山區隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開挖工法探討

張方杰

【摘 要】由于山區段地質條件較差，因此隧道洞口淺埋段軟弱巖的施工工藝較為復雜。本文簡要概括了本工程的情況，然后采用FLAC3D軟件對下寨隧道淺埋段軟弱圍巖的開挖工法進行了模擬比較，得出的結論是三臺階環型開挖預留核心土法更有利于隧道的穩定。文章最后提出了保證工程質量和安全的具體措施。

【關鍵詞】隧道工程 軟弱圍巖 開挖工法

在山區段的高速公路建設中，洞口一般都是淺埋，且由于圍巖的水文地質條件較差，因此會對隧道的安全運營造成一定影響，因此，有必要對山區隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開挖工法進行探討。本文以下寨隧道（短隧道）為例，進行了相關研究。

1 工程概況

下寨隧道采用雙向四車道分離式雙洞設計，位于六盤水市水城縣都格鎮。勘察場地位于峰叢谷地區，為侵蝕中山地貌，地形切割較強，坡面深切溝谷發育，設計洞頂覆蓋層厚度為25.2m～40m不等，圍巖主要以碎石土和強風化灰巖為主，其中強風化灰巖，巖質較軟弱，節理呈裂隙發育，其中最為明顯的就是方解石，而且，隧道開挖過程中常常遭遇孔隙水和裂隙水流出，圍巖遇水后立刻變成泥，因此圍巖的穩定性極差，級別被定為V級偏差。

2 對兩種工序的FLAC3D模擬

2.1 兩種工法工序的流程比較

在雙向四車道山區高速公路隧道洞口段、圍巖較差段的開挖過程中，比較常用的工法有：環型開挖預留核心土法、中隔壁法、短臺階開挖法、交叉中隔壁法以及雙側壁導坑開挖法等。 本文中，通過FLAC3D計算機軟件對環型預留核心土法和中隔壁法進行了數據模擬，以選擇最佳的開挖方案。環型預留核心土法的工序流程依次為：開挖環型土、施作環型周邊初支、開挖上一循環的核心土、開挖中臺階、施作中臺階初支、開挖下臺階、施作下臺階初支、開挖仰拱部分、施作仰拱初支、施作仰拱及仰拱回填、施作二襯。中隔壁法的工序流程依次為：開挖外側上臺階、施作永久初支和臨時初支、開挖外側下臺階、施作永久初支和臨時初支、開挖外側仰拱部分、施作內側仰拱永久初支和臨時初支、開挖內側上臺階、施作內側上臺階初支、開挖內側上臺階、施作內側下臺階初支、開挖內側仰拱部分、施作內側仰拱初支、拆除臨時初支、施作仰拱及仰拱回填、施作二襯。

2.2 兩種工序采用FLAC3D模擬的相關數值比較

兩種工序采用FLAC3D模擬的位移數值比較，見下表1。

表1 兩種工序采用FLAC3D模擬的位移數值比較

類別

三臺環型開挖預留核心土開挖法FLAC3D模擬數值

中隔壁法FLAC3D模擬數值

10m

20m

30m

40m

50m

10m

20m

30m

40m

50m

周邊收斂位移1

22.35

22.98

23.45

23.17

21.65

44.52

46.17

53.28

45.19

42.33

周邊收斂位移2

61.32

62.28

61.90

62.34

61.59

82.33

89.78

92.56

88.78

80.78

拱頂下沉位移

99.45

100.34

102.45

98.56

97.45

109.78

111.45

122.46

109.89

107.58

從上表1中可以看出，采用中隔壁開挖法進行開挖，典型監控點的周邊收斂位移較大，最大值可以達到90多m；拱頂下沉位移較大，均在100m以上，最大值甚至達到了120m。采用三臺階環型開挖預留核心土開挖法位移較小，最小值僅為20多m；拱頂下沉位移較小，甚至少了20多m。周邊收斂的位移和拱頂下沉位移較小，均有利于成洞段的穩定。通過對兩種工序方法的FLAC3D模擬，可以得到對典型監控點的周邊收斂位移和拱頂下沉位移數值。而通過對兩組數值的比較分析可以看出，在對山區隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開挖時，采用三臺階環型開挖預留核心土挖法比中隔壁開挖法更佳，前者更有利于保證隧道的穩定性。

3 超前長管棚施工

超前長管棚采用水平地質鉆機造孔，鋼管采用鉆機推進器頂進，高壓注漿泵注漿。施作套拱：在洞口里程外起拱線以下路基土石方留一長約5m平臺，然后在洞外洞口交界處架立鋼架，用連接筋焊接成一整體。在鋼支撐上安設導向鋼管，數量、環向間距和外插角與長管棚設計一致。導向鋼管的安裝要測量精確定位，使鋼管位置與方向準確無誤，導向鋼管與鋼架焊為整體。然后按設計澆筑導向墻，導向墻完成后，噴射砼封閉周圍仰坡面，以防止漿液從周圍仰坡滲漏。搭設鉆孔平臺架、安裝鉆機。

4 工程質量和安全保證措施

4.1 施工方面

（1）在隧道開挖前，要委托第三方采用地質雷達技術提前對地質進行勘測，同時利用超前水平鉆孔方法，掌握掌子面前方圍巖情況和地質信息，根據勘測結果調整施工方案，避免因施工方法不當或支護措施不到位引起的初支變形坍塌，同時也可以有效避開涌水等地質災害，以保證隧道施工的安全。（2）在偏壓、淺埋等地質較差的隧道洞口設置長管棚、洞身長管棚、超前小導管等超支防護措施，以減少對邊仰坡的開挖，防止坍塌，保證工作人員進洞的安全。（3）在施工過程中，要加強監控測量，各項目組成立監控測量小組，每天對拱頂下沉以及水平收斂的情況進行測量并收集數據，由專業人員對數據進行曲線回歸分析，當拱頂下沉以及水平收斂的速率達到每分鐘5mm或者是整體位移達到100mm時，要暫停工程項目，上報有關部門分析相關原因，并采取措施進行及時處理。第四，在隧道開挖之后，初期支護要封閉成環，同時，襯砌施工也要及時跟進，二次襯砌掌子面的距離V級圍巖不得大于70m。

4.2 管理方面

在隧道施工安全管理方面要落實各級人員的責任。（1）加大對施工安全的宣傳教育，增強施工人員的安全防范意識，克服施工人員的僥幸心理。制定安全教育培訓制度、安全檢查制度等各項管理制度，完善安全管理體系。（2）加大監督檢查的力度。各工作組要嚴格落實作業標準，及時消除各種安全隱患；檢查小組要不定期的對隧道工程進行專項檢查，查處和整治各類安全隱患。（3）加大對重大事故處理的力度，嚴厲打擊偷工減料、粗制濫造等行為，對事故責任人進行嚴厲的處罰。

5 結語

受地質條件的影響，山區公路隧道在施工過程中易發生各種問題，因此要采用適合本地的開挖方法。同時在施工時，要制定整體的施工計劃，針對不同施工地點采取不同的施工工藝。同時要做好對工程安全的保證措施，才能有效確保工程質量。

參考文獻：

[1] 孫磊.玉鐵鐵路隧道工程安全管理及控制措施[J].山西建筑，2013（35）.

[2] 唐雨春 等.山區隧道洞口淺埋段軟弱圍巖開挖工法探討[J]湖南交通科技，2015（03）.