大跨徑隧道開挖施工技術(shù)研究

楊永強(qiáng)

（中鐵十七局集團(tuán)城市建設(shè)有限公司，貴陽 550000）

1 引言

在經(jīng)驗(yàn)積累、技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備革新過程中，大跨徑隧道開挖施工技術(shù)進(jìn)步明顯，相比于傳統(tǒng)小塊、多次分割斷面的挖掘方法，其施工過程更加快速與安全，并且能符合大跨徑隧道開挖施工的基本需求。為了更好地應(yīng)用大跨徑隧道開挖施工技術(shù)，對其進(jìn)行研究十分必要。

2 工程案例

黃家屋基隧道工程隧道區(qū)附近海拔1 889.4～2 078.8 m，地貌類型為溶蝕、侵蝕、剝蝕低山地貌。場地位于六盤水市水城縣發(fā)箐鄉(xiāng)大河鎮(zhèn)村境內(nèi)，隧道進(jìn)出口及洞身段均有鄉(xiāng)村公路可達(dá)，交通便利。本高速公路隧道設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，建筑限界凈寬、凈高分別為10.25 m 與5.0 m，設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級。為分離式長隧道，隧道進(jìn)口及洞身段測設(shè)線間距約30 m，出口段測設(shè)線間距19 m。右幅隧道起訖樁號為YK15+552～YK17+528，長1 926 m，最大埋深約124 m。左右幅隧道進(jìn)口及洞身平面線形為直線，左幅出口段位于R=1 300 m 的圓曲線上，右幅出口段位于R=1 200 m 的圓曲線上。左右幅隧道進(jìn)口段為上坡，坡度分別為2.478%及2.5%，洞身及出口段為下坡，縱坡坡度分別為-0.84%和-0.86%[1]。

該項(xiàng)目屬于大跨徑隧道，在開挖過程中需注意諸多要點(diǎn)，要求做好大跨徑隧道開挖施工技術(shù)控制，確保施工質(zhì)量。

3 工程地質(zhì)條件

3.1 地層巖性

隧道區(qū)上覆殘坡積層（Qel+dl）粉質(zhì)黏土；下伏二疊系下統(tǒng)棲霞組一段（P1Q1）砂巖夾泥巖；下伏二疊系下統(tǒng)棲霞組二段（P1Q2）灰?guī)r；下伏石炭系中統(tǒng)黃龍群組（C2hn）灰?guī)r；下伏石炭系下統(tǒng)大塘組（C1d）灰?guī)r；下伏石炭系下統(tǒng)擺佐組（C1b）灰?guī)r。

3.2 巖石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

粉質(zhì)黏土夾碎石、強(qiáng)至中風(fēng)化灰?guī)r。粉質(zhì)黏土夾碎石結(jié)構(gòu)松散，易垮塌；強(qiáng)至中風(fēng)化灰?guī)r，中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～較破碎，圍巖呈碎裂結(jié)構(gòu)，隧道圍巖易發(fā)生松動變形、掉塊，拱部無支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生坍塌。

強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖：薄～中層狀，節(jié)理裂隙極發(fā)育，結(jié)構(gòu)面結(jié)合性極差，巖體極破碎，且軟弱。該層風(fēng)化深度、程度大。中風(fēng)化砂巖夾泥巖：薄～中層狀，節(jié)理發(fā)育，受夾層影響，結(jié)構(gòu)面結(jié)合性差至一般，巖體完整性差。

本次勘察利用初勘試驗(yàn)成果資料，結(jié)果見表1。

表1 巖體物理力學(xué)試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

4 大跨徑隧道開挖施工技術(shù)控制要點(diǎn)

4.1 隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)評價(jià)

4.1.1 隧道進(jìn)洞口邊（仰）坡穩(wěn)定性評價(jià)

隧道進(jìn)口地形緩，無高仰坡存在。但覆蓋層較厚，隧道開挖后，巖基巖面可能發(fā)生坍塌、滑移，且?guī)r體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，自穩(wěn)定性較差，可能危急隧道施工及運(yùn)營安全，須加強(qiáng)仰坡防護(hù)及洞內(nèi)支護(hù)。

4.1.2 隧道出洞口邊（仰）坡穩(wěn)定性評價(jià)

隧道出口地形稍陡，無高仰坡存在。覆蓋層較薄，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎，自穩(wěn)定性差，須加強(qiáng)仰坡防護(hù)及洞內(nèi)支護(hù)[2]。

4.1.3 隧道施工對環(huán)境影響評價(jià)

隧道穿越山體，地表水不發(fā)育，無居民居住，地表大部分為荒山、少量旱地，地下水埋藏深，位于隧道底板以下，隧道開挖后對地下水環(huán)境影響微弱。隧道開挖棄渣應(yīng)合理利用或合理堆放，以免對環(huán)境產(chǎn)生破壞[3]。

4.2 炮眼布置參數(shù)

在工程中采取光面爆破，在極硬巖中周邊眼間距為50~70 cm、周邊眼最小抵抗線為60~80 cm、裝藥集中度為0.3~0.35 kg/m，硬巖周邊眼間距為45~65 cm、周邊眼最小抵抗線為60~80 cm、裝藥集中度為0.2~0.3 kg/m，軟質(zhì)巖周邊眼間距為35~50 cm、45~60 cm、0.07~0.12 kg/m。

4.3 隧道襯砌設(shè)計(jì)

以新奧法原理指導(dǎo)隧道洞身襯砌設(shè)計(jì)，初期支護(hù)采取復(fù)合式襯砌方式，由于圍巖級別不同，可采取超前支護(hù)措施，二次襯砌材料為模筑混凝土或鋼筋混凝土，將1.5 mm 厚EVA蜂窩式防水板及350 g/m2無紡?fù)凉げ挤笤O(shè)在初期支護(hù)與二次襯砌之間[4]。采用工程類比法對襯砌結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)圍巖級別和洞室埋深條件擬定相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)（見表2）[5]。

表2 隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)

4.4 隧道施工方法

選擇明挖法處理隧道明洞段，在邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上可就地全斷面整體模筑鋼筋混凝土；采用新奧法對暗洞進(jìn)行施工，采用無軌運(yùn)輸?shù)姆绞教幚硭淼莱鲈徊捎媚０迮_車進(jìn)行二次襯砌澆筑[6]；采用環(huán)形開挖留核心土法對Ⅴ級圍巖地段進(jìn)行處理；采用臺階法與全斷面法處理Ⅳ級、Ⅲ級圍巖；采用濕噴工藝處理隧道初期支護(hù)噴射混凝土，整體模筑混凝土處理二次襯砌；工作面可使用上部留核心土支擋，這樣能確保工作面的穩(wěn)定性，確保在安全支護(hù)下進(jìn)行操作。環(huán)形開挖進(jìn)尺需控制在0.5～1.0 m。

4.5 隧道施工監(jiān)控量測

4.5.1 拱頂下沉

全～強(qiáng)風(fēng)化Ⅴ級圍巖段10～15 m 布設(shè)1 個(gè)斷面，一般情況Ⅴ級圍巖地段每10～20 m 布設(shè)1 個(gè)斷面，Ⅳ級圍巖地段每20～40 m 布設(shè)1 個(gè)斷面，Ⅲ級圍巖地段每30～50 m 布設(shè)1 個(gè)斷面，測點(diǎn)原則布設(shè)在拱頂中心線上，當(dāng)圍巖較差時(shí)在拱頂設(shè)置3 個(gè)測點(diǎn)。

4.5.2 周邊位移

測點(diǎn)布置應(yīng)與拱頂下沉量測布設(shè)在同一斷面，每個(gè)斷面根據(jù)開挖方法布置1～3 對測點(diǎn)（每臺階1 對測點(diǎn)）；底鼓測點(diǎn)一般在Ⅴ級圍巖地段每20～40 m 布設(shè)1 個(gè)斷面，測點(diǎn)原則布設(shè)在仰拱中心線上，且測點(diǎn)布置應(yīng)與拱頂下沉、水平收斂量測布設(shè)在同一斷面。在變形較大區(qū)域要加密測點(diǎn)和觀測頻率。

4.5.3 地表沉降

將10～15 m 的斷面設(shè)置在隧道洞口淺埋段，每個(gè)洞口的斷面至少為1 個(gè)，將測定設(shè)置在斷面隧道拱部，將測點(diǎn)間距、拱部兩側(cè)測點(diǎn)間距分別控制在2～3 m、3～4 m，洞室穩(wěn)定狀態(tài)和評價(jià)隧道變形特征可采取洞口淺埋段地表變形量測來實(shí)現(xiàn)。測點(diǎn)布置應(yīng)盡量與洞內(nèi)拱頂下沉、周邊位移量測布設(shè)在同一斷面；洞口段、淺埋段或地表有建（構(gòu)）筑物時(shí)，必須進(jìn)行地表下沉量測。淺埋偏壓隧道洞口除沉降外要同時(shí)測量水平和縱向位移；監(jiān)測發(fā)現(xiàn)位移量過大、邊仰坡開裂或者速度無穩(wěn)定趨勢時(shí)要加密觀測頻率。

5 結(jié)語

在大跨徑隧道開挖施工技術(shù)的應(yīng)用過程中，要求能了解工程地質(zhì)條件，做好隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)評價(jià)、隧道平、縱線形設(shè)計(jì)、隧道襯砌內(nèi)輪廓等各個(gè)環(huán)節(jié)與要點(diǎn)的控制，確保施工質(zhì)量。本研究方案在實(shí)際應(yīng)用中能有效提升施工效率，降低施工難度，同時(shí)也能在應(yīng)用過程中減少施工阻力，可以為類似項(xiàng)目工程提供理論與實(shí)踐依據(jù)。