淺談大斷面隧道開挖質量通病及施工開挖方法

李學文范明坤楊 華

（1.迪慶州公路管理總段機械化養護與應急中心 云南 香格里拉 674400 2.云南航天工程物探檢測股份有限公司 云南 昆明650217 3.云南工程建設總承包公司 云南 昆明 650011）

淺談大斷面隧道開挖質量通病及施工開挖方法

李學文1范明坤2楊 華3

（1.迪慶州公路管理總段機械化養護與應急中心 云南 香格里拉 674400 2.云南航天工程物探檢測股份有限公司 云南 昆明650217 3.云南工程建設總承包公司 云南 昆明 650011）

云南山區高速公路特點：山高谷深、溝壑縱橫、工程艱巨、投資巨大、不良地質病害多。修建高速公路有的地段需要穿越高山，那就必須修建隧道，由于云南地形受橫斷山脈的影響，地質條件復雜在隧道施工時易出現塌方。本文介紹結合云南地形及地質條件差淺談大斷面隧道開挖施工方法，為今后解決施工時地質條件較差的難題。

隧道特點；質量通病；開挖方法及要求

1 隧道特點及施工原則

1.1 隧道特點

昆明繞城高速公路是國家高速公路網城市繞城與云南省干線公路“9210”骨架網的環線之一。該公路的建設是扭轉昆明交通“外擁內堵、過境交通線缺乏”的局面，加快客、貨流通，實現低碳經濟，快速推進滇中城市經濟圈建設的需要，也是加快國家高速公路網建設的需要。本項目隧道線路區位于揚子準地臺西部二級構造分區滇東臺褶皺帶的東部邊緣及川滇南北構造、南嶺東西構造與云南山字型構造交接帶，他是經歷了晉寧構造運動（9億年前）、澄江構造運動（7億年前）、加里東（廣西）構造運動（4億年前）、華力西（瀾滄）構造運動（2.5億年前）燕山期構造運動（1億年前）和喜馬拉雅構造運動（0.7億年前）等多次構造旋回形成。經歷了多次構造運動后，構造體系行跡主要有南北向構造體系、北西向構造體系、新華夏（北東向）構造體系以及“入”字型構造體系。

隧道軟弱圍巖占比大，其中Ⅴ、Ⅳ圍巖比例高達76%。隧道洞口大多位于淺埋、偏壓地段，進洞條件差。三車道隧道開挖斷面大，開挖寬度在16.5～17.25m，高度在9.5～11.73m之間；洞身開挖后圍巖自身成拱效應差，超前支護和系統錨桿施工質量尤為重要。

1.2 施工原則

大多數隧道都采用“新奧法”設計和施工，由于對“新奧法”概念和原則的內涵理解有偏差，所以在許多工程中遭到失敗。一般在軟弱、破碎、偏壓、淺埋等地層中施工隧道時，應遵行“探先行、管超前、短進尺、弱爆破、強支護（Ⅲ級圍巖有加勁支護）、勤量測、早封閉”的原則。不按照這樣可能會造成圍巖松弛坍塌，“新奧法”對監控量測、信息處理、及時反饋要求很嚴，沒有這樣的保證，塌方是很難避免的。

2 隧道開挖常見的質量通病

隧道開挖常見質量通病主要為：超、欠挖嚴重；偏壓段施工工序不當；側壁導坑法側壁布置及工序不合理；小凈距隧道施工工序不當；臺階法施工步距不合理；落底開挖方法不當；反向出洞施工方法不當。本文列舉其中兩個質量通病敘述。

2.1 超挖、欠挖嚴重

開挖后輪廓線與設計輪廓線相差較大，開挖輪廓表面嚴重凹凸不平，超、欠挖嚴重。

2.1.1 原因分析

（1）控制爆破設計參數不合理，或未隨圍巖條件變化調整控爆參數。

（2）開挖放樣不精確。（3）爆破鉆孔偏位。（4）局部欠挖未進行處理。

2.1.2 防治措施

（1）加強爆破工程師與鉆孔人員的信息溝通，針對不同圍巖條件動態調整爆破參數。

（2）及時校核導線，并應在每循環開挖前準確放樣。

（3）嚴格按設計間距與數量打設鉆爆孔，特別要注意控制周邊眼鉆孔位置與角度。

（4）應及時處理欠挖，特別要注意邊墻腳的欠挖處理。

2.2 側壁導坑法側壁布置及工序不合理

2.2.1 表現形式

（1）雙側壁法開挖時，中導坑橫斷面寬度太小。

（2）雙側壁法開挖時，兩側下半斷面尚未開挖、也未設置臨時仰拱即開挖中導坑，或兩側壁導坑下臺階已開挖，但支護尚未成環即開挖中導坑。中導坑開挖過早，導致臨時支撐作用減弱或失效。

（3）雙側壁法下臺階開挖后，導坑臨時支撐未封閉成環。

（4）單側壁導坑法施工時，兩側導坑上臺階掌子面平行開挖，導致側壁臨時支撐作用減弱或失效。

2.2.2 原因分析

（1）對采用側壁導坑法施工的作用和原理不清楚。

（2）對側壁導坑法的正確施工步序不清楚，設備配套不合理。

2.2.3 防治措施

（1）正確理解側壁導坑法施工的作用，嚴格按施工步序進行施工（如圖1～2）。

圖1 雙側壁導坑法的正確施工步序示意圖

（2）各導坑下半斷面及仰拱開挖后，應立即進行支護并及時封閉成環。

（3）雙側壁導坑法施工時，應在兩側導坑支護閉合后再開挖中導坑，最后拆除臨時支護。

圖2 單側壁導坑法的正確施工步序示意圖

3 隧道主要洞身開挖方法

開挖方法主要有全斷面法、臺階法、環形開挖預留核心土法、中隔壁法、雙側壁導坑法、導洞法、CD法、CRD法等其他施工方法。結合本條路線應根據隧道長度、斷面大小、結構形式、工期要求、機械設備、地質條件等，選擇合理的開挖方案，并應具有較大適用性。結合地形等情況本文列舉其中兩個開挖方法敘述。

3.1 CRD工法

CRD法施工程序示意見圖3。

圖3 施工程序示意圖<一>（1:100）

3.1.1 施工步驟

Ⅰ左側洞上半斷面開挖：1、2a、2b施作左側洞初期支護和臨時支護。

Ⅱ右側洞上半斷面開挖：3、2c施作右側洞初期支護和臨時支護。

Ⅲ左側洞下半斷面開挖：4、2d施作左側洞仰拱初期支護和臨時支護。

Ⅳ右側洞下半斷面開挖：5、施作右側洞仰拱初期支護。6、澆筑仰拱混凝土。分段拆除2a、2b、2c、2d。7、施作仰拱回填混凝土。8、澆筑拱圈混凝土。9、施作電纜溝和排水溝、路面工程。

3.1.2 施工要求

左、右側導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15m。各導坑初期支護是否及時封閉成環、循環進尺（1榀）、型鋼連接質量、鎖腳錨桿或錨管施工質量、系統錨桿施工質量、注漿效果、噴射混凝土質量等。

3.2 四臺階法

四臺法施工程序示意見圖4。

3.2.1 施工步驟

（1）拱頂部分開挖Ⅲ

Ⅰ拱頂部分初期支護。

（2）上部開挖

Ⅱ上部初期支護。

圖4 施工程序示意圖<二>

（3）中部開挖

Ⅲ中部初期支護。（4）下部開挖

Ⅳ下部初期支護。

3.2.2 施工要求

重點關注：超前支護施工質量、開挖循環進尺控制（特別是各臺階左右側開挖是否交替錯開）、掌子面圍巖自穩能力、型鋼連接質量（特別是拱腳不能懸空）、鎖腳錨桿或錨管施工質量、系統錨桿施工質量、注漿效果、噴射混凝土質量等。

4 結語

隧道施工過程中出現的嚴重災害。為預防塌方，人們在施工實踐中總結了很多有效的方法。如CRD工法適用于隧道Ⅴ級圍巖洞口淺埋段、破碎帶及下穿道路、地表房屋段落；四臺階法適用于隧道洞身Ⅴ級圍巖段；三臺階法適用于隧道洞身Ⅳ級圍巖段；二臺階法適用于隧道洞身Ⅲ級圍巖段。

其中隧道施工防坍塌卡控紅線：Ⅳ、Ⅴ級圍巖臺階的縱向距離應小于10m，Ⅲ圍巖臺階縱向距離可取15～20m。必須做到隧道開挖步距符合鐵道部《關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道設計施工有關技術規定的通知》（鐵建設[2010]120號文之要求。及時支護，快速封閉成環，要求Ⅳ～Ⅵ級圍巖，開挖距初支封閉成環不超過35m，仰拱一次施作長度不超過3m。上臺階每循環開挖支護進尺Ⅴ、Ⅵ圍巖不應大于1榀鋼架間距，Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距。.邊墻每循環開挖進尺不得大于2榀。仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環開挖進尺不得大于3m。二次襯砌距離掌子面的距離：Ⅳ級圍巖不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ圍巖不得大于70m。仰拱距掌子面距離Ⅲ級圍巖不超過90m，Ⅳ級圍巖不超過50m，Ⅴ級及以上不超過40m。二次襯砌距掌子面距離：Ⅰ、Ⅱ級圍巖不超過200m，Ⅲ級圍巖不超過120m，Ⅳ級及以上圍巖不超過90m或設計要求。

U45

A

1673-0038（2015）37-0306-02

2015-8-24

李學文（1976-），男，工程師，本科，從事公路管理機械化養護與應急工作。