隧道钢拱架基底处理要点

隧道钢拱架基底处理要点刚参加工作头两年，在西南山区一条大断面软岩隧道施工，跟着老班长盯立架，那天班组赶进度，上台阶拱脚位置留了半米多厚的爆破浮渣没清，工人拍着胸脯说“没事，垫了两块大石头，稳得很”，老班长当时就火了，硬逼着所有人停下来清渣。我那时候还觉得老班长太较真，不就是点石头子么，结果当天相邻标段就出了事：和我们同地质的段落，也是拱脚垫了浮渣，刚喷完混凝土四个小时，上半断面拱架整体沉了二十多公分，幸好没人在跟前作业，不然后果不堪设想。从那时候我就记住了老班长说的那句话：“拱架是死的，人是活的，你糊弄它脚底下，它就糊弄你命”。这么多年在隧道施工现场摸爬滚打，见过大大小小因为钢拱架基底处理不到位导致的变形、沉降甚至险情，越来越觉得，钢拱架稳不稳，三分靠拱架本身的加工和安装精度，七分看基底处理是否到位。这看上去不起眼的、拱架落脚的几十平方厘米的小地方，恰恰是整个初期支护受力体系的“命门”——不管拱架的型钢规格多大、连接螺栓拧得多紧、锚杆打得再多，只要基底虚软、受力不实，整个初期支护就是“架在豆腐上的铁架子”，迟早要出问题。1钢拱架基底的核心作用与常见失稳诱因要真正把基底处理做到位，首先得搞懂这个位置在整个支护体系里到底起什么作用，又最容易在哪些地方出问题，不能凭着经验蛮干。1.1基底的核心受力逻辑很多刚入行的技术员有个误区，觉得钢拱架是靠系统锚杆和锁脚锚管“吊”在围岩上的，基底好不好只要差得不多就没影响，这其实是完全错误的。整个钢拱架是一个闭合的环形受力结构，上半断面承受的竖向围岩压力、侧墙段承受的水平侧向压力，最终都要传导到拱脚和仰拱的基底位置，就像一个人站在地上，全身的重量最终都压在脚掌上，你哪怕上半身肌肉再强壮，要是脚底下踩在稀泥或者滑溜溜的斜坡上，肯定站不稳。尤其是我们常用的台阶法施工，上台阶开挖之后、仰拱封闭成环之前，整个上半断面三四米甚至更高的钢拱架，所有的重量、所有的围岩压力，完完全全压在两侧拱架的落脚位置，这个时候的基底根本不是什么可有可无的构造细节，而是整个支护体系唯一的承重支点。说得直白点，锚杆和锁脚是“保险绳”，基底才是真正承重力的“脚”，保险绳再结实，脚站不稳，早晚要滑下去。1.2基底失稳的常见诱因结合这么多年的现场经验，基底失稳说来说去无非几个原因，说出来都不复杂，却几乎在每个工地都反复出现。第一是浮渣清理不到位。这是最常见也最要命的问题，班组赶进度的时候，放炮落下的松散石渣、脚底踩的泥块，随便扒两下就把拱架架上去，看着是垫平了，其实下面全是松的，一受力就往下沉，沉个几公分看起来不多，足够把拱架的连接焊缝挣开、把喷混凝土层扯裂；我见过最夸张的一个班组，拱脚位置超挖了60公分，直接用松散的千枚岩碎渣填上来，表面抹平了架拱架，还跟我说“师傅你看这平得很，绝对没问题”，结果架完第二天沉降就到了2公分，拆开喷层一看，拱架脚直接陷进去15公分，下面的渣用手一捏就碎。第二是基底遇水软化。在泥岩、千枚岩、炭质页岩这些软岩地段，围岩本身就软，一旦被裂隙水或者施工用水泡上一两个小时，表层十几公分就会软化成橡皮泥一样的状态，看着表面有层硬壳，一压一个坑，拱架架上去不沉才怪。第三是接触刚度不足。有的工人随便找两块碎石往拱架脚下面一塞就算垫了，拱架脚板和基面只有几个点接触，大面积悬空，受力的时候应力集中，很快就会把下面的岩面压碎，越压越沉。更有甚者图省事垫木板、垫编织袋包的土块，压两天木板碎了、土块散了，拱架直接悬空。第四是基面偏斜。拱架落脚的位置如果是顺着岩层倾斜的坡面，尤其是向外倾斜的边坡，哪怕下面是硬岩，拱架受力之后也会顺着坡面往外滑，就像人站在斜坡上，不往后使劲就会往下溜。搞懂了这些基本的诱因，我们顺着施工的全流程一步一步管控，才能把基底处理的要求真正落到位，而不是挂在墙上当标语。2施工全流程的基底处理核心要点很多人觉得基底处理就是架拱架之前拿铲子扒两下渣，其实不是——从开挖打炮眼的那一刻开始，到拱架喷完混凝土封闭，每一步都和基底的质量息息相关，哪一步走了样，后面再补都事倍功半。2.1开挖阶段的基底预管控真正的质量控制要做在前面，等开挖完了再补，好多问题已经解决不了了。2.1.1严格控制拱脚位置的开挖轮廓钻爆施工的时候，拱脚位置的炮眼角度、装药量要专门调整，既不能欠挖——欠挖了拱架架不进去，工人就会硬把拱架往上抬，下面空着塞石头；也不能超挖太多——超挖多了就容易用虚渣回填。原则上拱脚位置的开挖误差要控制在10公分以内，尤其是要顺着钢拱架的设计轮廓线挖，不能在拱脚位置挖成向外倾斜的坡面，更不能留下松动的岩坎。之前碰到过一个班组，为了出渣方便，故意把上台阶拱脚位置挖成向外的下坡，车轮是好走了，结果架上去的拱架一受力就往外滑，最后花了两倍的功夫去补加固。2.1.2做好开挖后基底临空面的即时保护软岩和富水段的基底最娇气，挖开之后暴露在空气中、被水浸泡的时间越长，软化得越厉害。所以开挖出渣之后，第一时间要在拱脚外侧挖一条临时小排水沟，把顺着岩壁流下来的水引走，不能让水积在拱脚位置泡着基岩。出渣的时候也要提醒挖机司机，别让履带反复在拱脚位置碾压，把本来坚实的岩面碾成碎渣。有经验的老师傅都知道，硬岩层晒一天都是硬的，软岩层泡一个小时就软透了，早做十分钟的排水，比后面加两根锁脚都管用。2.2架立前的基底清理与验收要点清渣是最基础的活，也是最容易走形式的活，必须把标准卡死，绝不能含糊。2.2.1浮渣清理的实操标准别听班组说“清干净了”就签字，所谓的清干净，是要把拱架落脚位置的所有松渣、泥块、积水全部清走，直到露出坚实的原岩面，清理的范围要比拱架脚板的尺寸每边宽出至少20公分，不能只清脚板下面那一小块巴掌大的地方——要是周围全是虚渣，拱架一压，周围的渣先垮，拱架一样会歪。遇到表面有放炮震松的风化层、软泥层，要拿风镐或者撬棍往下抠，一直抠到撬棍敲上去发出“咚咚”的实心声为止，要是敲上去是“噗噗”的空响，说明下面还是软的，绝对不能过。2.2.2平整度与标高核验清完之后，先拿水平尺比一下基面，要大致平整，不能一头高一头低，更不能有向外倾斜的坡度；然后测量班要测准拱脚位置的标高，算好拱架的高度，不能为了凑拱架长度，把拱架往上抬老高、下面垫一堆石块，也不能把拱架截短硬往下塞。这里说个简单的验收技巧：不用光盯着仪器上的数字，自己伸手到拱架脚板下面摸一圈，要是能塞进去一个手指头，就说明没贴实，必须重新找平，别小看这一公分的缝隙，受力的时候这点空隙就够让拱架产生几毫米的偏心，时间长了沉降就会越变越大。把浮渣清干净、找好标高只是基底处理的基础，现场地质条件千差万别，要是遇到软岩、富水、偏压这些特殊情况，光靠清到硬面还远远不够，必须根据地质条件匹配对应的强化措施，才能保证基底扛得住上部的压力。2.3不同地质条件下的基底强化处理要点隧道里的地质变化快，不能用一个办法对付所有地段，得拿着地质锤敲着岩面调整处理方式。2.3.1硬质岩地段的基础处理很多人觉得硬岩段承载力够，不会出问题，恰恰是这种麻痹思想最容易惹麻烦。硬质岩段的爆破往往会在拱脚位置留下不少凹坑和松动岩块，清理干净之后，局部凹进去的地方要用细石混凝土或者坚硬的片石垫平，不能让拱架脚尖点在凸出来的岩块上悬空，不然硬岩的应力集中很容易把拱架的型钢压变形，甚至把焊口崩开。之前在一个II级围岩的洞口段，大家都觉得硬岩没问题，结果有一榀拱架的脚刚好卡在一个斜的岩棱上，半边脚板悬空，过了半个月旁边掉了个小石块，拱架一下就歪了三公分，费了好大劲才顶回来。2.3.2软岩、大变形地段的基础强化软岩地段是基底失稳的重灾区，清完渣之后首先要确认基底承载力，要是承载力达不到设计要求，必须往下挖20到30公分，用碎石或者早强混凝土换填，压实之后再架拱架。为了减小基底的压应力，可以把常规的150150毫米拱架脚板，加大到200200甚至300*300毫米的厚钢板，增大接触面积，就像人在雪地上走路穿雪鞋，就不容易陷进去。这里要特别提一句锁脚锚管——锁脚锚管不是随便打两根铁管子就行，必须和拱架腹板焊接牢固，打设角度向下倾斜15到30度，穿透表层软岩打进硬岩里，再注满水泥砂浆，相当于给拱架的脚钉上防滑的鞋掌；最忌讳的就是锁脚往上翘、焊口只点两下、不注浆，那样的锁脚就是个摆设，一点力都承不住。2.3.3富水、涌泥地段的基底处理这种地段最大的敌人就是水和泥，要是脚底下是淤泥土，再大的脚板也会陷进去。处理的时候先引水，用小导管把拱脚位置的裂隙水引到临时排水沟里，别让水到处流；然后在基底位置铺一层10公分厚的碎石做透水层，再浇5公分厚的早强混凝土打个硬壳，等硬壳有了强度再架拱架。要是淤泥土层特别厚、承载力实在不够，就在两侧拱脚位置通长铺20号槽钢当纵向托梁，把相邻几榀拱架的脚都连在槽钢上，把单个拱架的受力分散成一整道梁的受力，之前碰到过一段淤泥质地层，一开始架一榀沉一榀，后来加了通长槽钢托梁，沉降一下就稳住了。2.3.4偏压、浅埋地段的基底处理傍山浅埋段和偏压段的拱架受的是不对称的力，很容易往埋深浅、压力小的一侧推挤，所以拱脚位置的基面一定要做成向内倾斜5到10度的反坡，绝对不能做成向外的下坡——就像人站在坡上，脚面外高内低，就不容易往外滑。如果拱脚位置是松散的坡积土，要把松散土挖掉换填混凝土，必要的时候在拱脚下面打两根竖向的微型钢管桩，一直伸到下面稳定的岩层里，把拱架托住，不然下两场雨把泡积土泡软，拱架很容易往外偏移。技术方案定得再细，终归要靠工人一撬一垫去落实，很多时候方案没错，地质也不差，偏偏就在架立的小细节上出纰漏，最后功亏一篑。2.4架立过程中的操作细节管控这些细节说起来都是小事，却能直接决定基底处理的成败。2.4.1做好架立过程的基底保护用挖机吊拱架对位的时候，要提醒挖机司机慢起慢落，不能吊着拱架往基面上硬撞，也不能让拱架在基面上反复蹭，不然很容易把清好的硬面撞散、搅成泥渣；如果拱架落位的时候发现基面被破坏了，必须把拱架重新吊起来，重新清到硬面再放，不能稀里糊涂往下落。2.4.2严格控制脚垫材质绝对禁止用木头、砖块、虚土块当脚垫，必须用厚度不小于1公分的钢板、C20以上的预制混凝土块或者质地坚硬的片石，垫的时候要整个脚板下面均匀受力，不能只垫一个角，垫完之后的缝隙要用早强水泥砂浆塞严实，不能留下空隙。之前见过最离谱的班组，拱脚垫了个硬纸壳包的土块，表面看着平整，第二天脚就沉下去两公分，让人又气又笑。2.4.3强化整体连接刚度拱架落位找正之后，要尽快把相邻拱架之间的纵向连接钢筋焊牢，两个相邻拱架的脚板之间最好也用短钢筋连起来，让几榀拱架手拉手站在一起，就算其中一个位置稍微软一点，力也能传到旁边的拱架上，不会单榀拱架往下沉。架完之后，优先把拱脚位置的喷混凝土喷满，把脚板和基面裹成一个整体，既防水进去泡，也能防止后续出渣的车把拱架碰歪。钢拱架架完、喷完混凝土不等于万事大吉，围岩受力是个动态变化的过程，哪怕施工的时候全按标准做了，也可能因为围岩变形、水流冲刷出现意料之外的问题，这就得靠后期的动态管控和快速处置，把隐患消灭在萌芽状态。3常见基底问题的应急处置与长效管控3.1日常排查的核心关注点每天进洞巡查的时候，别光抬头看拱顶掉不掉块，多蹲下来看看拱脚位置：瞅一瞅拱脚的喷混凝土有没有被压碎的裂纹、有没有和基面脱开的缝隙，摸一摸脚板位置是不是硬实，看一看拱脚旁边有没有积水、有没有水流把基座下面的土冲空。不要等沉降观测的数据报警了再去处理——等每天沉降超过1公分的时候，基底往往已经软了一大块，处理起来要费几倍的力气。日常巡查的时候用撬棍敲一敲拱脚的喷层，如果有空响声，大概率是下面已经脱空了，赶紧处理。3.2不同程度变形的补救措施如果只是出现很小的缝隙、沉降速率每天不到1毫米，可以先把拱脚旁边的虚渣清开，拿钢楔子打进脚板和基面的缝隙里打紧，再补打两根锁脚锚管焊牢就行；如果沉降速率快、每天能沉1到2公分，说明下面的基底已经被压碎了，这个时候不能硬等，要赶紧在拱架侧面加斜向支撑，同时掏出拱脚下面的松渣，垫入钢板或者打设竖向钢管桩注浆，把拱架牢牢托住。千万不能抱着“再等等看”的心态，沉降越发展，背后的围岩松动范围越大，最后搞到要拆换拱架，既费钱又危险。3.3落地见效的管控机制说实在的，基底处理没什么技术难度，核心就是要克服“省一点事、凑活一下”的惰性，所以现场管理不用搞太多高大上的制度，能用简单法子管住人就行。我们之前在工地上推过最管用的办法就是“撬棍验收法”：不管班组怎么说清干净了，现场值班的技术员必须拿1.2米长的撬棍，顺着拱脚位置扒一遍、戳几下，戳下去不松陷、撬不动硬岩，才能签字允许落拱架，谁负责的段落出了基底质量问题，直接找对应的人追责。就这么个简单的规矩，推下去三个月，我们段的初期支护沉降超标率从12%降到了不到1%，不是工人的技术突然变好了，是没人敢在这种关键地方打马虎眼了。结语干了十几年隧道施工，我常跟班组里的年轻人说，我们搞地下工程，干的是良心活，也是保命活。很多人觉得隧道工程的技术有多高深，其实不然，真正影响安全和质量的，往往不是什么复杂的新工艺、新技术，而是拱架脚底下那几锹要清干净的浮渣，那一块