大跨度軟弱圍巖隧道施工技術研究

【摘 要】大跨度軟弱圍巖隧道因其圍巖軟弱、開挖跨度大、難以控制圍巖穩定性等問題，給施工帶來了一定難度和風險，如果控制不當，便可能導致大變形、塌方等工程事故。雙側壁導坑法對于跨度大、圍巖條件較差、地表沉陷要求嚴格的隧道比較適用，有利于隧道圍巖的穩定性；微臺階留核心土法施工不需臨時支護，并且各臺階平行作業，可保證支護結構的承載能力，也更有利于確保工程施工質量。文章簡要探討了這兩種施工方法的技術特性，并結合工程實例進行了分析。

【關鍵詞】大跨度；軟弱圍巖；隧道施工；雙側壁導坑法；微臺階留核心土法

大跨度軟弱圍巖隧道施工一直是個工程上的技術難題，由于圍巖軟弱、開挖跨度大，使得圍巖的穩定性難以控制，施工控制不當的話可能出現大變形、塌方冒頂或邊仰坡垮塌等事故。尤其是結構高跨比較小的隧道，其呈現出的扁平狀更加不利于結構的穩定性，扁平狀洞室開挖后很容易降低圍巖穩定性，集中圍巖的應力，相對的增大了其松弛壓力，當圍巖變形應力超過支護結構提供的內力時，便會直接威脅到隧道的施工安全。為解決大跨度隧道形狀扁平、圍巖穩定性差的問題，通常對于大跨度隧道洞口段進行縮小開挖斷面、分部開挖，以提高圍巖穩定性，雙側壁導坑法和微臺階留核心土法便是兩種最為常用的施工方法。下面簡要探討這兩種大跨度軟弱圍巖隧道施工技術，并結合工程實例進行分析。

一、雙側壁導坑法及其特征

雙側壁導坑法，即先在隧道兩側開挖高度要大于跨度的兩個小的導洞，這樣就使得豎向荷載明顯大于水平荷載，有利于結構的受力。通過施作主洞初期支護和臨時支護體系，使得隧道的開挖斷面相應地減小，從而提高圍巖穩定性。圖1為雙側壁導坑法的施工順序。

圖1 雙側壁導洞法施工工序

先施作拱部超前支護、并注漿加固地層，然后開始對①部分土方進行開挖，開挖過程中應及時施作初期支護和臨時支護；然后依次對后面的第②～⑦部分土方進行開挖，逐段拆除臨時側壁，由上至下對防排水系統進行施作，最后施作仰拱和拱墻襯砌Ⅸ部分。

雙側壁導坑法對于跨度大、圍巖條件較差、地表沉陷要求嚴格的隧道比較適用，其優點是導坑高度大于跨度，導坑斷面形狀有利于承受較大的豎向荷載，避免應力過于集中；增設有大量臨時支撐，使每個單元在開挖后馬上就組成穩固的環形，杜絕變形的產生和發展，能在開挖過程中有效地抵抗開挖擾動和結構荷載轉換。但同時雙側壁導坑法也有一定的缺點，即開挖斷面小，增加了臨時支撐，減緩施工速度，同時增加工程成本，并且左右兩側導坑分別獨立施工，可能發生兩側鋼支撐不能正常對接的現象，從而大大降低結構的承載能力。

二、微臺階留核心土法及其特征

此法是通過在隧道上臺階進行環形開挖，臺階高度不宜小于跨度的0.3倍，施作拱圈的初期支護結構，推進一個2～3m臺階后，左右錯開開挖中（下）臺階兩側邊墻，再開挖中間預留核心土。各臺階平行作業。此法應先對拱部進行開挖，由于一般都是高度小于跨度，在豎向荷載顯著大于水平荷載，不利于結構的受力，所以應對上覆圍巖進行適當的保護，只允許人工或機械開挖，防止造成較大的擾動。在豎向松動荷載較大的情況下，若為了控制開挖斷面而大量壓縮開挖高度，則可能造成拱圈過于平坦，受力上不成拱，從而使得支護結構沉降、裂損，所以應注意協調好開挖高度和跨度之間的比例關系。

微臺階留核心土法的施工順序：（1）先對上部弧形導坑進行開挖，留核心土，并施作初期支護；（2）對中(下)臺階側導坑進行開挖，并施作墻部初期支護；（3）開挖中心預留核心土以及隧道底部，并進行初期支護；（4）及時施作仰拱、封閉成環。

當圍巖具有一定粘性和自穩能力，并具備機械或人工開挖條件時，應優先考慮采用微臺階留核心土法；但應注意當圍巖為松散土體、土夾石時，一般不要采用此法，因為其頂部圍巖通常都難以自穩；此外，若上覆為具有一定強度的薄層巖體，微臺階留核心土法也不適用，因爆破開挖可能導致上覆巖體完成松動，使得所有荷載都作用在拱圈初支結構上，可能導致其出現裂損。

微臺階留核心土法施工的優點是開挖不需臨時支護，并且各臺階平行作業，既節省了材料又加快了進度；此法主洞支護結構是依次施作，可保證支護結構的承載能力，也更有利于確保工程施工質量。但此法也有一定的缺點，即結構跨度大于高度，不利于結構的受力，并且開挖高度小而跨度大，導致拱圈平坦，可能引起支護結構沉降、裂損；此外，由于環形開挖部分作業面狹窄，其空間只夠人工或小型機械進行作業，增加了施工難度。

三、大跨度軟弱圍巖施工工程實例分析

1．工程概況。某隧道采用上下行分離式、雙向6車道布置，隧道全長約1900米，隧道單洞開挖斷面為18m，凈高5m。隧道進出口段巖體完整性差，圍巖類別為Ⅴ級，隧道洞身段也以Ⅴ級軟弱圍巖為主。

2．洞口段軟弱圍巖段施工。該隧道洞口段圍巖整體性差，成洞面要逐級開挖逐級防護，在進洞開挖之前，應在洞口完成防護并完成成洞面超前預支護，并且還應采取以下進洞加強措施來保證施工及結構安全：（1）加強地表和洞內測量，發現地表及支護下沉較大，則應對支護參數進行調整；（2）確保排水暢

通，做好邊仰坡外的截水溝、洞口排水溝；（3）制定進洞施工實施方案及安全保證措施；（4）對洞口軟弱圍巖進行超前預注漿

加固；（5）為防止雨水沖刷洞口，應及時做好洞口及洞頂防護及綠化工作。

3．正洞軟弱圍巖段施工。當圍巖軟弱、松散時，便可能加快圍巖變形速度，縮短自穩時間，使得初期支護早期強度滿足不了圍巖穩定要求，可能造成圍巖失穩坍塌事故。所以為了確保施工安全，就應選擇科學合理的施工方法，本工程采用雙側壁導坑法進行施工。在對洞口采用大管棚（小導管）超前支護后，采用雙側壁導坑法施工，其施工技術方法如下：（1）洞身拱部注漿小導管超前預支護施工。（2）對圖1中的①單元進行超前中空注漿錨桿支護施工，然后對其進行開挖；噴5cm厚混凝土封閉①單元掌子面，然后施作導坑周邊的初期支護和臨時支護，噴4cm混凝土并掛φ6.5鋼筋網，然后用I20a工字鋼進行臨時支撐，安設鎖腳錨桿和臨時仰拱后，施作注漿小導管，再掛一層φ6.5鋼筋網，并復噴C20砼至設計厚度。（3）滯后于①單元30m后，按照相同的施工工藝對第②單元進行開挖和支護施工；此后在每個單元施工30m后，開始進行按照相同的工藝依次對下一個單元進行施工，直至第⑦單元。（4）對測量監控的結果進行分析，符合安全情況時可將臨時鋼架支撐及臨時鋼架仰拱予以拆除；灌注仰拱C30鋼筋砼二次襯砌，再對基底C20砼墊層進行施工，邊墻灌注C30鋼筋砼二次襯砌。

4．施工中應注意的事項。（1）隧道施工應嚴格遵循“先探測、管超前、強支護、弱爆破、嚴控水、早襯砌”的原則。（2）施工前應詳細調查研究隧道所通過地段地質情況，確定圍巖類別，尤其應注意查明斷層地段的地下水情況；結合工期及質量要求，根據軟弱圍巖的水文地質與工程地質特征來合理選定施工技術方案，做好相關的安全防范措施。（3）通過超前鉆孔、地質雷達及TSP203超前地質預報等手段，做好超前地質預報工作，探明前方的地質及水文情況，結合地質變化情況及時做好支護及施工參數的調整。（4）嚴格控制開挖進尺，及時施作初期支護，使開挖斷面盡快封閉成環。（5）水是控制土質圍巖類別的一個重要指標，粉砂質泥巖在富水段施工時，應嚴格做好防水措施，可采用全斷面注漿防水，或采取相關的降水措施，減少地下水對施工的影響。（6）長大軟弱圍巖隧道無軌運輸施工，一定要做好通風工作，本次施工過程中及時打通左右隧道間的橫通道，極大地改善隧道內部的氣流通風條件。

5．工程施工效果。該隧道主體工程從開始施工至全線貫通，僅用時15個月，施工中所采取的雙側壁導坑法技術措施很好地解決了大跨度軟弱圍巖隧道的施工難題，其結構簡單，施工進度快，安全可靠，較好的控制了工程項目的施工成本及進度，并且在施工中未發生任何大的安全事故，經過相關的施工質量檢測后，獲得了建設單位、監理單位、設計單位以及社會各界的好評。

四、結語

總之，大跨度軟弱圍巖隧道施工受地質困素影響極大，施工中應以監控量測作為指導，做到短進尺、早支護、勤量測、速反饋，以確保施工過程和隧道結構的安全。由于開挖出的隧道地質情況可能變化較大，情況遠比設計復雜，所以施工過程中還應有一個再認識的過程。施工過程中做到各個環節緊密配合，各個工序銜接緊湊，出現問題及時同設計及監理部門進行溝通，及時將量測結果向設計部門反饋，由后者依次及時修正設計、調整支護參數，保證結構的受力需要，提高圍巖的穩定性，確保隧道施工安全、有序的進行。

參 考 文 獻

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