淺埋軟巖公路隧道開挖施工技術優化措施初探

李莉

山西路橋建設集團有限公司 山西太原 030006

隧道里程的不斷延長使越來越多的隧道面臨淺埋軟巖問題，這無疑給隧道開挖施工提出了更高要求，如果所用開挖方法不適宜或支護不到位，則具有可能引發安全問題。因此，有必要結合淺埋軟巖隧道實際情況，對其開挖施工技術進行深入分析，并提出相應的優化措施。

1 工程概況

某淺埋軟巖隧道實際埋深在13-38m范圍內，而且ZK93+870～ZK93+960段、ZK94+020～ZK94+140段、ZK94+ 390～ZK94+440段、K94+410～K94+510段與K93+857～K94+140段地勢相對較低，溝壑被匯水直接沖刷。以上各段最大埋深只有12m，局部埋深甚至小于2m，導致開挖施工難度很大，需制定合理可行的施工技術及其優化措施。

2 施工方法與工藝

考慮到隧道結構松散、巖質偏軟且埋深較淺，施工中由于產生擾動所以難以形成可靠的自承體系，容易發生松弛導致張裂破壞，故如果所選施工方法不當或支護不到位，將導致坍塌，甚至引起冒頂事故。對此，在充分考慮以往其它工程施工經驗的前提下，開展技術攻關，通過對各項新技術的引入，對施工方案予以優化，并科學組織現場布置與施工，提高過程控制力度，嚴格遵循短進尺、強支護與勤量測相結合的基本原則開展施工，對地表存在的沖溝及陷穴等可能對隧道開挖造成的影響引起高度重視，根據相關調查結果，制定針對性措施加以處理。通過施工質量與安全等方面的綜合對比，并充分考慮工程施工圖紙及相關規范提出的要求，最終將開挖方法決定為雙側壁導坑法，同時采取增設鎖腳錨桿的方法保證支護結構體系的可靠性與穩定性。

隧道開挖施工借助小型挖掘機進行，局部由人工使用風鎬提供必要的輔助，盡可能減少或避免由于開挖不當引起的圍巖失穩，最大限度發揮圍巖自身具有的承載力；在此基礎上，使仰拱施工與掌子面的開挖緊跟，對圍巖直接暴露的時間予以嚴格控制，在整個施工過程當中做好監控量測工作，同時保證錨桿支護質量。

開挖按照以下順序進行：對左側導洞進行超前預支護→開挖左側導洞→對左側導洞進行初期支護，具體方法為架設鋼支撐與錨噴混凝土，然后進行側壁墻的施工→對右側導洞進行超前預支護→開挖右側導洞→對右側導洞進行初期支護，具體方法為架設鋼支撐與錨噴混凝土，然后進行側壁墻的施工→對上半斷面進行超前預支護→開挖上半斷面→對上半斷面進行初期支護，具體方法為架設鋼支撐與錨噴混凝土→開挖下半斷面→對下半斷面進行初期支護，具體方法為架設鋼支撐與錨噴混凝土→拆除側隔壁墻→在仰拱處灌注混凝土→沿環向設置盲溝與防水板，并對二次襯砌結構進行混凝土灌注。以上各步施工都要在預支護措施到位且強度符合要求后進行，預支護措施包括超前小導管與注漿及長管棚[1]。

3 具體實施與優化措施

（1）在洞口段的開挖施工開始前，需在做好洞口段截水溝施工的同時對洞口土方和邊仰坡進行有效防護。對于洞口段的土方，主要采用挖掘機與裝載機相配合的方式按照從上到下的順序分層開挖，開挖產生的土方由自卸車外運，同時對形成的邊坡坡面予以防護，每開挖完成一段便進行一段的防護。明洞的開挖方式為明挖法，在開挖到明暗分界線的位置后，立即進行護拱施工，澆筑護拱混凝土，之后為暗洞進行超前長管棚的施工，然后對明洞進行襯砌結構的施工，待明洞襯砌結構成型且強度達到要求后，方可進入到暗洞進行施工，最后在明洞的混凝土實際強度切實達到要求后對明洞的洞頂予以回填。

（2）根據襯砌結構的具體類型，在洞身開挖開始前應先在掌子面上噴射一層厚度為5cm的混凝土，混凝土的強度等級為C25，噴射完成后布置超前小導管，共布置兩層，然后通過注漿形成超前支護體系，導管以熱軋鋼管為宜，單段長度為4m，按40cm的環向間隔距離設置，縱向按照1m的長度進行搭接，環向內、外側的插入角度分別按照5°-10°和10°-15°的范圍控制。在開挖結束后，通過初噴強度等級為C25的混凝土予以有效支護，噴射厚度按5cm控制，以此縮短圍巖直接暴露的時間；在初噴結束后，盡快開始安裝錨桿，錨桿為砂漿錨桿，單段長4.5，按照0.5m的縱向與環向距離進行安裝，安裝完成后應呈梅花狀。具體安裝方法為：先用鑿巖機鑿出錨桿孔，然后利用壓縮空氣清孔，檢查錨桿孔的方向是否與巖面保持垂直，清孔與檢查均完成后，按外露長度不超過5-10cm的要求將錨桿安裝到錨桿孔中，并盡快進行鋼筋網的掛設。鋼筋網由雙層鋼筋網片制成，其環向與縱向距離相同，均為15cm。施工中為達到施工要求，需通過加工使鋼筋網形成一個長度為1.2m、寬度為0.9m的整體網片，相鄰兩個網片之間的搭接長度按照鋼筋直徑30倍以上控制，通過點焊相連。網片的鋪設要根據巖面具體起伏情況進行，并且和錨桿之間的連接必須達到牢固，在露出的錨桿上使用鋼墊塊將鋼筋網扣住，然后用螺栓將其固定，使錨網系統實現良好的整體受力。將錨網系統安裝到位后，即可開始對鋼支撐進行架設。

（3）在以上淺埋段當中，因圍巖質地較軟，所以為防止掉塊現象的發生，決定在原設計基礎上對鋼架支護的設置進行加密，從之前的每50-80cm設置1榀調整到均按30cm的間隔距離設置，同時將超前支護提前到進入至淺埋段之前5-10m。在超前支護體系中，預支護方法以長管棚為主，其具體長度以淺埋段在縱向上的分布距離確定，同時對提前防護范圍的具體距離進行充分考慮。管棚主要為無縫鋼管，相鄰兩個管節之間使用絲扣相連，其長度為15cm。對管棚進行安裝的過程中，兩個相連的孔洞，其接頭應交錯布置。將管棚安裝到位后，盡快灌注純水泥砂漿，直到飽滿[2]。

（4）待長管棚施工結束后，根據襯砌結構類型及其各項支護參數開始施工，對于初期支護中的鋼架，其施工主要采用對鎖腳錨桿進行加密設置的方法來固定拱部鋼架，避免掉拱問題發生。將鎖腳錨桿的數量從原設計確定的4根增加到12根，其單根長4m。在安裝鎖腳錨桿之前，先對鋼架的整體制作質量進行檢查，確認其強度與剛度能否達到要求。在安裝每一拼鋼架之前，均要做好測量定位工作，確保安裝精度達到要求。正式安裝開始后，連接板之間的結合應達到緊密和對齊，在沒有特殊要求的情況下使用螺栓相連，而接縫應使用焊接的方法將其連接牢固。在相鄰兩個鋼架之間主要使用螺紋鋼相連，其環向間隔距離按照1m控制，兩端要有足夠的長度和鋼架之間完成焊接，以確保鋼架保持穩定，實現整體受力；鋼架的拱腳處應支撐于穩固的墊塊上，如果存在松散層，應將其清除到保持在穩定狀態的層面，在拱腳和層面之間，使用強度等級相同的混凝土通過噴射完全填充，同時將拱腳裹住，最后在拱架的周圍利用混凝土墊塊將其楔緊。

（5）為保證整個施工過程的安全，必須嚴格開展超前地質預報，并對圍巖的變形量進行實施觀測，通過及時和施工現場的溝通，為開挖及支護方法的正確采用及修改優化提供可靠依據，進而達到預期的安全和質量目標。由于淺埋段的覆蓋層厚度很小，在開挖完成后圍巖無法實現自穩成拱，導致地表發生塌陷。對此，為保證淺埋段隧道開挖安全，還需對地面進行嚴格的沉降觀測。在觀測過程中，點位的布置需嚴格按照以下原則進行：對于埋深在40m以內的段落，需沿隧道走向軸線以5-10m的間隔距離布點，并在橫向結合實際情況確定適宜的主斷面，在主斷面上進行測點的布設，用于掌握地表沉降沿橫向分布情況和具體的影響范圍。在獲取大量監控量測成果后，將其作為二次襯砌結構施工的參考依據，其施工方法以先墻后拱法為主。在二次襯砌結構澆筑過程中使用的混凝土均在拌和站中通過集中拌和而成，拌和完成后及時運輸到現場采用輸泵送泵入，期間安排專人通過臺車窗口對澆筑完成的混凝土進行振搗，振搗需在兩側同時進行，與確保相差的高度達到要求。

（6）為保證淺埋段開挖安全，開工前需對全體人員予以安全培訓，以此增強人員自身安全意識，杜絕不安全和不規范操作的發生。開挖施工必須嚴格按照相關規定進行，若需要對原設計進行變更，需按照相應的程序提交申請，通過后方可變更。開挖施工前還需對地表中線周圍做全面的勘察，統計不良地質數量和情況，包括沖溝、滑塌與陷穴，然后結合隧道的里程樁號進行登記，在施工中每逢到達這些不良地質段便加強監控量測，以保證隧道開挖能夠安全且順利的完成。每個循環都要做好測量放樣工作，對超欠挖進行嚴格控制。定期檢查并復核各個測量控制點，防止因隧道底部下沉或上鼓等原因導致控制點被破壞。開挖結束后，根據規定的項目和頻率開展圍巖量測工作，并對量測的信息進行及時反饋[3]。

（7）在暗洞分部開挖過程中，需在滿足規范與工程設計，以及安全質量相關要求的基礎上，優先考慮適合采用機械設備進行施工的工藝方法，對分部尺寸進行的劃分應科學合理，不同分部的施工應盡量做到平行作業，以此加快施工速度，縮短整個工期。在棄渣過程中，應安排專人進行指揮，保證棄渣的堆放達到整齊，且邊坡保持平整，同時還要在棄渣場中設置好擋墻等設施。隧道施工中禁止隨意傾倒棄渣，在施工結束后，需對棄渣場進行平整，并切實做好綠化與防護，以免發生水土流失。隧道施工的全過程當中，現場作業環境要達到以下基本要求：對于空氣中的氧氣含量，若按體積計應達到20%以上；對于粉塵容許濃度，單位體積空氣中不低于10%的游離態二氧化硅粉塵含量不能超過2mg，單位體積空氣中不超過10%的游離態二氧化硅粉塵含量不能超過4mg；一氧化碳濃度不能超過30mg/m3，若有需要，施工人員必須進入到工作面時，一氧化碳濃度可達到100mg/m3，但持續工作時間要控制在30min以內；二氧化碳濃度若按體積計不能超過0.5%；氮氧化物換算成二氧化氮后的濃度不能超過5mg/m3；隧道內的氣溫和噪聲分別不能超過28℃、90db。施工中為防止粉塵污染，可進行撒水處理，以此減少對周圍環境造成的破壞[4]。

4 結語

綜上所述，淺埋軟巖隧道因埋深較淺且圍巖質地偏軟導致其開挖難度和風險都高于普通隧道段落，所以在施工中一方面要根據現有資料和相關施工經驗編制施工方案，另一方面則要在施工開始前及過程中結合現場實際情況對方案進行必要的優化調整，同時全面加強施工安全控制，只有這樣才能安全、順利的完成淺埋軟巖段開挖施工。