大斷面隧道施工與支護技術研究

黃 毅

(貴州橋梁建設集團有限責任公司)

1 工程概況

1.1 曹河隧道

曹河隧道起訖樁號為ZK13 + 772～ZK16 + 930、YK113 +754～YK16 +965，位于不設超高的曲線上，洞門進出口為端墻式。左線有Ⅴ級圍巖88 m，Ⅳ級圍巖470 m，Ⅲ級圍巖2 563.2 m;右線有Ⅴ級圍巖111 m，Ⅳ級圍巖500 m，Ⅲ級圍巖2 604.3 mm。

1.2 獅子凸隧道

獅子凸隧道起訖樁號為ZK17 + 169～ZK17 + 336、YK117 +170～YK17 +326，位于不設超高的曲線上，洞門進口為削竹式，出口洞門為端墻式。左線有Ⅴ級圍巖72 m，Ⅳ級圍巖40 m，Ⅲ級圍巖55 m;右線有Ⅴ級圍巖66 m，Ⅳ級圍巖40 m，Ⅲ級圍巖50 mm。

2 洞口及洞身的施工技術

2.1 進洞施工

大斷面隧道的洞口施工，應盡量避開雨季，而且在開展施工之前應確保排水系統已完善。曹河、獅子凸隧道的洞口施工方案，運用由上至下、分層開挖與支護的方法。為了提高施工的工作效率，曹河、獅子凸隧道的明洞與仰坡開挖工作需在同等時段進行，而且采取整體澆筑的混凝土施工方式。在進洞的過程中，運用超前管棚和混凝土加固的方式完成，在施工作業時，將鋼質支架緊緊貼在斷面位置上，形成鋼拱架，并在斷面打入鋼管，最后進行混凝土澆筑。

2.2 明洞施工

在開展明洞施工之前，現在洞口的邊坡位置挖出一條截水溝，將此截水溝與隧道外路面上的排水系統進行連接。曹河、獅子凸隧道的明洞開挖運用從里至外、由上至下的分層施工方法，在開挖的深度達到標準以后，對開挖完成段的路基進行適當的處理，處理完成且檢驗合格以后，立即安裝模板并對鋼筋進行綁扎，鋼筋綁扎完畢以后，搭建隧道明洞的外部模板，最后進行混凝土澆筑。待混凝土的強度已滿足相關要求以后，安裝防水板。隧道明洞回填用土、石分層并夯實的方法，在回填的過程中，要確保洞口與仰坡能夠很好的搭接。

2.3 大斷面隧道的洞身開挖

由于曹河、獅子凸隧道屬于典型的大斷面隧道，所以其截面是很大的，使得隧道在逐漸開挖的過程中應力分布較為不均衡，隧道底端應力過于集中，拱頂難以維持平衡，因此在實際情況中，隧道周邊土質發生改變的現象時有發生。為了杜絕隧道施工中出現安全事故，提高安全性，在施工時應結合各項影響因素，制定最佳的施工方案。對于曹河、獅子凸隧道而言，由于隧道地層的巖性相對較好，所以運用了臺階洞身開法進行施工。

3 大斷面隧道支護技術

3.1 超前支護

(1)大管棚

曹河、獅子凸隧道的地下水資源較為豐富且斷層較多，因此運用大管棚法對隧道實施超前支護，在隧道開挖的工作面建立一定尺寸的棚幕和殼體，以此得到超前支護的目的，確保施工安全，有效減少坍塌事故的發生幾率。大管棚鋼花管的結構如圖1 所示。大管棚由Φ108 熱軋無縫鋼管組成，并在管身進行鉆孔，每個孔洞之間的距離為0.5 m，孔洞的直徑維持在6～8 mm 以內，按照梅花分布原則進行鉆孔，從而提高混凝土在管棚中的滲透作用。鉆孔完成以后，將事先處理妥當的鋼管全部插入，使用水泥對管口的周邊進行封堵，待水泥強度達到標準以后，將水泥混凝土壓進鋼管中，管內的混凝土會由孔洞向四周滲透，從而到達加固的目的。

圖1 大管棚鋼花管結構示意圖

(2)超前小導管

首先，運用混凝土噴射方法對隧道的開挖面實施封閉。封閉完成以后，需在水泥混凝土面上進行鉆孔，孔洞之間的距離不得超過0.4 m，直徑應保持在20 mm 左右，以備小導管插入，小導管為40 mm 熱軋無縫鋼管，為了便于安裝，小導管的頂端已經被處理成錐形。小導管安裝完畢以后，向管內灌滿水泥混凝土，隨時檢驗水泥混凝土的灌注效果，以免出現灌漿不合理現象。

3.2 初期支護

(1)混凝土噴射

在曹河、獅子凸隧道的初期支護施工過程中，為了到達更好的支護效果，在混凝土噴射時運用濕噴法，所用水泥混凝土的標號是32.5 常規硅酸鹽水泥，為了進一步提高水泥混凝土的凝結性能，在噴射之前向水泥混凝土中添加了一定量的速凝劑，以此加快凝結。在所有準備工作均完成以后，將水泥混凝土直接噴射在隧道的內壁上。

(2)錨桿施工

錨桿具有極強的支撐和固定的作用，在洞室開挖其預噴混凝土均已經完成且檢驗合格之后，需在指定位置盡早安裝錨桿。本工程運用具有極高抗張力的熱軋無縫鋼管作為錨桿，并采取自鉆式的安裝方法。首先在確定所用錨桿以后，在錨桿的一端加設鉆頭，使其在鉆入的過程中完成安裝，安裝完成以后，從底端開始向其內部灌注混凝土，完成錨桿施工。

(3)鋼拱架

鋼拱架需在室外加工成型之后，在進行安裝和使用。為了保障安全，應嚴格控制實際偏差，對于本工程而言，鋼拱架翹曲的誤差不得超出20 mm。分片形式的鋼拱架需在隧道的開挖位置進行組裝，成型以后利用螺栓進行固定，然后在對其實施安裝，在本工程中，為了增加鋼拱架的牢固性，安裝完以后在所有接頭位置都安裝了一個錨桿，此錨桿是由砂漿制成。

(4)鋼筋網

將成型配套的鋼筋網焊接在鋼支撐的外端焊點上，在安裝完成以后認真檢查，防止漏焊，以此提高隧道初期支護的安全性。

(5)防水層

本工程要求在水泥混凝土的噴射層和襯砌層中間安裝防水層，從而防止外界的水分滲入到隧道中。本工程選用的防水層由土工布和塑料板組成，在安裝防水層之前，對安裝面進行細致的抹平工作，確保不存在明顯的尖銳和凸起之后在進行安裝。

3 大斷面隧道混凝土襯砌

在隧道初期支護結束以后，應對其進行混凝土襯砌。襯砌需在圍巖量測凈空轉變速度在0.2 mm/d 以內時進行施工，此外圍巖的實際形變量必須已經完成設計要求的八成以上，而且存在十分明顯的減弱趨勢才能進行襯砌施工。本工程在襯砌的過程中，運用襯砌臺車完成，工藝為水平分層，方法為混凝土對稱澆筑。在襯砌完成后10～20 h 內，應對其實施養生，本工程的實際養生時間為15 d。在實際襯砌工作中，為了便于后續施工，預留了一定數量的孔槽，為隧道內照明設備、通風設備的安裝與使用創造了很便利的條件。

4 大斷面隧道突水狀況的預防與處理

4.1 注重地質預報

在大斷面隧道施工中，相關人員應對地質預報引起足夠的重視。本工程使用鉆孔車進行了一系列的鉆探任務，掌握了地質條件等全方位信息，進一步明確了施工的重點和要點，為質量控制和安全施工打下了深厚的基礎。為了預防突水狀況，本工程的實際探水長度確定在7.5 m，隧道沒挖5 m，就預留2.5 m 的距離用于探水。本工程整個施工過程未發生突水狀況。

4.2 注漿堵水

本工程施工過程中，發現隧道中的實際涌水量過大，經測量，已經超出了限制，經過及時的分析、研究和組織，工程決定立即對斷面進行注漿，以此堵住水分滲入。所選水泥標號為42.5#常規硅酸鹽水泥，水泥的凝結時間不固定。通過及時的注漿排水，隧道內的涌水現象得到了很好的改善，此方法的堵水效果顯著。

5 總 結

綜上所述，大斷面隧道的施工難度是很大的，隧道底端較為集中的應力分布使其拱頂也處于十分不穩定的狀況，在施工或使用過程中有發生坍塌的危險，一旦發生安全事故，后果將不堪設想。曹河、獅子凸隧道施工中，超前與初期支護技術十分完善、系統，不僅提高了隧道施工的安全性，而且方法簡單、效果顯著，為后續施工提供了很大的便利。此外，在施工隊伍積極的努力與配合之下，工程施工組織與管理也都達到了較高的水平，施工全過程質量控制均達標，使工程順利完成，并具有極高的經濟、社會效益。

［1］楊海芹，李俊才，陳志寧，等.淺埋暗挖隧道施工中縱向地表下沉的規律［J］.南京工業大學學報(自然科學版)，2011，30(3):56－60.

［2］中華人民共和國行業標準.公路隧道設計規范(JTG D70－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.