軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術研究

鄭文印

【摘要】當前，在軟弱地層中修建的隧道數量不斷增加，特別是大斷面隧道，這就對其施工流程以及施工技術和施工管理等要求逐漸提升。可是實際上當前的設計和施工能夠進行參考的還很少，管理人員經驗比較少，因此，要對其施工技術進行深入分析。

【關鍵詞】軟弱地層；大斷面隧道；方案優化；三臺階七步法

一、軟弱地層大斷面隧道的基本力學特征

軟弱大斷面隧道的基本力學特征應該從以下幾個方面說起：

第一，因為大斷面隧道的跨度增加，主要呈現"扁平"的拱形結構，因為這種結構近似于橢圓形，受到的承載力比較小，所以隧道開挖時會引起一系列的圍巖應力，這些圍巖應力在分布過程中是非常不利的，拱腳處的圍巖應力相對較大，難以對隧道變形進行控制，對地基的承載能力提出相對較大的要求。

第二，拱頂部位會相應的產生比較大的松弛圍巖壓力，這就導致了圍巖穩定性的不斷降低。因為隧道開挖的寬度和高度越來越大，對隧道底部的埋深提出一定的要求，如果在埋深較小、地層條件差、圍巖成拱的作用得不到有效發揮時，圍巖開始不斷的松散下落，這樣就會產生相對較大的松弛圍巖壓力。所以，軟弱地層大斷面隧道拱頂部位會產生較大的松弛圍巖壓力。

二、工程概況

某工程的隧道埋深為20m，最大埋深為50m，工程的地質條件較差，埋深較淺。該隧道上被全新的殘積粉質粘土覆蓋，基巖主要為炭質頁巖、砂巖、灰巖等，該區域中的巖層性質相對復雜，為泥質灰巖或偶夾灰巖。隧道穿越的巖層主要為軟質巖，大部分為強風化層，巖體的穩定性和強度都比較差。該工程的地下水具有弱酸型酸性，開挖過程中遇到的地下水相對較少，地表水的來源主要為大氣降水。隧道設計中的圍巖條件較差，開挖高度為13.5m，跨度為16m，開挖的斷面比較大。隧道設計中一般會采用小導管超前支護，具體的設計斷面如下圖所示。

三、軟弱地層大斷面隧道施工方案優化及施工技術

（一）施工方案優化

本工程在設計的時候本來要選擇 CRD 法對其進行開挖，施工方結合相關經驗和實際狀況，在這一過程中要充分對工程工期和成本加以考慮，因此，將三臺階七步法的這種方案提出來，和 CRD 法進行比較。

1、對CRD法進行介紹

對于大斷面隧道來說，利用這種方法進行開挖，主要從上中下部分還有左側和右側等部位進行開挖，在本工程中，如果利用這一方法，那么其工序主要包括：

第一，對上部左側進行施工，開挖單循環50厘米，利用混凝土進行噴射，其厚度為4厘米，對工字鋼架進行架設，并利用混凝土進行噴射，厚度為24厘米。

第二，等到上部左側開挖長度達到了3米到5米之間的時候，對中部左側進行開挖，工序和第一點相同。之后分別對上部右側、中部右側、下部左側、下部右側進行施工，工序都是相同的。仰拱開挖采用棧橋施工，長度控制在4米以內，并進行跳躍間隔開挖施工，施工完初期支護后立即進行仰拱回填施工。

最后，在工程中利用襯砌模板臺車澆筑二次襯砌結構。

2、對三臺階七步法進行介紹

工程施工時，開挖面主要分為七個，這種作業方法就是分別在各個位置一起進行開挖，分別做好支護工作，確保支護整體的形成，減少作業時間。利用這種方法進行開挖時，主要分上部以及中部還有下部和底部四部分進行施工，利用錯臺臺階形式。這一過程中，需要注意上部和中部之間有5米以內的差距，上部要超前3～5米，中部與下部、下部和底部之間同樣如此，之后逐級進行開挖。對于這種方法，在初期將平行進行初期支護，并在下臺階確保支護體系的形成，這種支護體系必須具有封閉性和穩定性。一般情況下，利用這種方法對大斷面隧道進行施工，為了方便工程施工，要對各個臺階高度進行控制，比如，對于上臺階來說，要保持在3到5米之間，而對于中臺階來說，其高度一般為3米到4米之間，下臺階與中臺階的高度相同。與此同時，在輪廓線里面，要事先留出一定的厚度，大約為 30厘米，利用鐵鎬這種工具采用人力方式對其開挖。

3、方案分析

我們對上面的兩種方案進行比較。對于CRD法來說，它的優點是可以控制變形，并對大斷面進行改正，使之成為小斷面。其缺點是工程質量以及進度和安全性都不盡如人意。而對于三臺階七步法來說，其施工進度要快得多，在確保工程質量還有工期和安全性的基礎上，三臺階七步法是CRD法的一個重要必選施工方案。

（二）施工技術分析

1、邊、仰坡施工

相關人員嚴格按照施工要求，采用CRD法進行施工，并視隧道洞口的邊、仰坡情況，及時更改施工方案。在進行邊、仰坡開挖前，相關人員應設置好開挖邊線，并重新規劃設計中的中線樁。根據這種情況，監理工程師要重新進行測試，通過這種方式，保證放樣準確。監理工程師要檢查地形與設計情況，如果兩者的差異較大，需要變更坡率甚至改變洞門位置時，通知設計單位進行變更。

如果采用CRD法開挖，那么其月進尺一般在25～30之間，所以即使通過兩頭同時掘進，也無法在短時間內達到施工要求。根據隧道的具體情況，可以改變施工技術方式。例如使用三臺階七步開挖法進行后半段的隧道施工。施工人員自上而下逐段開挖，并盡量減少原地層的擾動，不得掏底或上下重疊的危險方式開挖邊仰坡。相關人員要注意采用合理的爆破方法，盡量降低山體對地層的穩定影響，可以采用松動爆破的方式。如果按照設計斷面及坡度開挖，應定期檢查開挖段的地質情況，及時調整，如果有滑動現象或是開裂現象，相關人員應盡量放緩坡度，采取其他支護方式，保證邊坡的穩定，增加施工的安全性。

2、測量地表沉降

施工人員應使用精密的儀器測量地表沉降的數值，并選取視線和視野都較好的地方進行測量，地面的測量點最好設置在隧道的軸線兩側，每個斷面都要保證7個以上的測點，并保證其間距為3m。隧道開挖時，要在測量點前30m處進行測量，等到沉降穩定后，停止測量。

3、洞身施工

在本次施工中，相關人員應根據軟弱地層的具體情況，由承包人向監理工程師提交分項工程開工申請，如本分項工程基本情況，相關人員要根據不同的圍巖路段，選取合適的開挖方式。在洞身施工中，合理的掘進方式和開挖方式是很重要的，施工人員要設定合理的時間，做好開挖過程中的臨時支護措施，通過這種做法，輔助施工的順利進行。

施工人員應選取穩定的洞內導線點、水準點的樁點，并保證通視良好。洞內導線的引測，要保證這些線路能夠按照一定順序設置，其中導線邊長應在合理的范圍內，如其直線不能短于200m，曲線不能短于70m。洞內導線應根據洞口投點向洞內作引伸測量，后視方向的長度不宜小于300m，這些做法使誤差滿足測量的相關需求。

4、開挖支護措施

施工人員可以采用三臺階七步開挖法進行該項施工。這種方式主要是通過七個開挖面，從不同的角度開挖，然后進行支護，最后形成一個支護整體。這種方法的運用能夠有效縮短施工時間，在下臺階形成一個穩定且封閉的支護體系。

結語

綜上，本文通過兩種方案的初級比選，得出的結論是兩種方法在具體應用中各有優點與缺點，其中三臺階七步開挖法在進度等方面具有明顯的優勢，而且應用的范圍非常廣泛。

參考文獻

[1]馬棟.富水糜棱巖地層大斷面隧道施工技術[J]. 鐵道建筑. 2014（10）

[2]李紅兵.軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術[J]. 山西建筑. 2014（28）

[3]樊明軍.大斷面隧道施工技術研究[J]. 黑龍江交通科技. 2013（12）