灰?guī)r中大跨度隧道開挖方法探討

宋志鵬++張揚++王喜悅

摘 要：龍鼎隧道跨度大、進口圍巖風(fēng)化嚴(yán)重、圍巖破碎、施工條件復(fù)雜。以拱頂下沉位移和水平收斂位移為判定標(biāo)準(zhǔn)，探究了龍鼎隧道在灰?guī)r地質(zhì)Ⅳ級圍巖中CD法開挖的可行性。結(jié)果表明龍鼎隧道開挖施工中，拱頂下沉位移和水平收斂位移均是開始快速增大，一定時間后增速變緩趨于穩(wěn)定，此時圍巖變形約為最終變形80%。以此變化趨勢可以有效指導(dǎo)二襯施工，加快施工進度。此次探討可為灰?guī)r中或相似地質(zhì)中大跨度隧道開挖提供實例參考。

關(guān)鍵詞：大跨度 CD法 拱頂下沉位移 水平收斂位移 龍鼎隧道

中圖分類號：U451 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0063-02

根據(jù)國家“十三五”發(fā)展計劃，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在全國范圍內(nèi)大規(guī)模興起，公路隧道建設(shè)已進入大跨度時代。隨著跨度的增大，高跨比的減小，對隧道開挖方法的選擇提出了更高的考驗，然而目前關(guān)于公路隧道的開挖方法規(guī)定尚不夠明確，尤其是對于大跨徑公路隧道在不同圍巖等級情況下的開挖施工方法尚無具體規(guī)范規(guī)定。《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》5.2.2.5規(guī)定：單側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于圍巖較差、跨度大、埋層淺、地表沉降需要控制的場合[1]。但是對于不同隧道開挖方法所適用的跨度大小、圍巖等級、埋深值等尚未做出詳細規(guī)定，隧道的開挖方法對隧道工程施工過程中的安全性具有重要意義，因此，該文依托京滬高速濟南連接線龍鼎隧道工程對灰?guī)r中雙向八車道隧道在Ⅳ級圍巖情況下的開挖方法進行了可行性分析，為我國相似隧道開挖技術(shù)提供成功案例，具有一定的參考價值。

龍鼎隧道位于濟南市龍鼎大道南端以東1 km處，洞身開挖寬度為19.55 m，開挖高度為13.10 m。隧道總長約2 200 m，屬長隧道，為山東省內(nèi)跨度最大隧道之一。龍鼎隧道是洞口處巖石風(fēng)化嚴(yán)重，Ⅳ級圍巖里程YK7+010-YK7+075。

1 隧道進口開挖施工工藝

參考《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，小凈距四車道大跨度的龍鼎隧道選用CD法，即中隔壁法開挖。

1.1 CD法開挖施工步驟

第一步，施作先行導(dǎo)坑上臺階1超前小導(dǎo)管，預(yù)注漿加固圍巖。

第二步，開挖先行導(dǎo)坑上臺階1部，循環(huán)進尺1.6 m，施作拱架Ⅰ、中隔壁Ⅱ及錨噴砼（上部）。

第三步，落后1部3 m后開挖先行導(dǎo)坑下臺階2，循環(huán)進尺1.6m，施作拱架Ⅰ、中隔壁Ⅱ及錨噴砼（下部）。

第四步，施作后行導(dǎo)坑上臺階3超前小導(dǎo)管，預(yù)注漿加固圍巖。

第五步，落后2部15 m后開挖后行導(dǎo)坑上臺階3部，循環(huán)進尺1.6m，施作拱架Ⅰ及錨噴砼（上部）。

第六步，落后3部3 m后開挖后行導(dǎo)坑下臺階4部，循環(huán)進尺1.6m，施作拱架Ⅰ及錨噴砼（下部）。

第七步，圍巖和初支變形穩(wěn)定后，一般Ⅳ級圍巖距離掌子面90 m以內(nèi)，逐段拆除中隔壁，鋪掛防水板，綁扎二襯鋼筋，澆筑二襯混凝土。（如圖1）

1.2 CD法開挖施工控制要點

（1）上部導(dǎo)坑的開挖循環(huán)進尺控制為1榀鋼架間距0.8 m，下部導(dǎo)坑的開挖進尺可依據(jù)地質(zhì)情況適當(dāng)加大。

（2）中隔壁法施工時，初期支護完成后方可進行下一分部開挖，各部開挖時，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，應(yīng)在先開挖側(cè)噴射混凝土強度達到設(shè)計要求后再進行另一側(cè)開挖，左右兩側(cè)導(dǎo)坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15 m；當(dāng)開挖形成全斷面時，應(yīng)及時完成全斷面初期支護閉合。

（3）中隔壁的拆除應(yīng)滯后于仰拱，并應(yīng)于圍巖變形穩(wěn)定后才能進行，一次拆除長度應(yīng)根據(jù)量測數(shù)據(jù)慎重確定，拆除后應(yīng)立即施作二次襯砌。

2 隧道開挖圍巖穩(wěn)定判定指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

2.1 圍巖穩(wěn)定判定指標(biāo)確定

隧道開挖過程中，圍巖變形，特別是拱頂位移增加，嚴(yán)重時可直接危及隧道圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全[2]。同時，隧道圍巖收斂位移速率是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反映[3]。因此，隧道開挖過程中，采用拱頂下沉位移和水平收斂位移兩個指標(biāo)作為判定依據(jù)，判定龍鼎隧道進口Ⅳ級圍巖開挖時圍巖穩(wěn)定情況，進而評價開挖方法的可行性。

2.2 圍巖穩(wěn)定性判定標(biāo)準(zhǔn)

（1）根據(jù)拱頂沉降位移判定。圍巖穩(wěn)定性首先根據(jù)實測位移值不大于隧道的極限位移，將隧道設(shè)計的預(yù)留變形量作為極限位移。（見表1）

（2）根據(jù)位移速率判斷。速率大于1 mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強初期支護；速率變化在0.2～1.0 mm/d時，應(yīng)加強觀測，做好加固準(zhǔn)備；速率小于0.2 mm/d時，圍巖基本達到穩(wěn)定。

（3）根據(jù)位移速率變化趨勢判斷。當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)圍巖位移速率變化保持不變時，圍巖尚不穩(wěn)定，應(yīng)加強支護；當(dāng)圍巖位移速率變化上升時，圍巖處于危險狀態(tài)，必須立即停止掘進，采取應(yīng)急措施。

3 Ⅳ級圍巖變形監(jiān)控量測

龍鼎隧道進口進行開挖時在拱頂和兩側(cè)拱腳分別埋設(shè)圍巖位移觀測點，持續(xù)進行圍巖位移測量記錄。

3.1 圍巖拱頂沉降位移量測

圍巖拱頂沉降位移記錄結(jié)果見圖2。設(shè)計預(yù)留變形量為140 mm，拱頂沉降位移最大為13.1 mm，遠小于設(shè)計預(yù)留變形值1/3。

3.2 圍巖水平收斂位移量測

圍巖水平收斂位移記錄結(jié)果見圖3。隧道開挖過程中，各斷面圍巖水平收斂趨勢相同，開始發(fā)展較快，于28 d左右開始趨于穩(wěn)定，水平位移增加速度較小并小于0.2 mm/d。各斷面水平收斂位移最大值為8 mm。

4 圍巖監(jiān)控量測變形規(guī)律

（1）圍巖拱頂沉降和水平收斂均是前期發(fā)展迅速，后期緩慢趨于穩(wěn)定，YK7+010-YK7+075段Ⅳ級圍巖1部沉降位移為9.4～13.1 mm。

（2）開挖時，拱頂沉降位移于60 d左右趨于穩(wěn)定，進入緩慢發(fā)展階段，且發(fā)展速度均不大于0.2 mm/d，拱頂沉降持續(xù)受各部開挖施工影響。

（3）圍巖拱頂下沉位移受圍巖破碎程度有關(guān)，YK7+040-YK7+050段圍巖較破碎，是Ⅳ級圍巖段拱頂沉降位移，是加強支護的重點之處。

（4）開挖掘進方向為沿樁號減小方向，圍巖水平收斂位移受隧道埋深影響，隨埋深增加水平收斂位移終值減小。

（5）隧道開挖初支穩(wěn)定時間，即二襯施工開始時間，可通過拱頂下沉位移和水平收斂位移趨于穩(wěn)定的較晚日期進行確定。

5 結(jié)語

根據(jù)龍鼎隧道進口開挖過程中拱頂下沉位移和水平收斂位移監(jiān)測結(jié)果，可以判定灰?guī)r地質(zhì)中洞身開挖寬度為19.55 m，開挖高度為13.10 m的大跨度扁平隧道采用CD法進行Ⅳ級圍巖的開挖掘進是可行的。同時，隧道二襯施工時間可以根據(jù)圍巖拱頂下沉位移和水平收斂位移的發(fā)展時間提前確定，方便指導(dǎo)施工管理，為今后灰?guī)r地質(zhì)中隧道施工提供成功的案例參考以及相似的工程經(jīng)驗借鑒。

參考文獻

[1] JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2] 程崇國，王新平.對三車道大斷面公路隧道問題的思考[J].公路交通技術(shù)，2002（3）：74-77.

[3] 范俊萍，王選祥.隧道圍巖收斂量測技術(shù)的應(yīng)用[J].山西建筑，2003，29（3）：251-252.