三台阶临时仰拱法在滇中红土泥岩隧道中的应用

孙乐富 王 平

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600)

三台阶临时仰拱法在滇中红土泥岩隧道中的应用

孙乐富 王 平

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600)

针对滇中红土泥岩隧道围岩节理发育、岩质软、浸水后易软化崩解、岩体较破碎，隧道施工难度较大的问题，提出了三台阶临时仰拱快速施工方法，现场实践表明：在保证施工质量和施工安全的前提下，三台阶临时仰拱法可有效缩短隧道施工对项目整体工期的影响，经济效益和社会效益显著，对类似地质条件下隧道的施工具有借鉴意义。

隧道施工，滇中红土，三台阶临时仰拱法，小导管

1 工程概况

吕合1号隧道地处云南省楚雄彝族自治州楚雄市境内，为双线隧道，隧道全长2 265 m，最大埋深约165 m，其中全隧Ⅳ级围岩长1 420 m，Ⅴ级围岩长820 m。隧内主要以全～弱风化泥岩夹砂岩为主，该泥岩具有弱膨胀性，节理发育、分层以薄～中厚层状为主、岩质软、浸水后易软化崩解、差异风化严重、岩体较破碎等特点，为典型的滇中红土泥岩。

2 三台阶临时仰拱法施工工艺

三台阶临时仰拱法施工工艺流程见图1。

3 施工关键步骤及操作要点

3.1 测量放线

施工测量以GPS控制点、加密施工控制点为依据进行施工放样(见图2)。在施工测量前应核对控制点成果、线路坐标、施工图纸、结构物尺寸等内业数据，用于现场施工放样的资料数据需经第二人的独立计算复核无误后，经测量实施小组组长签字后实施。

3.2 施打超前管棚

洞口段边仰坡开挖支护至明暗洞交界处满足管棚施作高度时，形成台阶，作为超前长管棚施作平台，然后在台阶上沿拱部开挖轮廓线支立管棚导向墙模板，安装定位型钢，预埋φ127 mm×5 mm套管(间距与设计对应)，浇筑管棚导向墙混凝土(见图3)。

3.3 超前小导管制作与安设

小导管采用φ42 mm×3.5 mm的热轧无缝钢管制成，在前部钻注浆孔，孔径6 mm～8 mm，孔口间距15 cm～20 cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部焊接φ6 mm～φ8 mm钢筋加劲箍，尾部长度不小于30 cm，作为不钻孔的止浆段；超前小导管的安设需用带冲击的风钻或钻机将小导管顶入孔中，用塑胶泥封堵导管周围及孔口。导管外露20 cm，以便安装注浆管路。注浆采用注浆泵施作，注浆口最高压力严格控制在0.5 MPa～1.0 MPa以内，以防压裂工作面。

3.4 开挖环形

1)在上一循环超前支护的保护下，弱爆破开挖①部，经断面复测附合设计值，施作①部周边初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架，钻设径向锚杆，复喷至设计厚度。2)弱爆破开挖②部，施作②部初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架，钻设径向锚杆，复喷至设计厚度。施工临时仰拱：架设临时横撑A，铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱。3)弱爆破开挖③部，施作③部初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架，钻设径向锚杆，复喷至设计厚度。如需施工临时仰拱时，架设临时横撑B。4)弱爆破开挖④部，施作④部初期支护：初喷混凝土，铺设钢筋网，架立钢架，复喷至设计厚度。5)灌注Ⅴ部仰拱与边墙基础，待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充Ⅵ部至设计高度。6)根据监控量测分析，确定二次衬砌施作时机，铺设环+纵向透水盲管、防水板、土工布，利用衬砌台车一次性灌注Ⅶ部(拱墙)衬砌。

3.5 临时仰拱的制作安装

由于“滇中红层”地质构造下的吕合1号隧道围岩情况自稳能力差，开挖立架后必须及时封闭成环，保证初支整体稳定，控制围岩变形位移。传统临时仰拱钢拱架与初支钢架连接通常采用焊接，施工速度慢、连接质量不好保证。与传统临时仰拱钢架制作安装不同，吕合1号隧道临时钢拱架采用工厂化制作，严格按照设计尺寸制作，临时钢拱架端头制作装配拼装装置。对应的初支二、三台阶钢架与临时钢拱架连接处预留装配式拼装装置(打孔连接钢板)。采用装配式高强螺栓连接拼装突出“快、好、省”，临时仰拱钢架装配快捷迅速，连接质量良好可控，循环利用节省成本。很好的保证了初支能够及时封闭成环，钢架连接密贴牢固，控制了围岩的变形位移，保证了施工过程的安全可控。为节省成本，临时钢拱架需要循环利用，在临时仰拱钢架与初支钢架连接接头高强螺栓处涂刷隔离剂，临时仰拱钢架装配完成后，喷射混凝土，使得临时仰拱整体受力，形成劲性骨架。待施工下一部位时拆除临时钢拱架，拱架接头人工清理，卸下高强螺栓，临时钢拱架得以重复利用。

3.6 喷混凝土

本隧道初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺。将骨料、水泥、水和外掺剂按实验确定的比例拌合均匀，用湿喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。喷射混凝土料由洞外自动计量拌合站生产，混凝土搅拌车运输，湿喷机喷射。

3.7 架钢拱及挂网

钢筋网的铺设在初喷和系统锚杆施作后沿拱墙进行。钢筋网固定在锚杆末端，按照设计制作钢筋网片并控制网格间距，两个网片搭接时搭接长度需超过一个网格。钢筋网的安装必须顺直，随被支护岩面的实际起伏状铺设，与岩面的间隙控制在3 cm左右。钢筋网在加工厂加工成片，在洞内再焊接起来形成整体，铺设完毕后及时施作喷射混凝土。钢筋网的网格间距符合设计要求，网格尺寸允许偏差为±10 mm。型钢钢架在车间工作台上弯制，加工允许误差：沿隧道周边轮廓误差不大于3 cm，平面翘曲小于±2 cm，接头连接要求同类之间可以互换。钢架在初喷混凝土后安设，在安设过程中当钢架和围岩间有空隙时，设垫块，钢架根部加设2根径向锁脚锚管(杆)，外插角度20°，40°，防止下沉。

3.8 拱脚打注浆锚杆

锁脚锚管统一由构件加工厂进行制作，锚管的前端按设计做成尖锥形，尾部焊接φ8 mm钢筋加劲箍，管壁上每间隔15 cm交错钻设直径为6 mm～8 mm的眼孔。钻孔采用风动锚杆钻机或风钻钻孔，钻至规定深度后，用高压风吹孔，成孔后，将锁脚锚管按设计要求插入孔中，对于围岩软弱地段，采用游锤或凿岩机将锁脚锚管直接打入，将其与钢架用L形φ22钢筋焊接组成预支护体系。锚杆固定完毕后，采用注浆机压注水泥砂浆，注浆压力不超过0.8 MPa。严格按照施工规范灌注浆液，注浆前先喷射5 cm～10 cm混凝土封闭掌子面形成止浆盘，当单孔注浆达到设计量时，结束注浆。

3.9 施工防水

全隧衬砌纵向施工缝采用中埋式钢边橡胶止水带+外贴式橡胶止水带进行防水处理，按2道计列；环向施工缝设中埋式橡胶止水带+外贴式橡胶止水带防水，环向数量按10一道计列，变形缝填充聚苯板并加设钢边橡胶止水带和外贴式止水带，变形缝内缘采用双组分聚硫密封膏嵌缝。在铺设防水板之前，应对初期支护的渗漏水情况进行检查，采取埋管引排、局部注浆等措施进行处理。隧道初期支护与防水板间设置环向及纵向排水盲管，采用HDPE打孔波纹管(外裹无纺布)，环向盲管直径50 mm，每隔10 m一环(视水量大小加密设置)，直接引入侧沟，两侧边墙角设纵向透水盲管，直径80 mm，施工时结合模板台车长度将其梁端直接弯入侧沟。泄水管的出口应离开水沟内壁一定距离，不得紧贴沟壁表面。股水涌流及大面积渗漏处应增设环向盲管引排。

3.10 仰拱填充

仰拱开挖前必须完成钢架锁脚，每循环进尺不得大于3 m。仰拱及填充紧随开挖进行，使支护尽早闭合成环；Ⅳ，Ⅴ级围岩施工时，仰拱距开挖面距离控制在45 m，40 m以内；仰拱和填充分开浇筑，严禁一次浇筑，为减少其与出碴运输的干扰，采用仰拱栈桥。仰拱一次施工长度根据围岩情况和相关规范、标准执行，仰拱端头采用大模板。自检合格后，报监理工程师检查签证，混凝土由中心拌合站生产混凝土罐车运至现场，插入式振捣器捣固，施工时混凝土由中心向两侧对称浇筑。填充混凝土在仰拱混凝土终凝后浇筑，表面高程和横向坡度要满足设计要求。

3.11 二次全断面衬砌

在每个洞口配备1台边顶拱式混凝土衬砌钢模台车，一衬施工完毕后，及时进行二衬永久支护。浇筑二次衬砌混凝土前沿隧道中线在拱部按设计要求预埋注浆管，隧道衬砌施工完成并达到一定强度后，进行衬砌背后回填注浆。

4 施工质量保障措施

1)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。2)工序变化处应增设锁脚锚管，以确保钢架基础稳定，下台阶安全，防止塌方。3)小炮开挖或人工开挖，严格控制装药量。一台阶开挖中应根据超前支护施作间距，利用上一循环架立的钢架施作隧道拱部超前支护。4)钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。5)Ⅰ18临时仰拱与边墙钢架应连接牢固，连接处设置钢垫板，螺栓拧紧，临时仰拱应尽量倒换使用。6)开挖时严格控制开挖厚度，确保初支喷射混凝土的整体厚度。7)严格控制每榀钢架的开挖间距，避免出现进尺过大造成围岩失稳。8)加强日常监控量测及超前地质预报，以数据指导施工。

5 结语

三台阶临时仰拱法在广大铁路吕合1号隧道中得到了成功应用，根据现场工程实践，该工法在一定程度上保证了隧道施工安全，同时实现了在软弱围岩施工中的快速施工，缩短工期约45 d，经济和社会效益显著，具有一定的推广应用价值。

[1] 夏润禾.三台阶六部短距法在铁路隧道施工中的应用研究[J].铁道工程学报,2012(3):58- 63.

[2] 陈立保.三台阶法在客运专线山岭隧道软弱围岩中的推广应用[J].铁道工程学报,2008(12):72-74.

The application of the three steps of temporary inverted arch in clay shale tunnel of Yunnan

Sun Lefu Wang Ping

(No.5CompanyofChinaRailwayEngineeringNo.3GroupCorporation,Jinzhong030600,China)

For the central Yunnan laterite mudstone tunnel surrounding rock, the joint development, soft rock, easy to soften disintegration after flooding, the more broken rock, the tunnel construction difficult problems, puts forward the three steps temporary invert fast construction method， the field practice shows that: on the premise of guarantee construction quality and construction safety, three steps of temporary inverted arch method can effectively shorten the tunnel construction to the influence of the whole project construction period, economic benefit and social benefit is remarkable, especially the similar geological conditions, it has reference significance to the construction of the tunnel.

the tunnel construction, the laterite of Yunnan, three steps method of temporary inverted arch, small pipes

2014-12-17

孙乐富(1970- )，男，工程师； 王 平(1976- )，男，工程师

1009-6825(2015)06-0174-02

U455

A