山區高速鐵路大斷面隧道機械化開挖方案設計

李鵬飛 李洪濤

(1.濟南力穩巖土工程有限公司,山東 濟南 250061; 2.黃河水電工程建設有限公司，河南 鄭州 450003)

1 工程概況

某隧道位于湖北省襄陽市境內，全長5 360 m，最大埋深約439 m。隧道設計縱坡為25‰,19.7‰的單面上坡；全隧共分進口和出口兩個工區。隧道地處荊山山脈，屬構造侵蝕剝蝕中山地貌區。隧址區位于揚子準地臺一級構造單元北緣，上揚子陸塊褶皺帶之神農架—荊門臺坪褶皺帶內。本區地層倒轉，洞身頂部以奧陶系中下統寶塔組(O2+3b)灰巖、頁巖互層為主，其下為志留系下統龍馬溪組(O3S1l)頁巖夾砂巖，再下為志留系下統新灘組(S1x)砂質頁巖，洞身段主要在新灘組(S1x)穿過。

隨著地下工程施工技術的不斷發展，隧道機械化快速建造是未來地下工程的大勢所趨。根據業主單位的要求，本文在某隧道進行了機械化大斷面隧道開挖方面的技術探討，現場運用效果良好，可為類似工程起到借鑒作用。

2 設計預案

根據隧道圍巖地質分類情況，采用大型機械化配套進行全斷面(微臺階)工法開挖，為保證施工安全，對各類圍巖分類情況采取不同的針對性措施。

1)試驗段中Ⅳ級圍巖地段采用全斷面開挖，Ⅴ級圍巖采用全斷面或微臺階開挖。

2)充分利用施工機具，超前支護均采用長大管棚代替原設計超前小導管。

3)為保證全斷面或微臺階掌子面穩定性，掌子面開挖完成后根據開挖揭示地質情況采取合理的封閉、加固等處理措施。并在掌子面封閉后對掌子面開展監控量測及應變測試，根據測試結果確定是否采取補強措施。

4)每一循環掌子面開挖后，應根據“掌子面穩定性評價分類表”率先對掌子面穩定性做初步評價，待加固后再進行二次評估，以判定是否可以采用全斷面/微臺階工法開挖。

5)試驗段將開展隧道初期支護、二次襯砌、鋼架等應力應變測試，根據測試結果，以優化調整支護參數。

3 隧道洞身開挖方案設計

根據現場機械化配套設備布置要求及相關規范要求，試驗段試驗全斷面或微臺階工法開挖，仰拱初支封閉成環安全步距要求不大于60 m；Ⅳ級、Ⅴ級圍巖地段二襯安全步距不宜大于200 m，但在確保圍巖穩定和施工安全的前提下，試驗段根據監控量測及應力應變測試情況合理確定二次襯砌安全步距。為保持掌子面穩定，開挖時按照1∶0.1放坡處理，并根據掌子面穩定監控量測情況，采取預加固措施。采用微臺階開挖時，上臺階縱向長度取2 m～3 m，根據圍巖地質情況和掌子面穩定性適當調整上臺階縱向長度。本文重點分析全斷面開挖不帶仰拱的隧道的開挖方案，對于全斷面仰拱一次開挖方案和微臺階開挖方案可參考全斷面開挖不帶仰拱的隧道的開挖方案。

全斷面法不帶仰拱開挖適用于Ⅲ級、Ⅳ級圍巖地段及Ⅴ級圍巖硬質巖地段。

3.1 施工工序

1)開挖①部，施作①部周邊的初期支護，即初噴4 cm厚混凝土，鋪設鋼筋網；鉆設徑向錨桿、架設拱墻鋼架后復噴混凝土至設計厚度；2)在滯后于①部一段距離后，開挖②部；3)灌注Ⅲ部仰拱與邊墻基礎，仰拱要求整幅灌注；4)待仰拱混凝土初凝后灌注仰拱填充Ⅳ部至設計高度；5)清理好初期支護基面，初期支護與二次襯砌之間拱墻鋪設EVA防水板加土工布，二次襯砌背后設環、縱向透水盲溝。根據監控量測結果分析，待圍巖和初期支護變形基本穩定后利用襯砌模板臺車一次性灌注Ⅴ部襯砌(拱墻襯砌一次施作)，并于拱頂預埋PVC注漿管及縱向排氣管；6)待混凝土達到設計強度后，進行充填注漿。施工工序斷面圖見圖1，圖2。

3.2 施工注意事項

1)隧道施工應堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則。2)Ⅳ級、Ⅴ級地段采用全斷面法施工時，每循環開挖進尺，根據注漿效果不應大于4榀鋼架；仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳。試驗過程中，根據圍巖監控量測、應力應變測試結果進行調整開挖進尺，如圍巖穩定且應力應變測試均在安全范圍內，則可適當拉大開挖進尺。3)鋼架施工應嚴格按設計要求設置拱腳墊板、墊槽鋼等，各施工工序間應注意互相保護，嚴格按照作業程序操作，避免施工機械對已完成的支護形成破壞，以確保安全。4)復合式襯砌段在施工時，須按Q/CR 9604—2015高速鐵路隧道工程施工技術規程及有關規范及標準圖的要求，進行監控量測，根據監控量測的結果進行分析，確定灌注二次襯砌的時機及調整支護參數。5)隧道的開挖、支護及襯砌應按Q/CR 9604—2015高速鐵路隧道工程施工技術規程及相關施工技術規范的要求辦理。6)全斷面開挖時，邊墻底鋼架接頭處鎖腳錨管采用φ42鋼化管，拱腰接頭處鎖腳錨桿(管)利用附近系統錨桿(管)代替。

4 結語

本文以鄭萬高鐵某隧道為研究對象，根據業主單位的要求，在某隧道進行了機械化大斷面隧道開挖方法的技術探討。主要對全斷面法不帶仰拱的隧道開挖方案進行了研究，在施工工序和施工注意事項中進行了詳細論述，并進行了現場運用，運用效果良好，表現出安全、高效、快速的優點，可為類似工程起到借鑒作用。