大斷面公路隧道洞身開挖施工設計探討

摘 要：文章結合某高速公路隧道建設工程，重點探討了臺階分步開挖法在Ⅳ級圍巖大斷面隧道中的應用，并就對應的開挖支護方案進行分析，望為相關隧道工程建設提供借鑒。

關鍵詞：大斷面隧道；洞身開挖；臺階分步法；支護

1 工程概況

某高速公路隧道全長256m，屬于短隧道。工程隧道處于平曲線線上，縱坡為-3.0%下坡，起止樁號為：K20+120-K20+376。工程勘測隧道圍巖等級主要為Ⅳ級，部分為Ⅲ級圍巖，圍巖呈弱風化、微風化巖、節理裂隙密集帶，巖石呈碎石狀壓碎結構，拱部無支護時可產生較大坍塌，側壁有時失去穩定。

2 洞身開挖施工方案

2.1 洞身開挖方法

采用臺階分步法進行施工，臺階長度取5-8m，各部開挖方式如下：（1）上臺階弧形導抗的開挖，應安排工作人員手持YT28高速風鉆和簡易開挖臺架鉆孔相結合的施工方式，將孔深控制在0.5-1.0m的范圍之內，使用5臺風鉆，其中2臺風鉆的主要作用是錨桿孔鉆眼，其他3臺風鉆的主要作用是掌子面鉆眼。在施工的過程中也要注意對周邊眼間距進行控制，將可接受范圍控制在0.5m左右。當出現弧形導坑內圍巖較軟弱的情況時，可以采取風鎬直接開挖的施工方式。（2）上臺階核心土及下部中槽也應該安排工作人員手持風鉆鉆孔，將孔深保持在1.5-2.0m的范圍內，同時將下部中槽和上臺階核心土爆破。（3）馬口的施工應該采用跳槽開挖的施工方式，每進尺應控制在0.8-1.5m的范圍內。

2.2 開挖支護施工順序

洞身開挖支護施工順序為：（1）對洞口的加強段進行超前支護？準42注漿小導管的施工。（2）？準22注漿錨桿1′→開挖上弧形導坑。（3）對拱部錨噴支護，架立起格柵拱。（4）開始挖中核。（5）和下部中槽。（6）跳槽開挖馬口。（7）邊墻架立格柵拱，錨噴支護。（8）灌注仰拱及鋪底。（9）鋪設環向盲溝及防水板，整體灌注二次襯砌砼。

2.3 Ⅳ級圍巖開挖

根據Ⅳ級圍巖地質特點采用微臺階法進行施工，臺階長度取2.0-2.5m，孔眼均采用微差網絡爆破。上臺階開挖采用人工手持風鉆配合簡易開挖臺架鉆孔，孔深控制在1.5-2.0m，周邊眼間距控制在0.5m左右。在對上半斷面爆破排煙后，當觀察到地質觀察圍巖穩定性較差時，應該采取在碴堆上反復噴射砼的措施，將噴射厚度依據地質厚度加厚至10-15cm。觀察到圍巖基本穩定，應該馬上進行鋼支撐施工和錨桿的工程。在施工下半斷面的情況下，應該在格柵拱的各個足部都施工2-3根錨桿，把格柵拱足部和錨桿牢固的焊接起來來保證上部格柵拱的穩定性，把下半斷面孔深控制在1.5-2.0m的范圍內。當下半斷面爆破后，應該馬上對初噴射砼，施工錨桿并架設格柵拱。

在施工的過程中應加強對拱頂沉降、地質情況和周邊收斂等的監控量測，并且要做好超前地質預報的工作，實時地了解支護和圍巖變形情況，保證數據的準確性和及時性，增加工程的安全度。根據之前測得的數據資料，對鉆爆設計進行合理的修改，將臺階長度確定下來。爆破應采用弱爆破，嚴格控制裝藥量和周邊眼間距，把誤差降低到最小。

2.4 Ⅲ級圍巖開挖

Ⅲ級圍巖的開挖應該采用全斷面法來施工。把人工手持風鉆和自制簡易開挖臺架鉆孔兩種措施結合起來，把孔深控制在3.0～3.5m的范圍內。爆破采用非電毫秒微差網絡起爆，采用直眼掏槽。

3 超前支護與初期支護

3.1 超前注漿小導管

超前小導管的主要作用是隧道超前支護。超前注漿小導管采用？準42中空注漿小導管。拱部環向間距為40cm，外插角為10°。水泥應該使用普通425#水泥，水灰的比例應該在1：1～1：1.2的范圍內；當遇有水地帶的情況時，應該摻用水玻璃，水泥漿和水玻璃體積比應該控制在1：1～1：0.8的范圍內；膠凝時間應該控制在30秒～60秒的范圍內。超前注漿工藝應該采用小導管鉆孔采用人工手持YT28風鉆配簡易開挖臺架鉆孔的施工方法，采用？準80鉆頭，每次施作超前注漿小導管采用5臺風鉆從兩拱腳和拱頂開始鉆孔。安設完導管之后，從兩端朝拱頂注漿。當相鄰兩孔串漿時，實施跳管注漿，注漿壓力控制在0.5-1.5MPa的范圍內，從到達壓力值時持續15分鐘時就可以停止注漿。

3.2 初期支護施工

施工初期的支護施工流程：初噴不小于3～5cm厚封閉砼→鉆錨桿孔→設置錨桿及注漿→安設鋼支撐→復噴砼至設計厚度。

3.2.1 噴射砼。隧道開挖后應該馬上對巖面噴射砼，防止巖體出現松弛的情況。隧道噴射砼施工采用干噴法，噴射混凝土采用C20混凝土，Ⅳ級圍巖段噴射23cm厚砼，Ⅲ級圍巖段噴射10cm厚砼。在施工開始之前應該先送風，然后打開速凝劑也可以再加入定量防腐劑，緊接著進料。應該依據受噴面部位和巖面光滑潮濕的實時情況，合理地調節風壓和速凝劑摻量，應該以使彈量的次數最少為標準。

首先要埋設標志或利用錨桿外露長度來控制噴射混凝土的厚度。然后應該噴射混凝土，噴射過程該應分段、分片進行，并按照由下而上順序進行施工，如果遇到巖面有較大凹洼的情況時，應該先噴凹處找平。后一層噴射應該在前一層混凝土終凝后實施，當終凝后間隔超過1小時再次噴射時，應該用風或水對受噴面進行清洗。噴嘴應與受噴面垂直且與受噴面保持1.0～1.5m的距離，應該按規定灑水養護來保證新噴射混凝土的耐久性和承載能力。

3.2.2 錨桿。系統錨桿型號采用？準25普通砂漿錨桿，Ⅳ級圍巖段L=3.0m，@100cm×100cm；Ⅲ級圍巖段L=2.5m，@130×110cm。安裝錨桿前，應首先核實對錨桿的位置、方向、孔深、桿體及墊圈等進行檢查與核實，保證錨桿達到設計和規范的要求，錨桿孔的鉆孔深度誤差應該控制在50mm以內，孔位允許偏差控制在±15mm，為方便安裝托板，應該保證保證錨桿的外露端長度為100mm。用高壓風清除孔內積水和殘余物，保證錨桿順利。為保證注漿飽滿，止漿塞應該密貼孔口。為保證錨桿支護效果，錨桿外端掛設？準6.5鋼筋網。

3.3 洞身襯砌

洞身襯砌采用的是自行式全斷面液壓襯砌臺車的方法，每節段長度為12m，洞外設置自動計量拌合站拌制砼，由砼攪拌運輸車負責運送。使用HBT60B型砼輸送泵灌注。附著式振動器插入搗固器搗固相配合，墻拱一次灌注完成。為使隧道擁有良好的整體承載能力，有堅固的承載結構，施工中應額外注意兩方面的內容：一方面，在有仰拱地段，仰拱開挖操作應超前于襯砌施工。另一方面，在無仰拱地段先施工調平層，調平層的施工應分兩次進行，先施工一股車道，待強度達到標準后，再對另一股車道進行施工。

4 預防隧道塌方的措施

為了保證工程的安全進行，要求隧道開挖必須及時采取應急措施，防止塌方的發生。（1）爆破開挖后應馬上完成對開挖輪廓面的初噴工作。（2）應根據現場地質條件對圍巖中的節理密集帶、小斷層帶進行支護。（3）在控制對爆破震動時，應該考慮震動對圍巖中局部節理密集帶和軟弱帶產生的影響。（4）應該對先行洞作好地質編錄工作，以便于后行洞支護參數和開挖方式的選取進行指導。

5 結束語

相比其他隧道開發方法，臺階分部開挖發具有最強的安全性與穩定性，但其所對應的施工難度較高，施工工序也相對比較復雜。臺階分部開挖方法因其功能的優異性，在眾多隧道開挖中取得了良好的應用效果，施工中并未出現塌方等事故，隧道建成后圍巖支護體穩定性較高，圍巖變形量在安全允許范圍內，工程效果優異。

參考文獻

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作者簡介：王帆（1981，11-），男，湖南瀏陽人，畢業于遼寧工程技術大學，本科，助理工程師，研究方向：試驗檢測。