大斷面隧道施工技術的應用探析

王子龍 王宜楨

（中交一公局廈門工程有限公司， 福建 廈門 361000）

0 引言

我國目前正處于經濟快速發展時期，對于城市基礎設施建設的需求也日益增加，隧道建設是眾多的基礎設施建設中的重點工作。我國目前增加了客運專線的設計，并更新了傳統隧道施工技術，但大斷面隧道施工技術還需進一步創新和探索。

1 大斷面隧道施工常用技術簡介

大斷面隧道施工常用技術主要包括中隔法（CD）、交叉中隔壁法（CRD）、（CD、CRD）和雙側壁導坑法和全斷面發。中隔法（CD）從上到下沿一側分為兩部分或三部分。每個挖掘步驟應及時施作錨噴支護，安裝鋼框架，并安裝中間隔墻，再使用相同的方法挖掘中間隔板的另一側。交叉中隔壁法（CRD）是從上到下分為2至3 個步驟分開挖隔墻的一側，以便及時支撐和關閉臨時仰拱[1]。完成1 個或2 個操作步驟后，另一側開始3 至4 步部的挖掘和側面支撐，形成開挖的層面左右兩側支撐保護交叉的情況。雙側壁導坑法即是指率先在隧道兩側挖出導坑，這種導坑相當于率先挖兩個小跨度隧道，然后根據現場地質條件和斷面的大小在工作導坑周圍及時施加初始支座，對剩余部分的斷面進行開挖甚至二次開挖。（CD、CRD）和雙側壁導坑法一般是適用于通過性相對較弱或更大跨度的五級和四級圍巖隧道，這種操作方法的優勢是可以在最大程度上控制地表沉陷，但是由于其操作成本高且工作效率較低，因此僅較少地用于山區隧道的建設。全斷面方法通常適用于不需要立格柵或拱架的1 至3 級圍巖。在施工過程中，需要使用鉆孔車或臺架以及高效的運輸機械和設備，以最大程度地減少生產周期，并且每個過程應盡可能同步進行以加快施工進度。全斷面法的主要優點是該方法開挖循環進尺最大，主要工序可以同步進行，施工速度快。但是，當前的技術手段采用這種方法的主要弊端是施工過程工序不平衡，而只有操作步驟合理，操作者和相關設備正常穩定地工作且物資供應穩定，效率才能真正得以提高。

2 三臺階七步開挖法施工方法介紹

三臺階七步開挖法一般是指在隧道的開挖過程中，將已選擇的七個開挖面分為不同位置同時進行操作，形成一個支撐整體，這種方法能縮短周期時間并逐漸提高推進深度。三臺階七步開挖法應遵循“提前預測、嚴格注漿、牢固支撐、快速封閉和頻繁測量”的施工原則第一時間對仰拱和襯砌進行跟進操作，形成穩定的支撐系統。三臺階七步開挖法通常包括上弧形導向坑的開挖以及拱部的初始支撐，再將左右錯開，搶挖中部和下部臺階以及搭建側壁的初始支撐，及時施作仰拱混凝土，開挖分區和初始支撐均同步進行，盡快封閉成環，混凝土仰拱及時關閉形成穩定的初始支撐系統。

3 三臺階七步法的應用和控制要點

3.1 三臺階七步開挖法技術特點

三臺階七步開挖法施工空間較大，機械化程度高（在復雜的地質條件下可以投入更多的勞動），可在多個工作面同步運行，施工速度較快，明顯提高經濟效益，并且可以用挖掘機直接開挖一些軟巖段，來降低對周圍巖石的干擾[2]。這種方法在地質結構更加復雜，軟硬圍巖頻繁變化的隧道中更加方便和靈活，能夠及時有效地調整整體施工方案，以此滿足不同的跨度和多種橫截面形式。初始支撐過程很簡單，沒有臨時的建筑支撐需要去除。在臺階法進行開挖的基礎上，保留了核心土壤，左右相互避開的開挖方式有利于整體穩定性。三臺階七步開挖法吸收了上下導坑法、側壁導坑法、階梯法和全斷面開挖法的固有特征，這是一種結合了多種方法的創新施工方法。三臺階七步開挖法可滿足新奧方法加強圍巖控制的要求，新奧方法的觀點可概括為以下幾個方面，適當支撐圍巖使其保持穩定；圍巖和支撐保護是密不可分的整體；被支撐的圍巖本身要具有較高的承載能力；支撐過程打破了傳統的單一成型形式。這種方法操作的七個開挖面并不相互干擾，因此，在進行爆破操作時，由于相鄰和較遠處的爆破振動波對本斷面產生的疊加作用，每個部分的圍巖同時受到其他工作面的干擾最小。

3.2 三臺階七步法的應用

隧道三臺階七步開挖法是以弧形導坑開挖，并且保留核心土為基本模式,分三個臺階和七個開挖面,不同的部位開挖與支撐保護沿隧道縱向錯開且平行推進的隧道施工方法[3]。此方法在我國的應用已經逐漸成熟。例如金寨隧道工程，金寨隧道工程地質相對較差，因此施工先采用小導管預注漿固結輔助措施后，采用了三臺階七步開挖。步驟1：在拱部得到預先支撐之后，使用上弧形導向器為后向挖掘預留芯土。開挖進尺應根據初始支撐鋼架設置距離確定，最大長度為1.5 米，開挖矢跨比大于0.3。開挖后應及時支撐、錨固和網系統支護，豎起鋼框架并將其噴回到設計厚度，以形成更穩定的承重拱門。步驟2 和3：在承重拱的支撐下，挖掘并錯開左右中臺階側壁，開挖尺碼應根據初始支撐鋼架設置距離確定，錯開2 至3 m。步驟4 和5：交替挖掘左側和右側壁，開挖尺碼應根據初始支撐鋼架設置的距離確定，最大長度不得超過1.5m，并且應及時施加支撐，以使左右兩邊錯開2 至3m。步驟6：在中間挖出上下臺階，以保留核心土壤。第7 步：分節開挖仰拱，并進行初始支撐和仰拱混凝土。在后續工作中要根據施工過程測量結果，第一時間調整圍巖的預留形變空間，不可憑借經驗盲目施工。由于實際變形大于保留變形，或者保留變形大于實際變形，因此避免了初始支撐物侵入次級襯砌，二次襯里增加會直接導致混凝土浪費。

3.3 三臺階七步法施工控制要點

三臺階七步法的開挖施工應注意工程順序和步驟之間的聯系，程序安排應盡量緊湊，以減少圍巖的暴露時間，并避免由于長時間暴露而使圍巖不穩定。應嚴格按照設計要求采用高級支護，精確控制支護的外角，按照注漿工藝標準精確地加固地面，確保隧道的開挖過程在高級支撐保護之下進行，在操作地周邊需預留出30cm 的空間，以便進行人工開挖，當需要局部爆破時，必須使用弱爆破而不是過度開挖。施工過程中，應嚴格控制荷載量，以減少對圍巖的干擾，中下臺階左右兩側的開挖應錯開，嚴格禁止交錯，左右錯開距離應為兩至三米。鋼框架應嚴格按照設計和規格要求進行加工和安裝。鋼框架應豎立在堅固的基礎表面上，嚴禁懸掛拱形（墻）腳或使用回填，鋼框架應與地腳螺栓（管道）進行牢固焊接，且緊密回填隧道的超挖部分。嚴格禁止在初始支撐物后面依然存在空洞情況，必要時應在初始支撐物后面進行注漿和填充，以確保初始支撐物緊貼在圍巖上。變形的情況在施工過程中經常出現，控制變形的措施包括：增加腳固定螺栓（管道）、增加鋼框架拱（墻）腳縱向連接肋、擴大拱（墻）腳基礎和增加拱（墻）腳槽鋼墊等。應在施工后加強監測和測量工作，通過測量結果來調整支撐參數并且及時制定次襯的施工計劃，第一時間進行信息的收集和管理，當場地水含量較大時，需開挖一個側溝，將水引到兩側的排水溝中排出隧道。

4 結束語

三臺階七步法避免了側壁導坑法中存在的浪費和步驟復雜的情況，無需移除臨時支撐。同時，它吸收了三個步驟的優勢以增加核心土壤的穩定性，并將正臺階中的弧形開挖兩部分分為三部分，該方法可以通過在兩個相鄰類型的弱圍巖的施工過渡過程中調整每個部分的進尺來達到目的。