軟弱圍巖隧道洞身開挖施工技術研究

龍曉榮，徐國衛，楊 爽

(浙江正方交通建設有限公司，浙江 金華 321000)

0 前 言

隨著建設的發展,隧道穿越軟弱圍巖地區逐漸成為地下工程施工中遇到的熱點問題。與普通隧道的開挖不同,因特殊的施工環境為軟圍巖隧道洞身開挖帶來許多施工難題,造成了人員危害、周圍作業環境不能滿足施工要求。軟弱圍巖隧道洞身開挖研究與實際工程緊密相關,促進軟弱圍巖隧道洞身開挖的發展與研究。本文依托浙江省安吉至洞頭公路義烏赤岸至永康交界段工程焦山隧道和楓坑隧道洞身開挖工程,通過對軟弱圍巖洞身開挖施工進行介紹,總結了有關軟弱圍巖隧道開挖施工的幾個方案,為其他類似軟弱圍巖隧道洞身開挖工程施工提供科學依據。

1 工程概況

安吉至洞頭公路義烏赤岸至永康交界段工程起點位于赤岸鎮南楊村附近的義武公路(義武公路樁號K10+198)，起點樁號為K24+265.730，路線在南楊村、后金宅村之間穿過，往南跨過楓坑溪后，繞過谷谷山，在毛店村公墓東側經過，路線繼續往南，在市中小學生勞動基地西側、楓坑水庫東側設置隧道穿越山嶺，進入永康市，終點位于義烏與永康交界的楓坑隧道內，終點樁號為K29+788，路線長5.522 km。工程采用雙向六車道一級公路標準，設計速度80 km/h。整體式路基寬度33 m，分離式路基寬度2×16 m。項目工程地理位置如圖1所示。

圖1 工程項目地理位置圖

2 隧道概況

本項目工程設焦山隧道和楓坑隧道兩座隧道，隧道的概括如表1～2所示。

表1 焦山隧道概況表 單位：m

表2 楓坑隧道概況表 單位：m

3 洞身開挖施工方案

隧道洞身開挖需要進行爆破施工，由于本工程焦山隧道和楓坑隧道的左右洞間距較小，爆破會對相鄰隧道洞身的穩定性產生影響。

因此，在洞身開挖方案的設計上，同一掘進掌子面掘進作業時應錯開50 m以上，從而保證施工的安全。

把“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”作為隧道洞身開挖的原則。隧道洞身開挖各圍巖級別的開挖方式如表3所示。

表3 隧道施工工藝統計表

3.1 中隔壁法

中隔壁法是指隧道開挖時需要在中間修筑一道隔壁，對隔壁左右兩側土體進行分側開挖，每側的土體在進行分層分部開挖，施工時先開挖左半部分土體，左半部分開挖完成后在左右分界面上修筑一道中隔壁，隔壁修筑完成后再對右半部分土體進行開挖的洞身開挖方法。

其施工步驟見圖2，具體為：①小導管超前支護(管棚支護)；②左側洞上部分開挖；③左側洞上半部分支護；④左側洞下部分開挖；⑤左側洞下半部分支護；⑥右側洞上部分開挖；⑦右側洞上半部分支護；⑧右側洞下部分開挖；⑨右側洞下半部分支護；⑩澆筑仰拱；鋪設防水層、模筑二次襯砌；溝槽路面施工。

圖2 中隔壁法施工工序橫斷面及縱斷面示意圖

3.2 預留核心土法

預留核心土法是指先預留出中部核心土，再對預留之外的土體進行開挖，開挖時采用分層開挖的方法，先開挖土體的上部分，開挖完成后進行上部支護，支護完成后開挖下部分土體，開挖完成后進行下部支護，最后再對預留的核心土體進行開挖作業的方法。其施工步驟見圖3，具體為：①小導管超前支護；②上部環形開挖；③上部初期支護；④核心土開挖；⑤下部開挖；⑥邊墻初期支護；⑦澆筑仰拱；⑧鋪設防水層、模筑二次襯砌；⑨溝槽路面施做。

圖3 預留核心土法施工工序橫斷面及縱斷面示意圖

3.3 臺階法

臺階法是指先對隧道斷面的上半部分進行開挖，先把上部分土體開挖一短距離，再開挖隧道下部分的土體，上、下兩部分一上一下同時向前推進施工。上部分土體高度應為2.5 m，裝渣機械及時清運開挖出的土體，并用鎖腳錨桿控制上部分鋼架的下沉和變形。如果開挖部分的巖土體不穩定，這時應減小開挖距離，先支護邊墻，支護完成后在進行開挖；左右錯開或拉中槽完成后再開挖隧道邊墻的方法。其施工步驟見圖4，具體施工內容為：①上半部分開挖；②上半部分初期支護；③下半部分開挖；④下半部分初期支護；⑤防水層、二襯施工；⑥溝槽路面施工。

圖4 臺階法施工工序橫斷面及縱斷面示意圖

3.4 全斷面法

全斷面法是指隧道采用全斷面開挖完成后隧即進行噴射混凝土作業，對隧道進行初期支護，然后根據監測的數據結果確定邊墻及拱部應采用的二次混凝土澆筑方案，及早使隧道襯砌封閉成環的方法。其施工步驟見圖5，具體施工方法為：①全斷面開挖；②初期支護；③防水層、二襯施工；④溝槽路面施工。

圖5 全斷面法施工工序橫斷面及縱斷面示意圖

3.5 Ⅲ級圍巖緊急停車帶(緊-Ⅲ)施工

Ⅲ級圍巖緊急停車帶法是指需要提前確定緊急停車帶隧道的開挖尺寸，先將緊急停車帶的尺寸確定下來，再對隧道洞身土體進行開挖作業，該實例工程中將緊急停車帶的尺寸定為寬度19.22 m，高度9.62 m，確定好尺寸后采前文中提到的預留核心土法對隧道土體進行開挖作業的方法。其施工步驟見圖6，具體施工方法為：①超前錨桿支護；②開挖；③初期支護；④開挖；⑤初期支護；⑥開挖；⑦襯砌。

圖6 Ⅲ級圍巖緊急停車帶(緊-Ⅲ)示意圖

4 總 結

本文對安吉至洞頭公路義烏赤岸至永康交界段工程焦山隧道和楓坑隧道洞身開挖施工進行介紹，從圍巖等級的角度出發，對軟弱圍巖隧道洞身開挖施工技術做了較為全面的分類，針對不同的工況采用不同的開挖作業方式進行施工。通過制定不同圍巖條件下的隧道洞身開挖方案，有效地保證了施工的安全，開挖方案能夠滿足隧道開挖施工的要求，機械設備與施工人員在軟弱圍巖區域能正常作業，提高了隧道洞身施工的工作效率和質量，保證了焦山隧道和楓坑隧道施工的順利進行，同時也為其他軟弱圍巖隧道洞身開挖施工提供了較為科學的依據，以指導類似工程的施工。

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