永福屯隧道马头门施工工艺分析

2020-03-01陈斌

西部交通科技 2020年5期

陈斌

摘要：隧道施工中，若遇到各种设备房与隧道主洞交差较为复杂的情况，采用马头门施工工艺能较好保障施工过程中的洞体稳定安全。文章结合永福屯隧道工程实例，介绍了马头门施工工法及其优点，分析了其施工质量控制措施。

关键词：隧道;马头门;超前锚杆;施工工艺

0 引言

考虑到消防安全的必要性，公路隧道常常设有人行及车行横洞，用以在紧急情况下引导人与车及时疏散所用。横洞与隧道主体连接处，形状与马头极其相似，故名为马头门。马头门由于其结构型式特殊，与隧道标准段施工方法有较大差异，在隧道施工中属于重要的节点工程。

1 工程概况

永福屯隧道位于广西壮族自治区柳州市融安县泗顶镇以南山岭中，其中永福屯隧道进口端右幅桩号K61+192～K63+000，长1808m，左幅桩号ZK61+220～ZK63+015，长1795m。该隧址区属构造溶蚀峰丛洼地、谷地地貌区，隧道通过地段地面标高在339.00～728.00m之间，相对高差约389.00m，地势起伏相对较大，山坡坡度较陡，隧道最大埋深约301m，洞轴线进口走向方位角约262°，洞身段走向方位角约289°，出口走向方位角约282°，单幅隧道净空11.0m×5.0m。隧址区出口处于一稍缓斜坡上，坡度约15°，坡向约296°，未发现失稳前兆及会引起失稳的环境因素等。

本工程包含7个人行横通道和8个车行横通道，以及地下风机房联络通道、送排风通道、运输通道和逃生通道、降压变电所通道等，均需要进行洞门破除施工。洞门施工处理不当易导致交接面失穩，形成坍塌事故，因而如何同时进行如此多的洞门破除施工是本工程的控制性节点，为确保施工质量和安全，本标段洞门施工采用马头门施工方案。

2 主要施工工艺

（1）对比地勘报告及施工图，核对隧道所在围岩类别，并按照施工图要求打设超前小导管或超前锚杆。先施工放样，沿隧道开挖轮廓线位置，准确标出超前小导管或超前锚杆的位置。小导管采用80mm的花管，壁厚4mm，沿掌子面间距40cm进行施打，每根长5m;超前锚杆采用直径22mm的HRB400钢筋，沿掌子面间距30cm进行设置，每根长5m。

①超前小导管施工工艺。

在横通道工作面开挖前，沿掌子面的轮廓线施工带孔小导管，目的在于通过小导管上的开孔，利用岩体内部压力注浆使其固结稳定，一般此加固范围在0.5～1.0m左右。加固完成后方可进行接下来的工序。

a.小导管采用80mm的花管，壁厚4mm，压入围岩段的端头进行焊接封闭，并使其形成尖端状态，方便其进入岩体内部。

b.注浆采用水泥浆，其水灰比控制在0.8：1～1：1之间。

c.风钻将小导管顶入孔内，或预先采用钻机成孔，然后置入小导管。检查导管内有无充填物，如有充填物，用风管吹出或掏钩勾出。

d.水泥浆搅拌均匀，注浆终孔压力控制在1～1.5MPa，导管注浆速度不宜过快，一般控制每根导管总进量应在30L/min以内。

②超前锚杆施工工艺。

在横通道工作面开挖前，沿掌子面的轮廓线施工超前锚杆，锚杆本身像钉子一样，将开挖扰动的松散岩体钉在深处稳定坚固的岩体上，使其协同受力[1]。因此，超前锚杆施工的关键工艺是注浆是否密实，能否将松散岩层与稳定岩层较好地结合起来。

a.根据施工图纸，准确定位出锚杆所在位置，做出标记。

b.在钻孔操作过程中，需要应用到手持风钻，通过长短钻杆的相互配合来顺利钻孔，这一过程中需要控制好钻头直径，令其比锚杆直径大15mm左右，移动钻孔台架至施工面，由专业施工人员对钻机进行操作，同时掌钻，将钻杆推进。在掌钻的同时，对准眼位并控制好钻孔方向。钻研深度较大的情况下，可先使用短杆后使用长杆，以加强钻孔质量控制。

c.成孔后，对孔位重新核实，并探查孔深是否符合设计要求。检查合格后，对孔内进行清理，确保孔内无杂质。采用人工安装或机械安装方式，将钢筋放置入孔中，并及时安装对中支架及止浆塞等附属物。

d.之后进行注浆施工，根据设计要求进行全粘结锚杆施工，对孔内适当进行返浆处理。带锚杆浆液凝固后，根据设计要求进行锚杆拉拔力测试，满足要求后，及时封锚。

（2）根据开挖施工示意图进行挖土施工，按分区工序严格执行，并缓慢破除开挖范围内的初期支护喷射混凝土，留存工字钢架。

（3）为保证马头门的拱顶稳定，需设置马头门暗梁。根据本次洞口设计尺寸采用如下方法：沿马头门上方设置6根22mm的钢筋内外两侧焊接，钢筋间距为15cm。梁周主筋需进行箍筋加强，根据计算，采用8mm的钢筋弯成矩形，每一箍间距为25mm。钢筋间均采用焊接处理，焊缝密实饱满，形成一道高30cm、宽24cm的暗梁，同时安装22mm药卷固定锚杆，然后喷射混凝土覆盖，在马头门上方形成一道支撑，防止在切割工字钢架时造成的隧道正洞拱顶下沉。

（4）切割开挖范围内的工字钢架，形成侧向开挖通道。应注意及时在暗梁下方架设洞口工字钢架托梁，托梁与切割后工字钢连接，并用竖向支撑将拱顶托梁落地，形成较强的刚度用以支承上覆压力。如图1所示，架设工字钢架托梁及竖向支撑，同时采用锚杆加固。

（5）爆破开挖2m后，施以后续洞室初期支护，再继续洞室开挖。

3 施工质量控制

3.1 喷射混凝土质量控制

混凝土喷射施工中，应保证作业的连续化，并且与强度、厚度及岩面粘结力方面的设计要求相符合。开挖后初喷混凝土，复喷过程中需结合掌子面地质情况和一次爆破药量，进行分层次、分时段的喷射作业，保证支护能力良好，并控制好喷层厚度，喷射混凝土终凝后3h内不可开展爆破作业。

（1）喷射作业时，应保证喷头与受喷面垂直正交，并保持有一定的配设间距。喷射应自下而上进行，切忌断喷及移动速度较快。当岩面超挖形成凹面时，应清理干净并先将凹面喷平[2]。

（2）喷射施工应分层进行，务必确保前一层混凝土终凝完成，再进行下一层混凝土的喷射。若间隔时间较长，再次喷射前应采用水枪将表面清理干净。

3.2 锚杆施工质量控制

（1）为确保操作的规范性，需要进行力学试验和工艺试验，确认无误后方可使用锚杆。

（2）就锚杆的组成情况来看，包括杆体、垫板、螺母等，基于设计要求来确定锚杆材料品种，并从外观质量、抗拉强度、加工锚杆杆体尺寸这几方面进行检验。具体来说，在外观质量检验过程中，要确保杆体直径保持均匀且一致的状态，不可出现锈蚀或者弯折。在抗拉强度方面，需要确保工程情况和设计要求相符合。对于加工后的锚杆杆体尺寸，需要与设计要求相符合，车丝部位不可出现偏心的情况。对于焊接件来说，焊缝表面不可出现缺陷，比如裂纹或者焊瘤等。

（3）在初喷混凝土之后方可开展锚杆施工，锚杆垫板基面需保持平整，以便加强施工质量控制。

（4）锚杆钻孔应符合下列要求：

①施工前需先根据施工图纸准确定位锚杆位置，孔位允许偏差为±150mm;

②钻孔施工时，应多次复核其余围岩面的交角，确保其正交入岩;

③一般而言，钻孔直径会比钢筋直径大，因而成孔时需确保孔洞足够进行钢筋插入施工，且满足其他配件如对中环等配套;

④钻孔入岩深度需满足设计要求，并在成孔后及时清理孔底，确保注浆施工时孔底返浆不带杂质。

（5）局部进洞段落根据地勘报告，围岩岩层定性为软岩，锚杆施工时需控制注浆压力，防止松散岩体因压力过大形成块体脱落。必要时可采用较小的压力进行二次注浆，确保注浆的密实度及粘结强度。这样施工后的围岩强度较高，确保了未来的行车安全[3]。

（6）锚杆施工完成后，需及时封锚。封锚时应注意检查垫板是否按照设计进行安装，其对锚杆拉拔力检测起到重要影响。

3.3 钢筋网施工质量控制

（1）钢筋网材料采用HPB300钢筋，直径8mm，网格间距为200mm×200mm，每两片网片需搭接1～2个网格，并确保焊接质量，使其形成一个整体。

（2）铺设钢筋网应符合下列要求：

①贴近围岩表面先进行一层混凝土喷射，待其初凝后，再铺设钢筋网;