高速公路隧道洞身開挖施工與初期支護措施

史雄博

（甘肅省交通工程建設監理有限公司，甘肅蘭州730000）

0 引言

隨著我國各地區城市化進程的不斷加快，道路交通體系也在不斷地發展和完善。在這樣的背景下，各地區都在不斷進行高速公路修建，而在高速公路修建過程中，經常需要進行各種隧道的施工。要想保證隧道的施工質量，應做好隧道施工過程中的洞身開挖工作，采取合適的方法挖掘隧道。在隧道施工初期，應借助各種類型的支護結構實現隧道整體的穩定，從而保證高速公路整體的工程質量，發揮出高速公路的作用，推動社會的發展。

1 高速公路隧道施工的特點

高速公路隧道施工難度大，主要是因為隧道工程埋于地下，工程地質和水文地質條件非常復雜。在這樣的情況下，負責施工的技術人員，往往很難準確把控山體內的結構，對施工區域的地下水等特殊地理、水文條件的了解，也存在較大難度。所以，在進行高速公路的隧道施工時，整體難度較大。此外，由于高速公路的隧道施工屬于地下施工，不利于施工方隨時掌握施工的實際情況，對施工過程中存在的各種安全隱患，也無法提前預知。在隧道施工過程中，施工區域周圍的地質和水文條件，隨時都可能因施工情況的變化而發生變化。所以，在施工過程中，如果無法對隧道的內部做好支撐和穩定，那么將會給施工埋下巨大的安全隱患。

除此以外，由于隧道施工時環境較為封閉，施工區域空氣流通不暢，所以，在實際施工過程中，必須要采取合適的手段加強隧道內的空氣流動，保證施工人員的人身安全。但這樣一來，也造成了隧道施工成本比其他工程的施工更大的局面，同時對施工方案也提出了更高的要求。

2 高速公路隧道工程的施工原則

在高速公路建設過程中，負責隧道施工的工作人員在施工時，必須嚴格遵循施工原則，從而最大限度地保證施工安全，更好地處理安全隱患。在這一過程中，首先應確保從事施工活動的有關單位，具備符合要求的施工資質，并在正式施工前，安排專門的技術人員對工程的實際情況進行全面調查和分析，然后再根據現場的實際情況，結合工程的要求，制定出具體的施工方案。其次，對施工過程中可能存在的安全隱患，應安排人員制定應急預案，保證施工順利進行。最后，必須對于施工現場做好控制和管理，特別是對某些黃土含量較大、含水量較高的區域，在這些特殊的情況下進行隧道的施工，必須嚴格按照工程的實際需求控制好仰拱距掌子面的距離。同時，還應安排工作人員隨時對施工現場的地質和水文條件進行全面考察，控制好施工現場的人數，如果發現施工過程中處存在較大安全隱患，應及時撤離，避免發生安全事故。

3 高速公路隧道工程洞身開挖策略

隧道施工過程中，洞身開挖是最重要的一環，其工作量較大，施工風險較高。因此，只有做好這一環節的施工，才能保證后續工程的順利進行。在進行隧道洞身開挖時，施工的基本原則和策略主要有以下幾方面：

3.1 施工的基本原則

施工前，必須做好工程現場的調查工作，并做好工程設計圖紙的核對工作，為隧道施工做好準備。在正式開挖隧道時，必須安排全斷面模板臺車、錨桿機、濕噴機和通風機提前進入施工現場。通風機應設在隧道洞口附近，當隧道的挖掘深度達到50m 后，就應以適當的風速向隧道內部送風。對施工過程中出現的地下水，應做好化學分析，從而準確判斷地下水對于工程的整體結構是否存在較為嚴重的侵蝕問題。

3.2 洞身開挖

在洞身開挖前，技術人員應做好測量放樣，開挖過程中必須隨時對隧道的軸線位置和高度進行測量，在隧道內部每隔50m 設置一個水準點，確保工程施工可以嚴格按照設計圖紙進行。在這一過程中，還應安排獨立的監理人員，對施工全過程做好監督和管理工作。在洞身挖掘過程中，應選擇合適的開挖方法，一次成形，并預留足夠的沉降量，為后續工序提供良好的工作環境。最重要的是，在挖掘過程中必須做好逃生管道的設置，確保一旦出現意外事故，施工人員可以及時撤離。從隧道挖掘的實際情況來看，經常會出現超挖現象，一旦出現超挖，必須采用同等強度的混凝土進行回填，以保障工程整體的安全和質量[1]。

3.3 挖掘方法

挖掘的方法主要有三種，分別是全斷面開挖法、臺階法及環形開挖留核心土法。采用全斷面開挖法，應將工程的施工尺寸控制在3～4m 之間，并通過大型機械設備配套作業。借助大型機械設備，在同一平面上以恒定的速度進行隧道挖掘。在進行超前開挖導洞時，還應控制好開挖的距離，確保工程的施工質量；在隧道內圍巖整體性較強的情況下，可以通過臺階法進行挖掘，上臺階的長度不得大于30m，借助懸臂掘進機，可以最大限度地減少對圍巖的擾動；環形開挖留核心土法，指的是將隧道的開挖面依照上、下、底劃分為四個部位，每一步做好核心土的預留后，再進行挖掘。挖掘的過程中，核心土的面積應占斷面面積的50%以上。每完成一部分的挖掘后，應及時采用初襯混凝土將圍巖封閉。

在不同的情況下進行隧道施工，所使用的挖掘方法也不一樣。負責隧道施工工作的人員在日常工作過程中，必須做好對施工現場的調查和研究工作，根據施工現場的實際情況，選擇最合適的施工方法。

4 高速公路隧道施工初期支護措施

隧道施工中非常重要的一點，就是支護工作。只有做好支護工作，才可以保證工程整體的安全性。進行高速公路隧道施工時，初期的支護措施，主要劃分以下幾類：

4.1 鋼筋網的制作和安裝

鋼筋網是支護措施中的重要組成部分。在進行鋼筋網制作時，應嚴格按照設計圖紙執行，在鋼筋網片中進行點焊的節點數量應不低于全體節點數量的20%。除了點焊的節點外，其他節點應當用扎絲進行捆綁，在完成錨桿的安裝后，再將制作好的鋼筋網運輸到施工現場，開始掛設。搭設鋼筋網時，鋼筋網片之間的搭接長度不得小于2 個網格，且在搭設過程中，應預先在巖壁上鋪設混凝土層，然后再根據地勢的起伏安裝鋼筋網。如果利用雙層鋼筋網，那么第二層鋼筋網的安裝，應當在第一層鋼筋網被混凝土覆蓋后進行，并且在安裝過程中，必須要將鋼筋網和其他固定結構之間充分連接，保證噴射混凝土時，鋼筋網不會晃動[2]。

4.2 錨桿施工

進行錨桿安裝，應在隧道內第一次混凝土噴射后就進行。如果是在V 級圍巖區域進行錨桿施工，那么應在完成第一次混凝土噴射的3h 后進行施工。在巖壁上鉆孔時，必須根據工程設計要求和施工現場的實際情況，選擇合適的孔洞。

為保證鎖腳錨桿設計拉拔力，應減少對圍巖的擾動，加快作業循環時間，保障洞內施工人員作業環境安全。鎖腳錨桿采用氣動手持式鉆機，單孔3～4m長，鉆孔時間在5～10min 左右，且確保干鉆無水，不會浸泡拱腳，不會對圍巖的穩定產生破壞。鉆孔過程中，孔位允許偏差應控制在設計規范內。在正式施工前，還需采用高壓風槍將孔內巖粉、碎屑等雜物清理干凈。

4.3 鋼拱架的安裝

在正式安裝鋼拱架前，必須對鋼拱架的整體質量進行全面檢測，確保在質量符合施工要求的前提下再安裝。安裝鋼拱架時，應和第一次噴射的混凝土之間進行緊密接觸，接觸過程中存在的空隙應借助墊塊進行嵌實處理。鋼拱架兩側的架腳，也應放在較為牢固的地基上。正式安裝前，還必須全面清理鋼拱架底部的地面。除此以外，還要確定鋼拱架的標高符合工程的實際需求，如果無法滿足，可以通過鋼板對標高進行調整（見圖1）。

圖1 鋼拱架的安裝

為了更好地保證鋼拱架上、下導豎直連接，不產生扭曲變形，更好地受力，防止開挖下導時噴射混凝土堵塞螺栓孔、機械破壞上導拱腳連接鋼板，造成下導連接困難，且避免對拱架整體成環受力造成影響，應增加鋼拱架拱腳保護砂箱。如此，既保證了鋼拱架上、下導連接的順直度，使之更好地受力，又能防止螺栓孔堵塞，方便施工，還能防止拱架下沉，節約材料的同時，還能保證鋼拱架的施工質量[3]。

4.4 噴射混凝土施工

噴射混凝土施工是高速公路隧道施工中初期支護過程中最重要的一環。在這一過程中，應選擇合適的原材料，盡可能選擇PO.42.5 普通硅酸鹽水泥。在水泥正式使用前，還要做好相應的試驗工作。制作混凝土的過程中所使用的砂的細度模數應大于3，整體的含水率應控制在5%～7%之間。為了使制作的混凝土更好地滿足工程的實際需要，應選擇高效減水劑來控制混凝土整體的坍落度和品質。混凝土制作過程中，要選擇符合質量標準的速凝劑，采購人員在完成了速凝劑的采購后，應做好保管工作，避免其品質出現變化。速凝劑在正式投入使用前，應進行試驗。在混凝土制作過程中所使用的水，也應控制好品質，確保水源質量不會對施工造成不利影響[4]。

完成原材料的選擇后，就應借助試驗的方式來選擇噴射混凝土內部各種材料的配比。為了更好地滿足工程的實際需要，試驗人員應盡量選擇符合需求的兩種以上的材料配比，再通過試驗進行對比，選擇最符合要求的配比方案，在投入應用時應隨時根據施工要求進行調整。正式進行混凝土噴射前，必須對隧道斷面的整體尺寸以及隧道內部的斷裂破損部位進行全面檢查和分析。對于隧道內影響作業活動的障礙物，應及時拆除。

噴射混凝土施工應分段進行。按照由下至上的順序，將隧道內部以6m 為標準長度進行劃分。初次噴射的厚度不得小于40mm，混凝土噴射的最終厚度應滿足設計要求。首次混凝土噴射應注重將隧道壁上出現的坑洞等進行填平處理，第二次混凝土噴射應在初次噴射完成最終凝固后進行。如果隧道內部的巖壁表面出現了滲水現象，那么就應對混凝土的配合比進行調整，增加混凝土內水泥速凝劑的含量。如果在局部區域出現了非常大的出水現象，應增設盲管或排水板，并結合鑿槽埋管，將水引入側溝。

5 結語

在高速公路修建過程中，往往需要進行大規模的隧道修建。所以，負責高速公路的施工方應針對隧道修建過程中洞身挖掘的有關技術和初期的支護措施，做好相應的研究和分析，更好地以工程的實際需要為基礎，對施工的具體內容進行調整，從而提升隧道工程修建的質量。