一種適用于軟弱圍巖大跨隧道的施工工法

劉飛翔

中鐵五局集團第一工程有限責任公司

摘要：隨著我國國民經濟的不斷發展，在基礎建設過程中出現了很多超大斷面隧道。諸如市政工程四車道隧道、高速公路擴容三車道隧道、鐵路工程三線、四線、車站隧道等。許多超大跨隧道位于軟弱圍巖地層，埋深淺、穩定性差成了施工重難點。傳統的雙側壁導坑施工法已不能滿足更大的軟弱圍巖超大斷面隧道施工，需研究出一種新型的適用于軟弱圍巖大跨隧道的施工工法，本文根據贛龍復線鐵路新考塘隧道實際施工中實際應用的大墻腳雙側壁導坑雙層支護法進行總結。

關鍵詞：大跨隧道；軟弱圍巖；施工工法；大墻腳雙側壁導坑

隧道施工涉及地域廣泛，面臨的地質環境也相對復雜，軟弱圍巖就是最為常見一種情況，也是令技術及施工人員頗為頭疼的問題。這是因為軟弱圍巖會引發地基變形、塌方等地質問題的出現，影響工程質量埋下安全隱患，同時也會給隧洞工程造成極大的經濟損失。因此，結合隧洞工程實際情況，制定出切實可行的施工方案、對施工工序進行嚴格把關，是確保隧道施工質量的前提與關鍵。

1 工程概述

改建贛州～龍巖鐵路為客貨共線時速200km鐵路，其中新考塘隧道出口端205m與新建南龍鐵路上行聯絡線道岔進隧道影響，形成三線共用超大跨斷面隧道，最大寬度30.26m，最大開挖面積396.14m?，洞身圍巖全部為全風化花崗巖，埋深淺，安全風險極高、施工難度極大。實際施工中將整個超大斷面分割成不同的小導洞平行施工，底部導洞澆筑大體積靴型混凝土基礎，拱部采用雙層初期支護，取得良好的施工效果。

2 施工特點

2.1 斷面大

將超大斷面隧道優化成不同的小導洞開挖支護，導洞與導洞施工時平行作業，加快施工進度，減少干擾，能加快工序循環，確保節點工期目標。

2.2 靴型大拱腳

兩側底導洞開挖支護完成后，澆筑靴型大拱腳混凝土基礎，并將拱部初期支護鋼架設置在靴型大拱腳基礎之上，能確保軟弱圍巖施工過程中拱腳的穩定性，有效地減少了沉降。

2.3 雙層支護

拱部第一層采用型鋼支護、第二層采用格式鋼架支護，增強了整個初期支護體系的強度和剛度，使得臨時豎撐及臨時仰拱拆除后能減少沉降，保證施工安全。

3 適用范圍

大墻腳雙側壁導坑法適用于s≥260m?（s為隧道斷面面積）的軟弱圍巖超大斷面隧道，經過工法簡化適用于斷面面積小于190m?

4 工藝原理

根據傳統的雙側壁導坑法將隧道斷面分割成不同的小導洞，形成小凈距隧道施工，通過人為的相互連接，輔以臨時支撐，減少各導洞同步施工時的相互影響。將拱部鋼架與底部靴型大拱腳混凝土基礎進行有效連接，解決了支護體系轉換過程中拱腳失穩，造成沉降過大的施工難題。拱部雙層初期支護，解決了應斷面跨度大造成鋼架強度不足，容易失穩的難點。

圖1 大墻腳雙側壁導坑雙層支護法示意圖

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

大墻腳雙側壁導坑雙層支護法施工工序多，為確保隧道施工安全及施工進度，必須嚴格按照其施工流程進行操作。大墻腳雙側壁導坑雙層支護法施工工藝流程圖如圖2所示：

圖 2 施工工藝流程圖

5.2 施工步驟

1） 1#、2#底導洞

三臺階開挖1#、2#底導洞，超前支護為φ42超前小導管，鋼架采用I18工字鋼，鋼架間距0.8m，濕噴C30混凝土封閉，每循環進尺一榀鋼架距離。底導洞開挖支護完畢后，隧底φ89鋼花管注漿加固。

2）3-1、4-1導洞和靴型大拱腳基礎

底導洞注漿完成后，分段、分層澆筑C35靴型大拱腳基礎，并在靴型大拱腳基礎頂部預埋鋼板。上部導坑3-1導洞、4-1導洞與底導洞同步施工，其中4-1導洞滯后3-1導洞5m以上，環形臺階法開挖。HW200型鋼支護，間距0.8m，打設Φ32自鉆式錨桿，濕噴C30鋼纖維混凝土封閉。臨時豎撐和臨時仰拱及時閉合成環，采用I20工字鋼。

3） 4-2導洞開挖支護

滯后3-1和4-1一段距離，待1#、2#底導洞靴型大拱腳混凝土基礎強度達到70%以后，人工風鎬開挖3-2導洞和4-2導洞，將第一層初期支護HW200鋼架接長并與靴型大拱腳預埋鋼板滿焊加固，濕噴C35鋼纖維混凝土封閉。

4） 5-1導洞開挖支護

待3-2導洞和4-2導洞開挖支護一段距離后，進行5-2導洞開挖支護，將HW200鋼架與兩側3#、4#導洞通過螺栓連接，拱部打設φ32自鉆式錨桿，濕噴C30鋼纖維混凝土封閉。

5） 第二層初期支護

利用5-1導洞為作業平臺，將臨時豎撐之間的混凝土鑿穿，全環架設180格柵鋼架，鋼架腳趾與靴型大拱腳預埋鋼板進行滿焊加固，濕噴C30鋼纖維混凝土封閉。

6） 5-2步

第二層格柵鋼架支護完畢后，機械開挖5-2步。

7） 臨時鋼架拆除和開挖6步、7步。

根據監控量測數據分析，逐榀拆除3#和4#導洞臨時豎撐和臨時仰拱。分臺階逐步開挖6步、7步，仰拱初期支護與兩側靴型大拱腳混凝土連接，濕噴混凝土封閉。

8） 澆筑仰拱混凝土

仰拱初期支護長度達到6m以后，綁扎仰拱鋼筋，架設仰拱弧形模板，澆筑C35仰拱混凝土。

9） 澆筑填充混凝土

仰拱混凝土強度達到70%以后，架設填充模板，澆筑C20填充混凝土。

10） 澆筑拱墻混凝土

利用全斷面液壓式多功能襯砌臺車，掛設土工布、防水板，綁扎襯砌鋼筋，澆筑C35鋼筋混凝土。

5.3 施工作業控制要點

1）隧道開挖前，應先做好洞口邊仰坡防護和超前支護，超前支護可采用φ180洞口長管棚+內套φ22鋼筋籠，全風化花崗巖、黃土、砂性土地層可打設φ500雙層高壓水平旋噴樁，可以防止拱部掉塊、塌方。

2）兩側底導洞可以延長15～20米，便于上部導坑具有操作場地，方便進行機械化施工。

3）底導洞進行鋼花管注漿加固時，應保證注漿壓力不得小于2Mpa，鋼花管間距采用梅花形布置，間距1.2×1.5m。

4）底導洞I18工字鋼鋼架與正洞HW200鋼架、180格柵鋼架間距一致，實際施工時，底導洞鋼架與正洞第一層、第二層初期支護鋼架應嚴格錯開，保證正洞初期支護的鋼架從底導洞兩榀鋼架中心位置落底至靴型大拱腳基礎之上。

5） HW200鋼架和180格柵鋼架應采用專業化工廠統一制作，確保鋼架加工質量。鋼架運至施工現場后，應進行技術驗收，預拼裝。

6）鋼架架設過程中，嚴格進行測量定位，確保鋼架左右兩側均在同一法線上。鋼架與鋼架之間利用高強螺栓連接，并擰緊加固。

7）各導洞在開挖過程中主要采用挖掘機帶破碎頭逐榀掘進，人工修整輪廓線。開挖完成后，及時進行初噴，防止掉塊造成人身傷害。

8）導洞臨時鋼架拆除體系轉換時，應加強監控量測頻率，現場進行實時監控，保障鋼架拆除安全。

9）靴型大拱腳基礎頂部預埋鋼板位置要準確，平順，保證上部初期支護鋼架焊接時能飽滿，穩固。

6 結束語

綜上所述，隨著隧道跨度越來越大，傳統雙側壁導坑法的弊端凸顯出來，拱頂下沉大、周邊收斂大、施工進度慢等問題都成為困擾隧道施工的因素。在此基礎上，改進后的大墻腳雙側壁導坑雙層支護法很好的彌補了不足，實例證明了該新型大跨隧道施工方法的可行性。大墻腳雙側壁導坑雙層支護法施工工序較為繁復，因此在實際過程中，施工人員必須嚴格依照施工工藝流程進行操作，每一個環節的質量都影響著隧道整體質量，從細節入手，才能建設出質量過硬的工程。