隧道建設(shè)工程中正洞的施工技術(shù)應(yīng)用探討

孫 煒

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西 太原030024）

0 引言

淺埋破碎巖層隧道施工方法的選擇是決定隧道施工安全和進(jìn)度的關(guān)鍵性因素，因此在施工方法選擇上一般較為慎重，合理的施工方法可有效控制初期支護(hù)的沉降變形量，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。一般情況下，隧道施工方法的劃分因素有：高度、跨度、高度與跨度綜合考慮三種。主要考慮開挖高度對(duì)圍巖影響的施工方法有全斷面法、臺(tái)階法、三臺(tái)階法等；主要考慮開挖跨度對(duì)圍巖影響的施工方法有側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等；開挖高度、跨度綜合考慮的施工方法有CD法、CRD法等。

1 工程概況

某隧道建設(shè)工程位于該地區(qū)高速公路3標(biāo)段的第3KM以南約450m處，設(shè)計(jì)為左右線分離式的短隧道。右線端洞口里程樁號(hào)LC26+805-LC27+320，洞體長(zhǎng)515.0m，最大埋深42.06m，位于LC26+930處。左線端洞口里程樁號(hào)LC26+810-LC27+330，洞體長(zhǎng)520.0m，最大埋深41.12m，位于LC26+940處。隧道總體走向呈105-80°，左右線均屬短隧道，隧道圍巖主要由煤層、泥巖及薄層灰?guī)r組成，洞體范圍內(nèi)存在煤礦采空區(qū)。地質(zhì)條件極為復(fù)雜，存在淺埋、軟弱破碎巖層、煤系地層、采空區(qū)、滑塌體等各種不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2 隧道工程中正洞的施工技術(shù)

在對(duì)淺埋破碎巖層隧道一般施工方法分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)該隧道淺埋，圍巖軟弱破碎，且隧道穿越煤系地層和采空區(qū)等工程特征，隧道在選擇隧道施工方法時(shí)，主要考慮開挖尺寸、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及工程造價(jià)等因素的影響。該隧道在采用三臺(tái)階法施工時(shí)，施工基本原則：“預(yù)判斷，管超前，嚴(yán)注漿，短臺(tái)階，弱爆破，短進(jìn)尺，交錯(cuò)挖，強(qiáng)鎖腳，大拱腳，早封閉，勤量測(cè)，緊襯砌”。

2.1 臺(tái)階劃分施工

開挖高度過(guò)高不利于圍巖的自穩(wěn)，開挖高度太低不利于初期支護(hù)的受力。因此，一般上臺(tái)階開挖高度取3.0-3.5m，中臺(tái)階取2.5-3.0m，下臺(tái)階取2.0-2.5m。

臺(tái)階長(zhǎng)度選擇時(shí)考慮到圍巖自穩(wěn)和臺(tái)階長(zhǎng)度對(duì)施工的影響，一般上臺(tái)階開挖長(zhǎng)度取3.0-5.0m，中臺(tái)階長(zhǎng)度取5.0-7.0m，下臺(tái)階以施工方便為主，但不宜超過(guò)15.0m。

2.2 短進(jìn)尺施工

三臺(tái)階法施工時(shí)必須采用短進(jìn)尺，嚴(yán)格控制每次的開挖長(zhǎng)度。上臺(tái)階每次進(jìn)尺為1-2榀鋼拱架距離，且距掌子面最近一榀鋼拱架的距離不得超過(guò)20cm；中臺(tái)階和下臺(tái)階每次進(jìn)尺為2-4榀鋼拱架距離，且在中、下臺(tái)階開挖時(shí)，各臺(tái)階均左右錯(cuò)開施工，同臺(tái)階間左右錯(cuò)開至少3.0m，以避免上層初期支護(hù)兩腳同時(shí)懸空。

2.3 核心土施工

（1）上臺(tái)階核心土長(zhǎng)度可取1.5m-2.0m，在確保掌子面穩(wěn)定的前提下，為拱架架設(shè)和超前支護(hù)施工提供工作平臺(tái)；核心土頂面距拱頂約1.8m-2.0m，在圍巖穩(wěn)定性極差時(shí)，可適當(dāng)增加核心土高度，核心土左右腳部離開挖輪廓線2.0m-3.0m。

（2）中臺(tái)階施工時(shí)不留核心土，直接落底至中臺(tái)階，為上臺(tái)階開挖時(shí)提供方便，利于車輛通行。

（3）下臺(tái)階預(yù)留部分核心土，做成行車斜坡，從而滿足道路放坡需要，確保車輛行駛安全，兩側(cè)交錯(cuò)拉槽施工。

2.4 弱爆破、緊支護(hù)施工

破碎巖層隧道在施工過(guò)程中若需爆破，應(yīng)嚴(yán)格控制爆破強(qiáng)度，降低對(duì)圍巖的擾動(dòng)，應(yīng)采用機(jī)械開挖，并注意開挖進(jìn)尺和速度。在隧道掌子面開挖后一兩個(gè)小時(shí)是圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵時(shí)期，破碎巖層隧道圍巖暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，受到環(huán)境影響，圍巖應(yīng)力釋放變形后極易發(fā)生失穩(wěn)，因此必須立即支護(hù)。

2.5 超前支護(hù)施工

淺埋破巖層隧道必須采用超前支護(hù)，加強(qiáng)掌子面前方圍巖的自穩(wěn)能力，保證隧道掌子面施工的安全。超前小導(dǎo)管注漿能夠?qū)η胺轿撮_挖部分巖土體起到縱向梁作用，同時(shí)通過(guò)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)注漿，漿液將進(jìn)入巖土體的裂隙中，形成剛度較大的土層加固圈，提高了巖土體的穩(wěn)定性。

2.6 鎖腳錨桿、大拱腳施工

上中下臺(tái)階在鋼拱架架設(shè)完成后均須打設(shè)鎖腳錨桿，每個(gè)拱腳不少于兩根，鎖腳錨桿采用3.5-4.0m長(zhǎng)Φ22藥卷錨桿或Φ42mm的注漿小導(dǎo)管，鎖腳錨桿必須與鋼拱架焊接牢固，圍巖破碎情況下，鎖腳錨桿應(yīng)注漿，增加與圍巖間的握裹力，鎖腳錨桿的施作質(zhì)量是初期支護(hù)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

大拱腳是通過(guò)擴(kuò)大初期支護(hù)結(jié)構(gòu)縱橫向支撐面積，以提高地基承載力的方法。各臺(tái)階開挖后，拱腳處應(yīng)清除虛渣，將鋼拱架直接落于堅(jiān)實(shí)的基底上，在基礎(chǔ)情況較差時(shí)，可采用混凝土墊塊墊于拱腳下，避免拱腳懸空，造成初期支護(hù)失穩(wěn)。

3 隧道工程中仰拱三幅施工技術(shù)

仰拱三幅施工法通過(guò)減小仰拱開挖跨度，以控制初期支護(hù)的沉降變形量、提高隧道整體穩(wěn)定性，同時(shí)在仰拱施工時(shí)，采取措施而不影響施工車輛正常通行，順利完成軟弱破碎圍巖隧道初期支護(hù)仰拱的閉合。

3.1 第一幅仰拱的施工

開挖隧道右側(cè)圍巖，開挖深度為1.2-2.0m，橫向開挖寬度為隧道開挖寬度的1/8-1/6，縱向開挖長(zhǎng)度為3.0-4.0m，架設(shè)右側(cè)鋼拱架，鋼拱架右端與右側(cè)拱腳處鋼拱架下端用螺栓聯(lián)接，焊接縱向連接筋，在右側(cè)鋼拱架上噴射砼，筑成第一幅仰拱。

3.2 第二幅仰拱的施工

待第一幅仰拱施工6-8小時(shí)后，在隧道左側(cè)用同樣的方法進(jìn)行第二幅仰拱施工，筑成第二幅仰拱。

3.3 第三幅仰拱的施工

待第二幅仰拱施工10-12小時(shí)后，開挖隧道中部圍巖，架設(shè)中部鋼拱架，中部鋼拱架的左端與第二幅仰拱的鋼拱架右端用螺栓連接、右端與第一幅仰拱的鋼拱架左端用鋼筋焊接連接，在中部鋼拱架上噴射混凝土，筑成第三幅仰拱，第一幅仰拱、第二幅仰拱、第三幅仰拱聯(lián)接構(gòu)成縱向深度為3.0-4.0m的仰拱。

3.4 后續(xù)隧道仰拱施工

當(dāng)隧道第三幅仰拱開挖時(shí)，仰拱兩側(cè)已施工完成，類似大拱腳作用的第一、二幅仰拱能夠有效地承擔(dān)上部初期支護(hù)作用，降低了隧道大幅開挖而產(chǎn)生的圍巖變形量，同時(shí)第三幅仰拱施工簡(jiǎn)便可快速成環(huán)，且弧度較小易于鋼拱架的加工與連接，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中。

在進(jìn)行仰拱第三幅仰拱施工時(shí)，由于仰拱中間部位的開挖，會(huì)對(duì)車輛通行帶來(lái)一定影響，為了發(fā)揮三幅施工法的優(yōu)勢(shì)，不致影響隧道掌子面的正常施工，在第三幅仰拱開挖時(shí)，在其上方架設(shè)臨時(shí)棧橋，以利于施工車輛的通行，保證各工序間相互協(xié)調(diào)，互不影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依托工程的實(shí)際情況，對(duì)該隧道工程中的正洞開挖及仰拱施工的主要技術(shù)做了分析，找到了適于淺埋破碎巖層隧道正洞開挖施工的方法，通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，提出了選擇使用仰拱三幅施工法的施工技術(shù)流程，施工后，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，采用仰拱三幅施工法替代半幅施工法后，仰拱開挖引起的拱頂沉降值和最大沉降速率均減少25%左右，充分體現(xiàn)了仰拱三幅施工法在淺埋破碎巖層隧道工程中良好的應(yīng)用效果。

［1］范永慧.淺埋破碎巖層隧道小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué),2011.

［2］孫哲.隧道淺埋、破碎段的六步CD法施工[J].科海故事博覽·科技探索,2012(3).

［3］邵大鵬,李廷春.淺埋偏壓軟巖隧道施工技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù),2012(8).