摘要：近年来，随着科技发展、社会进步和高速公路的飞速发展，高速公路分离式隧道逐渐增多，尤其大断面公路隧道施工技术逐渐成熟，本文结合黄延高速剪子岔三车道大断面黄土隧道施工技术这一工程实例，详细阐述了大断面黄土隧道超前支护、隧道开挖、初期支护及防水施工等的关键技术，使用的工艺工法可供同类隧道施工参考。
关键词：管棚施工、大断面黄土隧道、隧道施工技术、双侧壁导坑法、CD法、隧道防水层施工
0 引言
大断面公路隧道具有提高车速、缩短里程、节约燃料、节省时间等明显优点，也是今后隧道发展的一个趋势，但是大断面公路隧道有很多复杂的问题亟待解决，尤其是特殊地区三车道以上大断面公路隧道施工技术，还需近一步探索研究。此次依据黄延高速三车道大断面黄土隧道施工技术应用，从超前支护、隧道开挖工艺、支护方式以及防水工艺工法方面阐述隧道施工的技术工法，将大断面黄土隧道设计理论和施工工艺在工程实例中得以应用，为今后同类隧道施工提供技术参考和施工经验。
1 工程概况
黄延高速剪子岔二号隧道起点位于甘泉县东沟乡剪子岔村，穿越黄土残塬对面梁，设计为曲线型分离式隧道，隧道左右洞长度分别为555m、365m，最大埋深约94m。隧址区揭露地层由老至新依次有第四系中更新统离石组黄土（Q2eol）和上更新统马兰组黄土（Q3eol）。隧址区特殊性岩土主要为湿陷性黄土，其在隧道顶部塬顶发育湿陷性黄土,地下水以孔隙裂隙水为主。隧址区地下水位埋深底于洞室，地下水总体不丰富，在第四系黄土中有含水层；遇强降雨，降雨入渗，处于该段的洞室开挖时会有突水或少量集中涌水现象，极易坍塌，隧道预测涌水量左线为230m3/d,右线为151m3/d。
.png)
图1隧道施工断面图
2 施工关键技术
隧道进出口位于山体斜坡处，地形坡度较缓，坡角约25～36°；边坡土体主要为黄土，富含钙质结核，洞口斜坡薄层松散层易发生滑塌，隧道均为V级围岩。总体施工方案为：先分层小切口明挖法施做明洞；进行明洞仰拱施工；超前大管棚超前支护；隧道洞口加强段及V级围岩浅埋段采用双侧壁导坑法开挖；V级围岩深埋段采用CD法开挖施工。
2.1 超前支护
2.1.1套拱施工
根据洞口段开挖断面确定隧道套拱轮廓线。导向墙立拱架和模板灌注 C30 混凝土，截面尺寸为 0.55m×2m；导向墙内设4榀间距0.6m的I20a工字钢拱架，钢架外设Ф133壁厚4mm，长200m，间距0.4m的导向钢管，钢管与钢架焊接。钢架各单元由连接板焊接成型，单元间由螺栓连接。
2.2.2管棚施工
沿φ133导向钢管施作φ108超前长管棚，环向间距40cm。喷10cm厚混凝土封闭掌子面作止浆墙。利用导向钢管进行φ108管棚孔打设，外插角为2°，环向间距40cm。钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm，为使钢管接头错开，编号为奇数第一节管采用3m钢管，编号为偶数的第一节钢管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管。钢管上按梅花形间距15cm钻φ10mm的小孔,在钢管中放置一根Φ28通长钢筋，以增强钢管的抗拉强度和抗弯刚度，然后清孔并压注1:1水泥砂浆，注浆压力0.5～1.0MPa，终压2.0 MPa，试挖掌子面，无明显渗水即可开挖作业。
.png)
图2 隧道护拱立面图
2.2 洞身开挖
隧道洞口加强段及V级围岩浅埋段采用双侧壁导坑法开挖施工，“双侧壁导坑法”即沿隧道两侧对称设置两处导坑，每处导坑并分上下台阶进行开挖，同时对导坑靠中线部位用I20b工字钢支护，同洞身主钢架螺栓连接牢固。开挖时预留16cm沉降量，防止拱架下沉拱架侵入二次衬砌。
双侧壁导坑开挖顺序：先行导坑上部开挖（1）→先行导坑上部初期支护（2）→设置先行导坑中壁墙上部临时支撑（3）→先行导坑下部开挖（4）→先行导坑下部初期支护（5）→设置先行导坑中壁墙下部临时支撑（6）→先行导坑下部拱架封闭（7）→后行导洞上部开挖（8）→后行导洞上部初期支护（9）→设置后行导洞中壁墙上部临时支撑（10）→后行导洞下部开挖（11）→后行导洞下部初期支护（12）→设置后行导洞中壁墙下部临时支撑（13）→后行导坑下部拱架封闭（14）→中导洞上部开挖（15）→中导洞上部初期支护（16）→中导洞中部开挖（17）→中导洞下部开挖（18）→中导坑下部拱架封闭（19）→浇筑仰拱混凝土衬砌（20）→拆除中壁墙（21）→浇筑全周混凝土衬砌（22）。施工工艺图如下所示：
.png)
图3 双侧壁导坑法工艺图
V级围岩深埋段采用中隔壁法(CD法)可有效控制围岩的变化，单侧壁导坑开挖顺序：先行导坑上部开挖（1）→先行导坑上部初期支护（2）→设置先行导坑中壁墙上部临时支撑（3）→先行导坑下部开挖（4）→先行导坑下部初期支护（5）→设置先行导坑中壁墙下部临时支撑（6）→先行导坑下部拱架封闭（7）→后行导洞上部拱部开挖（8）→后行导洞上部初期支护（9）→后行导洞上部核心土开挖（10）→后行导洞下部开挖（11）→后行导洞下部初期支护（12）→后行导坑下部拱架封闭（13）→浇筑仰拱混凝土衬砌（14）→拆除中壁墙（15）→浇筑全周混凝土衬砌（16）。施工工艺图如下所示：
.png)
图4 CD法工艺图
2.3 初期支护
施做超前支护→找顶→架设钢架→挂设钢筋网→打设径向锚杆→喷C20砼至设计厚度→检查验收：喷射砼采用湿喷施工工艺，C20喷射混凝土，混凝土在拌合站集中拌合；钢拱架在加工厂集中加工，现场机械配合人工架设；锚杆采用TY-28风钻钻孔，人工安装，并采用注浆泵压注浆，保证灌浆饱满；φ22锚杆尾与钢架焊接牢固，并设置垫板和螺母；φ8钢筋网在加工场加工成型，现场人工辅助机械安装，钢筋网片大小按1.8×2.4m规格加工，网片间搭接长度不小于一个网格。超前小导管采用φ50壁厚4mm热轧无缝钢管制作，长5m，前端10cm做成锥形，尾部焊接φ6钢筋加筋箍，管口段应有不得小于30cm钢管不开孔，其余部分每隔15cm交错钻8mm眼孔。
2.3.1 湿喷法喷射砼
喷射砼各种材料按照配合比进行干拌，运至施工现场，先开风、送料，再开水，后开速凝剂阀门，以易粘结、回弹小、表面湿润光泽为准。严禁随意增加速凝剂和防水剂掺量，尽量用新鲜的水泥；喷射机的工作风压严格控制在0.1～0.15Mpa范围内。严格控制好喷嘴与受喷面的距离和角度，喷嘴与受喷坡面垂直，有钢筋时角度可调至70°左右，喷嘴与受喷坡面距离控制在0.8-1.2m范围内，喷射顺序自下而上、分段、分部、分块进行，料束呈旋转轨迹运动，旋转半径30cm，一圈压半圈，喷射路线呈S形运动，每次S形运动长度为3～4m，喷射纵向第二行时要依顺序从第一行的起点处开始，行与行间须搭接2～3cm料束旋转速度，原则上要均匀不宜太慢或太快。喷射过程中应及时检查混凝土的回弹率和实际配合比。喷射混凝土的回弹率：边墙不应大于15%，拱部不应大于25%。
喷射层厚度边墙7～10cm，拱部5～7cm，厚度过大会削弱混凝土颗粒间的凝聚力，促使喷层因自重过大而脱落，或拱顶处与围岩面间形成空隙；如果一次喷射厚度过小，则粗骨料容易回弹，后一层与前一层喷射时间间隔12～20min，喷射混凝土厚度采用预埋钢筋法测设，不够设计厚度的重新加喷补够。
2.3.2 型钢拱架施工
主要施工技术：立设型钢拱架、挂网、打设锚杆；钢拱架底部沿纵向设置30a槽钢托梁，钢架按照设计间距0.6m一榀进行架设，安装时使段与段之间的连接板结合紧密，不留缝隙，钢架在台架上逐榀安装，各节钢架间连接板必须连接密贴，然后用M20*60mm螺栓螺母连接牢固，螺栓连接时螺母方向应交错开布置。钢架沿外缘每隔2m用钢楔或混凝土预制块楔紧，钢架与锚杆焊接牢固，相邻钢架之间纵向采用Φ22mm钢筋连接，连接筋环向间距1m，在钢拱架内、外缘交错布置，焊接采用周边焊，同钢架焊接牢固。分步开挖施工时，钢拱架拱脚及拱腰处打设Φ50mm的锁脚锚管，锚杆长度5m，每侧拱脚及拱腰处数量为2根，锁脚锚管的尾部必须与钢拱架焊接在一起。钢架与围岩间的间隙应用喷混凝土充填密实；喷射混凝土应全部覆盖钢架，保护层厚度不得小于4cm。开挖下台阶时，应在钢架拱脚下设砼垫块，砼垫块、岩石和钢架连接密实、牢固。
2.3.3 钢筋网施工
钢筋应冷拉调直后使用，钢筋网铺设平整，与钢架联结牢固，网片之间搭接长度不小于20cm（一个网格）。钢筋网在洞外加工成1.8×2.4m钢筋网片，钢筋网片网格采用点焊连接在锚杆上。安装时，钢筋网紧贴受喷岩面的起伏铺设，钢筋网的混凝土保护层不小于3cm，且与锚杆连接牢固，在进行喷射作业时不颤动。
2.3.4 φ22早强砂浆锚杆
拱部、拱墙采用带排气装置的Φ22早强砂浆锚杆，锚杆间距深埋段1.0×0.75m、浅埋段1.0×0.6m（环×纵），锚杆长深埋段5m、浅埋段5m；所有锚杆尾部均配备垫板和螺母，钻孔前先标定钻孔位置。孔深须大锚杆设计长度10cm，锚杆孔距允许偏为±15cm，先将孔内积水、积粉及岩碴吹洗干净。Φ22早强砂浆锚杆采用多功能台架安设，锚杆端头安装垫板并与喷砼面密贴，设好孔口注浆塞。锚杆的插入长度不得小于设计长度的95%。锚杆施工完成后，进行拉拔试验。
2.3.5 超前小导管支护
超前小导管配合钢架使用，相邻两排小导管的水平搭接长度不小于1.5m，小导管采用热轧无缝钢花管，单根长5m，外径50mm，壁厚4mm，环向间距0.4m。倾角：前排30°，后排7°交错布置，注浆材料为水泥净浆，比重1:1，当岩层变化时可根据现场调整，注浆压力0.5～1Mpa。小导管制作在前部钻注浆孔，孔径8mm，间距15cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部预留30cm止浆段不钻孔。
2.4 防水层施工
隧道明洞段采用粘土隔水层作为第一道防水线防止地表水渗漏，明洞衬砌外铺设三油两毡为第二道防水措施；暗洞隧道在初期支护和二次衬砌间敷设一层复合防水板（1.2mm厚EVA防水板+土工布），防水板敷设范围隧道拱顶至边墙下部引水管；二次衬砌沉降缝采用中埋设橡胶止水带止水+P-201膨胀止水胶，施工缝采用P-201膨胀止水胶。在V级围岩地段每隔30m以及距衬砌洞口100～200m范围衬砌每隔20m间距设置变形缝，明洞衬砌每8m及明暗交界处设置一道变形缝，在每处衬砌类型变化处设置一处沉降缝；变形缝宽2cm；施工缝按9m一处进行设置；二衬衬砌表面每个施工缝、变形缝均应预留宽5cm、深2.5cm的凹槽，防止衬砌产生不规则的裂缝。
初期支护时根据围岩水量大小设置环向排水半管，在无水的地段每隔10m环向设置一道，在有水的地段可根据实际情况适当加密，凡是喷射混凝土表面产生裂缝漏水处均需要设置环向排水半管。对于土质隧道在设置环向排水半管的地方，主洞每环沿隧道径向预埋3根长度5m的PVCΦ50*5mm塑料引水花管，然后将排水半管的水引入衬砌两侧墙脚外侧的纵向排水花管中，纵向排水管中的水经横向排水管引入中心排水管（沟），然后通过隧道口外的保温出水口排出洞外。对于隧道长度≤500m，隧道全长采用中心排水管；对于隧道长度＞500m的隧道，进出口200m范围内采用中心排水管，洞内其他段落采用中心排水沟。沿隧道在边墙下部对称设置侧向检查孔，间隔50m，方便维修及利用高压水冲洗疏通。中心排水管（沟）每200m设置一处中心检查井，方便维修。
2.5 二衬施工
在仰拱砼施工时，将台车上所有的注浆孔全部打开，从衬砌台车的一侧接入砼输送泵的输送管道，调试砼搅拌设备及砼配合比后开始浇筑。砼在台车的一侧浇筑高度在大于3m后，便要将管道转移到台车的另一侧，以平衡砼自重所带来的偏压力，防止将台车挤压偏位，造成胀模。砼入模后要及时的振捣，振捣采用插入式振动器，位移间距应不超过振动器作业半径的1.5倍，与模板应保持50～100mm的距离，且插入下层混凝土的深度宜为50～100mm，每一振点的振捣延续时间宜为20～30s，在施振过程中要注意对预留及预埋件的保护，以免将其损坏，失去作用，在弧顶部位的砼可采用附着式振捣器对其进行的振捣。
3 结语
通过对剪子岔黄土三车道大断面隧道超前支护、开挖工艺及防水等工法施工实践，并在施工过程中对各支护的受力状态、地表和拱顶沉降及围岩收敛各项指标进行监控量测，各项指标均在设计规范要求范围内，且超前管棚支护对隧道拱顶围岩的稳定性、地表下沉和拱顶沉降起到了很好的效果；因地制宜，YAS排水半管能紧贴岩壁，有效引排围岩局部的渗水，在大断面黄土隧道排水系统中起到非常重要的作用。通过此次三车道大断面黄土隧道各项组合支护施工工艺的实践，为同类隧道施工提供宝贵的经验。
参考文献：
[1] JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S]
[2] JTG/T D70-2010,公路隧道设计细则[S]
[3] JTGF60-2009,公路隧道施工技术规范[S]
[4] JTC/TF60-2009,公路隧道施工技术细则[S]
[5] GB50108-2008,地下工程防水技术规范[S]