隧洞支洞施工方案优化措施

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1支洞施工方案优化措施及建议

1号隧洞支洞工程历时近50d开挖完成，受施工场地限制及围岩浅埋透水、砂砾石地层胶结性差等问题困扰，施工方案经多次调整完善后逐步摸索出适宜的工法，不仅提高了施工进度，还减少了投资，取得了较好效果，而在工程实施过程中设计方案也暴露出一些问题及弊端，现将相关优化措施及建议总结如下：

1.1进洞方案的优化调整措施

采用锚杆、管棚等超前加固支护措施是隧洞进洞脸施工的有效工法，在1号隧洞支洞技施阶段，设计采用准45，L=4m管棚进行围岩加固，但在做施工方案现场试验过程中发现该型管棚钢管强度小且钻进长度有限，更无法实现在松散的砂砾石中预先造孔后期插入。鉴于上述情况，工程实际施工过程中对原方案进行了较大调整，采用增设1m假洞固定准108，L=3m管棚进行超前支护，即在洞脸前先架设三榀型钢拱架并在洞顶120°范围内间隔20cm预埋准120导向管，拱架固定完成后架立模板浇筑混凝土形成1m假洞，待混凝土强度满足要求后，采用CM356型潜孔钻配准108型偏心潜孔锤延预埋导向管钻进，达到锚固深度后将钻机移位安装注浆花管进行注浆，待全部施工完成即可形成长约2m的超前支护管棚。采用假洞固定准108管棚可对洞脸拱架进行有效固定并提供一定的侧向压力，大大提高了洞脸围岩的稳定性及施工效率，保证了支洞安全高效进洞。

1.2超前支护形式优化调整措施

在支洞段前期开挖施工过程中，现场按原技施方案采用准32，L=2m自进式中空锚杆进行超前支护，但由于锚杆较长且材质偏软，在实际钻进过程中飘管情况严重，不规则的钻进面反而对岩体产生较大扰动，致使坍塌情况更为严重。后期经过现场多次试验调整，将超前支护改为材质更硬且便宜的准25，L=2m的螺纹钢代替，并在锚杆击入前在近掌子面格栅内环加装准50，L=50cm的导向管，导向管与掌子面夹角控制在15°以内，经过改良有效地控制了锚杆钻进角度，锚杆紧密排列钻进面齐整有序，从根本上杜绝了飘管现象，超前支护体系整体支撑效果显著，洞顶坍塌得到了有效控制。就经济比较来看，准32，L=2m自进式中空锚杆造价169元/根，准25，L=2m的螺纹钢锚杆及准50，L50cm的导向管每套造价115元，仅此一项可直接减少工程投资近5万元，缩减比例超30%。

1.3二次衬砌方案优化调整措施

支洞原设计方案采用型钢拱架喷护混凝土加现浇混凝土二次衬砌支护形式，其中一次支护采用16号工字钢，喷护C25混凝土，格栅榀距50cm，二次衬砌边顶拱衬厚50cm，底板采用20cm厚素混凝土结构，受无定型模板及开挖衬砌交叉作业等因素影响，在编制具体施工组织方案时发现该方案施工工序复杂、周期长且干扰大，难以实现平行作业。就上述问题参建单位进行专项研究，经结构复核计算证实，在原方案一次支护基础上再复套一层拱架并喷射混凝土，可以满足结构安全技术要求，达到永久支护目的。按此原则在工程具体实施过程中，进口段10m洞段仍按原设计进行现浇混凝土衬砌“锁洞口”施工，其余洞段则在原设计一次支护基础上，复套拱架进行加强支护，拱架设计标准及加工工艺与原设计一致，施工中增设连接插筋保证两层拱架连接牢固，分层喷护混凝土保证混凝土结合密实，并在主支洞交叉段前15m增加一套收敛变形观测仪，适时观测围岩变形数据确保施工安全。后经持续1个月的观测，围岩累计收敛变形仅4mm，可断定已处于稳定状态。综合分析上述优化调整措施，采用复套拱架加强支护方案，可充分利用现有施工设备及人员实现复制作业，在满足支护强度要求确保工程安全前提下节约资金50余万元，并实现提前40d主支洞交叉贯通，大幅缩短了工程建设周期。

1.4缩减支洞开挖尺寸的优化建议

支洞原设计方案为衬后尺寸6.2m×6.2m的城门洞型，就此断面结构在设计方案讨论过程中曾提出缩小断面的优化建议，而设计单位以便于施工组织为由不同意进行变更，但从实际施工效果来看，该支洞近1/4空间作为临时仓库被占用，并没有实现双向通车等理想使用状态。就此情况，通过对1号隧洞支洞控制洞段施工方案及组织形式综合分析，支洞具备单向通车能力就可以保障现场施工需要，再充分考虑行人通道、施工通风、供水供电及衬砌台车拼装等因素，支洞衬后尺寸调整为5m×5m最为适宜，由此可在减少投资30余万元的基础上大大减少工程开挖及支护强度，可有效缩短工期10d以上。

1.5支洞设计坡度的优化建议

1号隧洞支洞工程100m明挖段及64m洞挖段设计纵坡均为12%（相应的倾角为7°），而就现场通用的施工机械爬坡能力及工作效率来看，这一纵坡明显偏小。在该地区已建成另一隧洞工程新疆达坂隧洞Ⅲ标段，全长526.4m的支洞采用17％的纵坡，该支洞采用同样的自卸车出渣工法有效地保证了5.2km主洞施工，但由于该纵坡坡度几近出渣车辆满载爬坡极限对设备磨损较大，在施工后期车辆抛锚降效情况较多，且维修成本较大。综合考虑上述因素及现场施工实际情况，支洞纵坡易采用15%（相应的倾角为8.5°）较为合理，在最大限度发挥机械功效的基础上可缩短明挖长度20m，缩短洞挖长度11m，减少投资20余万元，缩短工期近15d。

2结语

1号隧洞支洞工程施工地质条件差且外部环境复杂，在施工过程中通过对原设计中进洞方案、超前支护形式、支洞二次衬砌方案多个环节进行优化调整，不仅降低了工程施工难度提高了施工效率，还可大幅减少工程投资及施工成本；对缩减支洞开挖尺寸及调增设计坡度的优化建议，可供类似工程特别是长支洞引用借鉴。

作者:刘林涛 单位:新疆伊河建管局