高速公路隧道洞口工程施工方法及工藝研究

楊 濤

(核工業(yè)華南建設工程集團公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

麻栗箐1隧道為雙向四車道(分離式)，隧道長度4 635 m，為特長隧道，所處區(qū)域海拔為2 450～4 160 m范圍內(nèi)，具有1 620 m的相對高差，為剝蝕高、中山地貌，地形起伏大且較為陡峻。隧道洞口周邊巖層主要為泥巖、砂巖、粉砂巖等，巖層為碎塊狀、碎石狀，結(jié)構(gòu)相對松散，隧道開挖后無法自主維持洞室穩(wěn)定，存在較大的坍塌、失穩(wěn)幾率；洞口邊仰坡穩(wěn)定性不足，容易因施工工藝不當出現(xiàn)失穩(wěn)坍塌情況。

2 洞口排水工程施工

本工程選擇將截水溝設置于洞口端墻頂部進行排水防護，截水溝由M7.5漿砌片石砌筑成型，水流經(jīng)過截水溝引入路基排水溝之中。施工期間，施工人員需要配合機械設備開展溝槽挖掘工作，所選用的片石應保證厚度在150 mm以上，鑲面片石則需要保持一定的平整度，必要時需要適當修整處理。砌筑砂漿選型時需確保強度、類型與設計要求一致，常用的類型為自然粗砂或中砂，粒徑應控制在5 mm之內(nèi)，在質(zhì)量達標的情況下可以利用機制砂取代自然砂，在中粗砂材料不足的情況下，施工人員可以在保障砂漿強度滿足設計要求的基礎上使用細砂，此時應適當提升水泥材料的用量。砂漿應嚴格按配比要求配置，按照50～70 mm的標準控制稠度，高溫情況下應適當提升稠度，同時也需要保持砂漿的和易性良好，配置完成的砂漿需要避免存放超過4 h，在30 ℃以上高溫環(huán)境施工時，則需要在3 h內(nèi)完成砂漿施工，避免因砂漿凝結(jié)影響施工質(zhì)量。

3 明洞開挖施工

開挖施工過程中，施工人員需要利用挖掘機開挖，并借助自卸汽車與裝載機將碴料運輸至棄碴場。開挖人員需要加快進洞速度，避免在洞口區(qū)域產(chǎn)生較多不必要的刷坡情況，開挖前需要確保截水溝順利完成，能夠結(jié)合路基情況修建完善的排水設施；針對陽坡、邊坡區(qū)域，施工人員需要進行臨時加固處理，嚴格按自上而下逐段開挖的方式開展施工，需要避免出現(xiàn)上下重疊開挖或掏底開挖等操作。施工人員需要做好明洞基礎承載力檢測和加固處理工作，避免出現(xiàn)承載力不足250 kPa的情況，針對開挖期間出現(xiàn)的地下水應做好引流處理工作。

4 邊仰坡防護施工

4.1 錨桿安裝

邊仰坡防護施工需安裝的錨桿為直徑22 mm的砂漿錨桿，安裝方式為風鉆鉆孔后人工安裝。錨桿安裝前，施工人員需按設計要求通過全站儀測量的方式確定錨桿孔位，并利用風鉆進行鉆孔，孔徑需在錨桿設計直徑的基礎上增加15 mm，確保錨桿能夠順利安裝；孔深應與設計要求保持一致，誤差需控制在50 mm范圍內(nèi)；錨桿需按照梅花形布置，按照1.0 m×1.0 m的間距布置，間距誤差需控制在50 mm范圍內(nèi)。風鉆鉆孔完成后，施工人員需要利用設備吹高壓風去除巖屑，應確?？锥吹墓饣葷M足要求，同時也需要避免出現(xiàn)坍孔等異常情況；清孔完畢后應注入水泥砂漿，注漿期間需保持孔底與注漿管的間距在5～10 cm范圍內(nèi)；注漿完畢后，錨桿安裝人員應借助墊板固定錨桿尾部并保持其余巖面的密貼，錨桿插入后需利用螺帽鎖緊，并查看孔口水泥漿是否被擠出，如果未擠出水泥漿則需要加注水泥漿。

4.2 鋪設鋼筋網(wǎng)片

錨桿安裝完畢后，施工人員需要應用直徑8 mm的鋼筋鋪設鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片尺寸為2.0 m×2.0 m，鋼筋網(wǎng)需保持25 cm×25 cm的網(wǎng)格間距，鋼筋鋪設前需做好表面污銹清除工作。鋼筋網(wǎng)需要緊貼初噴面(噴射于巖面的一層混凝土)按照隨高就低的原則鋪設，應利用螺栓固定，螺栓為打孔埋設的碰撞螺栓，鋼筋網(wǎng)固定后需要通過焊接的方式連接錨桿尾部，鋼筋網(wǎng)搭接部位尺寸應為1～2個網(wǎng)格。

4.3 混凝土噴射

噴射混凝土之前，施工人員需對作業(yè)面巖渣等障礙物拆除和清理，并利用高壓水對噴射面進行清洗，利用高壓風清掃泥化層與土層，并利用埋設于坡面的鋼筋控制混凝土噴射厚度。噴射施工需要自下而上開展，采取分片、分段的施工方式，應通過兩次噴射使混凝土厚度達到設計要求。初噴階段，施工人員需要按照4 cm標準控制混凝土厚度，分層噴射期間，當前層混凝土終凝后方可繼續(xù)噴射，如果終凝后間隔超過1 h開展噴射施工，則需要在噴射前利用高壓水和風對表面進行清潔處理。噴射施工操作流程為送風、開機、給料和關風，施工人員需將充足的混凝土料存儲在料斗之中，保證噴射機供料的連續(xù)性，噴射時需基于0.1 MPa的標準控制噴頭部位的壓力，對于因停電等突發(fā)情況導致噴射中斷時，施工人員需將積料清理后重新噴射。噴射期間，施工人員需要確保噴射面與噴頭垂直，兩者需保持0.6～1 m的間隔，終凝后的混凝土需做好灑水處理等養(yǎng)護工作。

5 長管棚施工

5.1 套拱安裝

對于初步拼裝完成的四榀拱架，施工人員需要按規(guī)定力矩對鋼板連接螺栓進行緊固處理，并采取點焊法焊接螺母與螺桿，設置第一榀拱架時需要確保其與掌子面密貼，四榀拱架的整體連接需要借助25 mm直徑的螺紋鋼筋環(huán)向連接為整體，并焊接搭接部位。安裝完成后，施工人員需要按照設計要求對套拱高程、中線偏差進行核對，避免存在50 mm以上的偏差。

5.2 導向管安裝

在安裝完套拱的基礎上，施工人員需利用儀器測量套拱與隧道中線的重合部位，按照40 cm的間距對導向管位置進行標注，確定導向管位置后，施工人員需要將140 mm制定的管棚導向管(長度為2 m)安裝到位。套拱頂面放置導向管頭端，安裝時需保持2°的外插角度，安裝到位后采取點焊的方式進行初步固定，避免在導向墻澆筑期間出現(xiàn)移位。在導向管的基礎上，施工人員需要利用直徑16 mm、長度1.8 m的螺紋鋼作為定位鋼筋并將四榀拱架與導向管相互焊接牢固。

5.3 導向墻澆筑

導向墻澆筑期間需應用的模板材質(zhì)為木板或竹膠板，需要利用色拉油脫模劑均勻刷涂模板，確保后期順利脫模。導向墻需利用C20混凝土澆筑，厚度為0.7 m，澆筑期間施工人員應適當放緩澆筑速度，并通過觀察確認模板有無脹模情況。澆筑施工需要借助輸送泵泵送的方式將混凝土注入模板支柱，應避免出現(xiàn)2 h以上的中斷情況，需要盡可能保證澆筑過程的連續(xù)性，澆筑振搗應做到充分和密實，振搗深度達到混凝土表面下方15 cm的位置，確保所澆筑混凝土墻不會因后續(xù)的鉆孔等施工出現(xiàn)開裂情況。

5.4 管棚安裝

管棚鉆進需要在導向墻結(jié)構(gòu)強度達到75%設計標準的情況下開展，鉆進前需要對施工平臺進行開挖處理，避免對管棚機操作造成影響。為確保施工精度，施工人員應利用導向管進行設備定位，由于導向管與鉆孔機具間有一定間隙，存在導向管軸線與鉆桿軸線不一致等影響鉆孔精度的隱患。針對此類問題，施工人員需要嚴格按要求核對鉆桿方位角、傾角以及鉆機位置相關參數(shù)，并針對定位準確的鉆機做好固定處理工作。鉆孔施工需在低速低壓狀態(tài)下利用120 mm鉆頭開孔，鉆進4～5 m后將108 mm管棚鋼管下入，確認鉆孔方向與設計要求一致后，將管棚鋼管去除，并按照正常轉(zhuǎn)速繼續(xù)鉆孔，鉆孔期間需要每鉆進3～4 m即開展一次鉆孔角度復核工作，避免存在較大偏差導致返工，鉆孔順序為自下而上隔一鉆一，達到頂部后自上而下隔一鉆一。管棚鋼管安裝時需確保鋼管與鉆孔編號一一對應，各鋼管接口需保持相鄰間距在1 m以上，相同斷面的鋼管接頭應占總數(shù)的50%以下。管棚鋼管利用機械頂進到位后，施工人員應利用絲扣連接鋼管節(jié)段，并借助速凝水泥等材料將導向管與鋼管間隙封堵嚴密，封堵期間需為后續(xù)的注漿和排氣預留孔洞。

5.5 管棚鋼管注漿

管棚鋼管注漿前需要通過壓水試驗的方式驗證注漿管路有無異常情況，確認無誤后在鋼管外徑與周邊巖石間空隙封堵完畢的基礎上單獨設置一處通氣孔，確保注漿時鋼管內(nèi)以及鋼管與孔壁間隙內(nèi)的空氣能夠從氣孔排出，注漿截止時間為漿液自氣孔涌出。施工人員需要按照水灰比1∶1的標準調(diào)制漿液，注漿時的初始壓力需要控制在0.5～1 MPa范圍內(nèi)，最終壓力應達到2 MPa，達到最終壓力或設計注漿量的情況下方可終止注漿。為避免出現(xiàn)跑漿等異常情況，施工人員需要確保注漿孔與新鉆孔具有3個以上的孔位間距。

6 明洞襯砌

6.1 仰拱開挖

施工人員需要按設計要求對仰拱開挖范圍進行測量放線，開挖期間需要左右兩側(cè)分別開挖，開挖需由人工與挖掘機相互配合施工，必要時需借助炸藥進行松動爆破。初步成型的基礎上，施工人員需要對仰拱進行修整處理，消除基底雜物和欠挖部位，必要時通過混凝土噴射的方式對基地進行封閉處理。

6.2 鋼筋加工及安裝

施工人員應選用平直、表面清潔的鋼筋，加工過程中需采取冷彎法彎曲鋼筋，鋼筋下料完畢后續(xù)按照一定角度對兩端搭接部位彎曲，避免連接完畢后存在搭接鋼筋處于同一軸線的情況。鋼筋間可以通過焊接或綁扎兩種方式連接，前者用于連接環(huán)向主筋，后續(xù)用于連接縱向鋼筋，搭接時需要確保搭接長度在35倍鋼筋直徑以上。鋼筋骨架綁扎期間，施工人員需要采取十字形、8字型的扎結(jié)方式利用扎絲將骨架扎緊，綁扎期間需確保骨架無扭曲或松動情況且整體性良好。模板與鋼筋之間需要添加墊塊作為鋼筋保護層，墊塊材質(zhì)為砂漿或細石混凝土，結(jié)構(gòu)底面與側(cè)面需按照6個/m的標準鋪設墊塊。鋼筋加工與安裝質(zhì)量標準詳見表1。

表1 襯砌鋼筋質(zhì)量驗收標準(鋼筋直徑：d)

6.3 立模

施工人員需要利用木模板作為拱墻堵頭板和仰拱模板，模板應嚴格按要求固定到位，規(guī)避脹模、跑模等異常情況，模板臺車定位使用前需要打磨表面，并利用脫模劑均勻刷涂目標表面，避免影響立模質(zhì)量，相關安裝質(zhì)量標準詳見表2。

表2 模板安裝質(zhì)量標準

6.4 混凝土澆筑

混凝土運輸階段，施工人員需要按照2～4 r/min的速度在運輸車中攪動混凝土，到達現(xiàn)場喂料前需要進行20～30 s的高速旋轉(zhuǎn)處理，運輸時間需要控制在45 min之內(nèi)，避免出現(xiàn)初凝或離析等質(zhì)量問題，運輸階段的混凝土應避免加水，初凝的混凝土應丟棄處理。仰拱混凝土應借助梭槽進行左右分側(cè)澆筑，兩側(cè)高差需要始終維持在1 m范圍內(nèi)；拱墻襯砌需要借助輸送泵送到模板之中，并保持模板底面與出料口2 m以內(nèi)的間距。拱墻襯砌振搗器為插入式和附著式，仰拱振搗器為插入式，拱頂振搗器為附著式，墻頂與邊墻振搗器為插入式；插入式振搗器需維持10～30 s的振搗時間以及30 cm的分層厚度，附著式振搗器則需要維持30～50 s的振搗時間。振搗期間應遵循快插慢拔的原則，插入深度需達到現(xiàn)澆層下方5～10 cm部位，同時離開模板10 cm，振搗終止時需確認混凝土表面平整且無氣泡、下沉等情況。模板拆除前，施工人員需要對混凝土強度進行檢查，確認強度不低于5 MPa，脫模后應立即進行灑水養(yǎng)護，并保持表面濕潤，養(yǎng)護期間如果存在氣溫低于5 ℃的情況應避免進行灑水處理。

7 明洞回填

明洞襯砌施工完成后，施工人員需要將砂漿平整涂抹于拱圈背部，并對底層、中部、面層分別鋪設土工布、防水板和土工布，鋪設期間需要確保搭接長度超過100 mm，相互搭接錯縫并粘貼緊密，確認無誤后將水泥砂漿涂抹于上層。拱頂中心部位需保持3 m之內(nèi)的填土高度，并分層、對稱夯實到位，回填土應具有透水性，壓實度需要控制在93%以上。邊墻墻背應利用M10漿砌片石回填，有效控制結(jié)構(gòu)內(nèi)彎矩。頂部則需要利用粘土材料回填，起到一定程度的隔水效果。

8 結(jié) 論

綜上所述，為確保高速公路隧道的平穩(wěn)可靠運營，工程單位需要重視洞口工程施工質(zhì)量監(jiān)督把控工作，做好施工方法和工藝的研究與應用，嚴格落實設計標準和施工方案的各項要求。在隧道洞口施工階段，工程單位應結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)勘察相關數(shù)據(jù)采取合適的排水措施與開挖期間邊仰坡防護措施，在排水與支護到位的基礎上，施工人員應有序推進長管棚安裝、明洞襯砌、明洞回填等各項工序施工，建設質(zhì)量合格的隧道洞口。