高速公路施工中的軟土路基施工技術探討

彭佳蘭

摘要：在經濟建設不斷發展的過程中，高速公路建設取得了較大的進步，公路建設也成為國家基礎建設中的核心部分。在高速公路建設中，軟土路基施工是非常重要的環節，為了提高高速公路的安全性，必須做好軟土路基施工。文章結合高速公路軟土路基的發展概況，提出了主要的軟土路基施工技術。

關鍵詞：高速公路；軟土路基；施工技術；公路建設；交通運輸產業 文獻標識碼：A

中圖分類號：U238 文章編號：1009-2374（2016）11-0095-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.047

1 工程概況

K0+780隧道設計為雙連拱暗挖隧道，隧道長162m，經過地段為低山丘陵區，屬淺埋偏壓隧道，最大埋深約24m。隧道進口上方有兩座高壓電塔，1號電塔與隧道凈距8.70m，隧道埋深22m；2號電塔與隧道凈距3.42m，隧道埋深1.84m。隧道穿越區地質情況：主要由全、強風化混合花崗巖組成，全、強風化層呈堅硬土狀、半巖半土狀，局部碎石狀；局部由混合花崗巖殘積砂質黏性土及中風化混合花崗巖組成。大部分巖土層遇水軟化，崩解，巖質軟，強度低，應加強支護，防止冒頂和坍塌，局部地下水滲流，加強排水措施。

2 隧道開挖施工方案

隧道開挖施工方案為：以中導洞為主攻方向，中導洞以隧道進口側向隧道出口側方向開挖，單向掘進，隧道兩側導坑為輔助施工方向，中導洞貫通后，由隧道進口側向隧道出口側澆筑中隔墻，待隧道進口段中隔墻砼達到設計強度、中隔墻頂部及側邊間隙回填密實后，由進口側向隧道出口側進行隧道主洞開挖施工。

2.1 施工順序

隧道洞身為全Ⅴ級圍巖，采用三導洞法施工，先中導洞及中隔墻、后左右側壁導洞預留核心土的施工順序。開挖施工順序如圖1所示：

1.中導洞開挖→2.中隔墻澆筑→3.左線洞側壁導坑上臺階開挖→4.左線洞側壁導坑下臺階開挖→5.左線洞主體上臺階預留核心土開挖→6.核心土開挖→7.左線洞主體下臺階開挖→8.左線洞仰拱澆筑→9.左線洞襯砌→10.右線洞側壁導坑上臺階開挖→11.右線洞側壁導坑上臺階開挖→12.右線洞主體上臺階預留核心土開挖→13.核心土開挖→14.右線洞主體下臺階開挖→15.右線洞仰拱澆筑→16.右線洞襯砌。

2.2 開挖施工方案

隧道施工難點主要體現在：隧道埋深淺、偏壓，隧道周邊范圍存在較多工廠及民居；爆破振動會影響地表建筑，噪聲影響居民生活；施工風險高，下穿高壓電塔。為減少擾動及地表沉降，開挖禁止爆破，堅硬土層、軟巖層采用銑挖法開挖施工，較堅硬巖層用巖石先采用液壓潛鉆造Φ90mm劈裂孔供劈裂機劈裂，再用液壓碎錘破碎。

劈裂施工工藝：（1）先從具有臨空面的巖石或具有夾層的巖石部分開始，然后依次向巖層中推進；（2）打孔：首先用液壓潛孔鉆在巖石上鉆垂直孔，孔距宜為30～40cm，孔深120cm，孔徑90mm；（3）插入劈裂槍：用劈裂槍將巖石分裂，放入90孔內，務必保證活塞全部放入。啟動電源，換動手動換向閥至藍色油管進油，活塞伸出，孔內產生側向臨空面方向的推力，巖石表面出現分裂現象。液壓油表顯示壓力達到120MPa時，表示劈裂工作已完成。回油活塞收縮，進入下一循環；（4）破壞巖層結構后采用破碎錘破碎，挖機清渣

外運。

2.2.1 施工準備。洞內施工用風、水、電、人員和機械設備準備。

在開挖前，首先應完成超前地質預報工作，根據超前地質預報了解掌子面前方100～150范圍內巖體情況、確定圍巖級別，根據圍巖級別優化施工方案。由于銑挖機銑挖下的顆粒較細，造成洞內粉塵較多，因而在銑挖施工時，可先進行灑水，降低粉塵，銑挖過程中通風以改善施工環境。

2.2.2 機械設備選型。根據隧道設計巖土層分層及工程特征，可知隧道各巖層特性如下：（1）中風化混合花崗巖呈短柱或碎塊狀，節理、裂隙發育，巖質硬，承載力基本容許值0.2MPa，飽和單軸抗壓強度為35.8～38.5MPa；（2）全強風化混合花崗巖呈堅硬土狀、半巖半土狀，局部碎石狀，承載力基本容許值為300～500MPa，飽和單軸抗壓強度為6.7～11.6MPa。

根據實際巖性情況，選擇艾卡特3臺ER1500-1S型橫向銑挖機作為主要銑挖機械，另配置2臺ER-1500L縱向型銑挖機作為狹窄部位銑挖機械，其主要性能如下：ER1500-1s型銑挖頭直徑670mm，銑挖寬度1000mm，標準轉速75轉/分，輸出扭矩17.5MPa，切割力52.2MPa，功率170kW。ER1500-1L型銑挖機頭直徑680mm，銑挖寬度680mm，標準轉速75轉/分，輸出扭矩17.5Knm，切割力51.5Knm，功率170kW。

2.2.3 施工方法。

第一，中導洞開挖采用一臺艾卡特ER1500-1S型橫向銑挖機自中間向周邊、從下往上、自硬巖到軟巖的順序進行施工。根據圍巖情況確定開挖循環進尺。拱腳處開挖由專人指揮，預留10～20cm銑挖時應厚風鎬鑿除，以避免超挖，銑挖時應注意使切削鼓碰撞或銑挖已成型超前支護和掌子面前成型輪廓。在中導洞、左右側壁及主洞頂部硬土層、中低硬度及以下巖層（抗壓強度在30MPa以內）等合適部位可直接采取銑挖機切削施工。在破碎巖層、素混凝土中開挖量可達30m3/h。

中導洞巖層較堅硬（抗壓強度30MPa以上）地段采用劈裂法開挖，劈裂法是以高壓油作為動力能量源，應用斜契原理，在油壓作用下劈裂力達到幾百噸，從而劈開巖石。液壓破碎錘適用于有裂縫和層理分明的地層，層理、節理發育及層理節理間有軟弱夾層巖層開挖。由于中導洞下部巖石較硬，銑挖效率低且刀片消耗量大，故底部4.0m以下采用液壓潛孔鉆造孔、巖石劈裂機劈裂，再由破碎錘破碎的施工方法。每循環1.2m，中導洞拱部采用銑挖機進行輪廓修整，在拱腳及隧底等部位，采用人工配合風鎬進行輪廓修整。

第二，側壁導坑上臺階開挖銑挖方法同中導洞開挖，每循環進尺0.5～1.0m（1～2榀拱架）。由于上臺階洞室較小，銑挖機臂伸展須留足足夠長度，開挖上臺階超前下臺階5m左右，銑挖修整完成后駛離工作面，由人工風鎬鑿除頂部及死角處修整，再由小型挖掘機裝土外運。

側壁導坑上臺階開挖銑挖操作時先挖除預留上坡道附近的巖石，再緩緩向周邊靠近，逐步由下向上開挖，上坡道沿坡道自下而上銑挖。仰拱以上部位開挖自下而上開挖，仰拱需自上而下分層進行，避免超挖。

開挖后應盡快施作初期支護，盡快封閉成環，每循環進尺0.5～1.0m（1～2榀拱架）。仰拱初期支護完成后，在低洼處回填碎石渣，保證行車道平整。

第三，側壁導坑下臺階巖層較堅硬地段先用巖石劈裂機劈裂，再由液壓破碎錘破碎，劈裂主要為下臺階上坡道（坡道坡腳及坡頂銑挖），每循環進尺2.32m。

第四，主體上臺階開挖與側壁導坑上臺階開挖相似；下臺階開挖滯后上臺階10m左右，主體下臺階開挖銑挖操作時先挖除預留上坡道附近的巖石，再緩緩向兩邊靠近，逐步由下向上開挖，上坡道沿坡道自下而上銑挖。上下臺階每循環進尺0.5～1.0m。

上臺階銑挖修整后退至下臺階銑挖，完成后由人工風鎬進行鑿除修整，再由小型挖掘機裝土外運。

仰拱開挖應先中間拉槽開挖后向兩側擴挖，開挖自上而下分層進行，避免超挖。開挖后迅速施作仰拱初期支護，盡快封閉成環。仰拱每循環進尺3m。上臺階銑挖修整后退至下臺階銑挖，完成后由人工風鎬進行鑿除修整，再由小型挖掘機裝土外運。

第五，主體下臺階（進洞后開完成斜坡狀，作為行車上坡道，坡道坡腳及坡頂采用銑挖）巖層較堅硬地段采用巖石劈裂機劈裂，再由液壓破碎錘破碎，劈裂采取斜坡劈裂，每循環進尺2.32m。

2.2.4 圍巖支護。銑挖機開挖在施工中應遵循“少擾動、強支護、早封閉、襯砌緊跟”的原則，開挖前根據設計施作好超前長管棚支護，開挖后要及時用噴射混凝土對開挖面進行封閉、架立鋼拱架、打設錨桿，每次開挖循環進尺根據開挖面巖層自穩情況確定，一般為0.5～1.0，即為1～2榀鋼拱架間距。另外二次襯砌施作時間應等初期支護完全穩定后再操作，應對二次襯砌結構進行加強，盡早施作，避免出現初期支護作完后停留時間過長而發生持續變形導致侵限現象發生，一般二次襯砌距主體掌子面距離控制為50～70m。二次襯砌適時緊跟可有效控制初期支護變形，有利于掌子面的穩定。

2.2.5 循環掘進。銑挖機開挖完成后，銑挖機退出工作面（需對機械進行檢查與保養），然后開始裝渣、出渣與噴、錨支護，待噴錨支護工作完成后開始下一循環掘進工作。

3 施工機械配置

針對不同巖層硬度、銑挖刀片磨耗率、作業空間的大小，采用不同的機械組合。鉆孔采用兩臺履帶式液壓潛孔鉆。巖石劈裂機單洞取9臺，每臺配置4把劈裂槍頭、1個油泵。破碎錘采用金山重工JSB2800S型，安裝在小松360挖掘機上。

4 結語

在K6+780隧道開挖施工中，銑挖法適合于中低硬度的巖石，而劈力機配液壓破碎錘適合于中硬巖石開挖作業；一臺ER1500-1s銑挖機工效可達15～20m3/h，在有振動和噪聲限制的地區采用機械法開挖施工不但振動小、噪聲低，而且安全環保。

參考文獻

[1]公路工程技術標準（JTG BO1-2003）[S].

[2]公路隧道施工技術規范（JTJ F60-2009）[S].

[3]公路隧道設計細則（JTG/T D70-2010）[S].

作者簡介：童崢嶸，男，湖南岳陽人，中國水利水電第十四工程局有限公司廣東分公司工程師，研究方向：水電、公路、鐵路和市政施工技術管理。

（責任編輯：小 燕）