zhì)條件為全風(fēng)化巖、泥巖及粉質(zhì)黏土且含有少量碎礫石。全風(fēng)化巖及泥巖占80%，遇水易崩解。

塌方段及圍巖破碎段臨時(shí)支護(hù)施工技術(shù)一直以來(lái)都是隧洞工程施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)。目前隧洞塌方段施工采用的技術(shù)，首先由超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)巖體，然后再用鋼拱架+掛網(wǎng)+噴護(hù)+系統(tǒng)錨桿進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，最后為了保證臨時(shí)支護(hù)在隧洞掘進(jìn)時(shí)能正常使用，在塌方段提前進(jìn)行二次鋼筋混凝土襯砌。

不利的地質(zhì)條件使墨竹工卡生態(tài)水引水隧洞工程施工極易出現(xiàn)塌方，給施工帶來(lái)困難，目前慣用的隧洞塌方段施工技術(shù)不適合該工程。一是超前小導(dǎo)管注漿對(duì)巖體要求高，巖體較穩(wěn)定時(shí)，超前小導(dǎo)管注漿才可有效地固結(jié)巖體；二是進(jìn)行鋼拱架、掛網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿支護(hù)時(shí)，需對(duì)塌方段已穩(wěn)定的塌方體進(jìn)行擾動(dòng)施工，開(kāi)挖安全隱患大，極易出現(xiàn)二次塌方，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員安全無(wú)法得到保證；三是采用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及提前二次襯砌，施工進(jìn)度慢、成本高且安全無(wú)保證。

二、套拱施工技術(shù)原理

套拱施工技術(shù)是隧洞施工塌方段及圍巖破碎段臨時(shí)支護(hù)的一種新型支護(hù)形式，較傳統(tǒng)隧洞塌方段施工具有質(zhì)量穩(wěn)定、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工進(jìn)度快、投資少、降低環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)隧洞塌方段施工技術(shù)能更有效防止隧洞二次垮塌，能更有效、快速通過(guò)塌方段。

1.套拱基本構(gòu)造

套拱為兩榀拱架與超前型鋼焊接為一個(gè)整體形成一個(gè)完整的受力結(jié)構(gòu)，用裝載機(jī)或其他液壓設(shè)備將超前型鋼環(huán)向打入，操作時(shí)應(yīng)盡可能穿過(guò)塌方段，將超前型鋼打入穩(wěn)定巖層。套拱與超前型鋼聯(lián)合支護(hù)形成一個(gè)環(huán)向封閉的穩(wěn)定整體，塌方段渣石落入巷道洞頂，起到緩沖作用。

套拱施工技術(shù)具有拱形的受力特性，超前型鋼形成的緩沖層既可以避免隧洞不穩(wěn)定段二次垮塌，保證施工安全，還可以將土壓力分散至基本受力單元鋼支撐上進(jìn)行受力。

2.套拱的基本形式

套拱可選用工字鋼、槽鋼，其型號(hào)可在I12～I(xiàn)16內(nèi)任意調(diào)整，可根據(jù)隧洞不同情況進(jìn)行選擇。套拱冷彎成型尺寸可為2700、3 200、3 600、3 900、5 200 mm等，套拱冷彎直徑不宜超過(guò)5 400 mm。為保證套拱不出現(xiàn)單榀傾覆現(xiàn)象，宜采用500~800 mm縱向連接筋或采用與鋼支撐同材質(zhì)型鋼焊接成整體。套拱間距可根據(jù)隧洞圍巖條件進(jìn)行調(diào)整，套拱最大間距為500 mm，隧洞塌方高度大于3 m時(shí)，鋼支撐間距不得大于200 mm。

3.套拱結(jié)構(gòu)受力原理

套拱采用半圓形結(jié)構(gòu)，這種半圓形受力均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易變形；立柱采取延伸柱腿至底板以下，并增設(shè)底部支撐梁，可有效抵抗因圍巖變化收斂產(chǎn)生的對(duì)柱腿側(cè)向的水平推力，超前工字鋼增加受力面積，分散受力點(diǎn)，使相鄰兩組套拱連成一個(gè)整體，繼而使所有套拱連成一個(gè)整體，增強(qiáng)抗傾覆性，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，超前型鋼支護(hù)可以有效避免土體散落到洞內(nèi)，對(duì)洞內(nèi)施工人員起到保護(hù)作用，進(jìn)而增加循環(huán)速度使施工進(jìn)度加快。

套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)受力原理見(jiàn)圖1。

圖1 套拱支護(hù)結(jié)構(gòu)受力原理

圖2 塌方段套拱施工技術(shù)工程實(shí)例

三、施工方案

1.施工準(zhǔn)備

①型鋼構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)：檢查產(chǎn)品出廠合格證書、試驗(yàn)報(bào)告。檢查型鋼的表面質(zhì)量，檢查有無(wú)裂縫、缺損，凡不符合質(zhì)量要求的不得使用。

②鋼支撐加工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求制作，連接板螺栓孔采用鉆孔成孔，不宜采用氣割擴(kuò)孔。

③檢查鋼支撐加工制作質(zhì)量，應(yīng)滿足 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205—2001）的規(guī)定。

2.套拱安裝

①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掘進(jìn)地質(zhì)及塌方情況，鋼支撐安裝間距采用500~1 000 mm，必要時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況減小鋼支撐安裝間距。鋼支撐采用現(xiàn)場(chǎng)安裝，將加工好的拱架分片運(yùn)至工作面，按設(shè)計(jì)要求分片組裝成一個(gè)整體。檢查鋼支撐安裝質(zhì)量，主要檢查鋼支撐安裝垂直度，保證鋼支撐安裝完成后受力結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。兩榀鋼支撐采用上下安裝并采用同材質(zhì)型鋼焊接形成一個(gè)整體套拱，兩榀鋼支撐拱部確保一定間距，保證超前工字鋼順利穿過(guò)。

②螺栓連接時(shí)以一個(gè)操作工使用普通扳手靠自己的力量擰緊螺母即可，保證被連接接觸面能密貼，無(wú)明顯的間隙。為了使連接接頭中螺栓受力均勻，螺栓的緊固次序應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行；應(yīng)采用復(fù)擰，即兩次緊固方法，保證接頭內(nèi)各個(gè)螺栓能均勻受力。

③螺栓連接緊固檢驗(yàn)采用錘擊法，即用3 kg小錘，一手扶螺栓（或螺母)頭，另一手敲錘，要求螺栓頭(螺母)不偏移、不顫動(dòng)、不松動(dòng)，錘聲比較干脆；否則說(shuō)明螺栓緊固質(zhì)量不好，需要重新緊固施工。

④相鄰兩榀套拱之間焊接同材質(zhì)型鋼縱向連接，環(huán)向間距為0.5~0.8 m焊接成一個(gè)穩(wěn)定的整體，防止單榀鋼支撐出現(xiàn)傾覆，保證施工安全。

3.超前型鋼

①超前支護(hù)采用同材質(zhì)型鋼，從套拱間隙中打入超前工字鋼與工作面相連，形成一個(gè)保護(hù)假頂。超前工字鋼環(huán)向布置，且避免留有間隙，并焊接成一整體。

②超前型鋼緊密環(huán)向布置形成一整體，利用塌方渣石重量保持其穩(wěn)定性，防止塌方進(jìn)一步惡化，起到緩沖作用，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

③超前型鋼采用裝載機(jī)或其他液壓設(shè)備向塌方體內(nèi)打入，直至工作面穩(wěn)定在巖體中，避免隧洞二次塌方。可快速通過(guò)塌方段，保證隧洞掘進(jìn)施工安全及施工進(jìn)度。

四、套拱施工技術(shù)適用范圍及優(yōu)點(diǎn)

隧洞塌方段套拱施工技術(shù)適用于各類隧洞、隧道的掘進(jìn)施工，如公路隧道、鐵路隧道、水利工程引水隧洞等隧洞（道）進(jìn)洞洞頂覆土小、隧洞（道）圍巖破碎段掘進(jìn)、隧洞（道）塌方段掘進(jìn)工程施工。

采用套拱施工技術(shù)縮短了隧洞塌方段及圍巖破碎段掘進(jìn)工期，隧洞塌方段使用套拱施工技術(shù)及時(shí)對(duì)塌方段進(jìn)行支護(hù)，避免二次塌方，上方塌落下渣石可以與臨時(shí)支護(hù)形成緊密整體，從而減小塌方頂板與塌落渣石的臨空面，確保施工安全。采用這項(xiàng)技術(shù)可減少施工步驟，對(duì)保證工程進(jìn)度、設(shè)備臺(tái)班等方面產(chǎn)生了一定效益。使用傳統(tǒng)過(guò)塌方段施工技術(shù)“超前注漿—出渣—支護(hù)”每循環(huán)需168小時(shí)，而隧洞塌方段套拱施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)每循環(huán)需16小時(shí)。

在施工成本方面，使用隧洞塌方段套拱施工技術(shù)極大地降低了隧洞施工的運(yùn)行成本。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2003.

[2]王潤(rùn)生.淺析隧道塌方段長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)[J].科技與企業(yè),2012（24）.

[3]中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.冶金礦山井巷工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].2014.

[4]熊華輝，等.某引水隧洞開(kāi)挖塌方處理施工技術(shù)[J].城市建筑,2015（12）.

責(zé)任編輯 張金慧

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1000-1123（2016）12-0027-02

2016-04-25

鄭毅，工程師。