大型公路隧道開挖和支護穩定性分析研究

劉　娜

(貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽　550000)

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大型公路隧道開挖和支護穩定性分析研究

劉娜

(貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽550000)

摘要：將貴州省務川至正安高速公路胡家壩隧道、小水溝隧道、務川隧道作為主要研究對象，對施工工藝以及圍巖開挖與支護進行了細致的分析，在此基礎上展開開挖與支護穩定性方面的研究，為該隧道工程施工方案的確立與優化奠定良好的基礎。

關鍵詞：大型公路隧道；施工工藝；開挖與支護；穩定性分析

1工程概況

本合同段共有3個隧道，分別為胡家壩隧道，小水溝隧道，務川隧道。其中胡家壩隧道的左幅起訖樁號為ZK48+525～ZK51+434，長2 909 m；右幅起訖樁號為YK48+535～YK51+410，長2 875 m。小水溝隧道百納隧道左幅起訖樁號為ZK53+069～ZK54+200，長1 131 m；右幅起訖樁號為YK53+045～YK54+200，長1 155 m。務川隧道為起訖樁號為JK0+940～JK1+935，長995 m。

2施工工藝

2.1超前管棚施工

具體的施工流程為：工程放樣→排水→開挖→邊坡防護→套拱→定位→鉆孔→設置鋼管→灌注。

2.2套拱施工

在對孔口管進行預埋的過程中，位置的選取必須按照設計要求與圖紙。在安裝工字鋼的過程中，工字鋼之間的實際間隔距離應切實滿足設計要求。

2.3鉆孔

在本次施工中，主要使用兩臺鉆機進行平行鉆孔，在軸線的兩端由高至低進行鉆孔，鉆孔過程保持的方向需使用事先預埋完成的孔口管實施定位。鉆機的控制與操作應穩定可靠，防止在執行鉆孔的過程中左右晃動使孔位與設計要求發生偏離。在鉆進時，應隨時隨地對鉆桿的實際狀況進行檢查，如果發現較為嚴重的偏離現象，應立即做出調整，同時結合鉆孔的實際情況對實施方案進行整改和優化。

2.4管棚鋼花管安裝

為了防止成孔在長時間的暴露情況下發生坍塌，在鉆完一個孔位之后，應立即安裝管棚鋼管，在安裝之前，應對孔洞進行細致的清理，確保無任何雜質。在安裝之前，需將鋼管的前端進行處理，制作成錐形，并根據設計要求對注漿孔進行對應的加工。安裝過程中，鋼管需逐步進入，管接之間使用絲口進行無縫連接，其長度保持在15 cm左右。相鄰的兩個鋼管之間應預留不小于1 m的錯開。

2.5注漿

在上述管棚鋼管完成設置之后，需立即進行后續注漿，注漿過程中使用純水泥漿液，注漿時漿液的壓力在1.0~2.0 MPa之間。在實際情況中，將注漿管口放置在鋼管的底端，隨著漿液的流入將注漿管緩慢拔出，直到注漿過程結束，在完成之后，需使用其他種類的水泥對鋼管進行填充，從而提高鋼棚鋼管的強度。在執行注漿時，相關工作人員應隨時觀察是否存在漿液躥孔的情況，如果存在，必須立即停止注漿，在處理之后再進行注漿操作。

2.6超前小導管施工

超前小導管注漿運用外徑為φ42 mm，壁厚為4 mm的熱扎無縫鋼管，長約400 cm，在施工之前將鋼管前端制成錐形，鋼管尾端焊接φ6鋼筋加勁箍，管壁周圍鉆出四排φ8 mm壓漿孔，孔與孔之前的間距保持為15 cm，呈梅花形分布。超前小導管的尾部需焊接在型鋼支撐上。小導管前端制作呈錐形，尾部長度約為100 cm，以此作為不設注漿孔的止漿段。施工過程中，每排超前小導管安裝35根，每隔360 cm設置一排超前小導管。小導管沿隧道開挖輪廓線布置向外傾斜，環向間距為40 cm，外插角為10°~15°，要求搭接長度大于等于1.0 m。注漿漿液使用純水泥漿，漿液水灰比取0.5～1.0(重量比)。注漿壓力應根據實際地層的密實程度決定，一般按0.5～1.0 MPa進行施工。

3圍巖開挖與支護

3.1Ⅲ級圍巖開挖及支護

本隧道工程Ⅲ級圍巖開挖施工主要運用全斷面光面爆破法進行，開挖后初期支護手段為掛網錨噴，在圍巖開挖之后穩定性趨于平穩時，進行二測襯砌，使用鑿巖機具進行鉆孔，鉆孔產生的砂土用側卸式運輸車裝載。相比之下，Ⅲ級圍巖相對較為穩定，所以在開挖的過程中可以適當增大循環進尺，每次循環進尺的設計值為2.5 m。具體的施工流程為：工程放樣→鑿巖機鉆孔→爆破施工→運渣出渣→設置初級支護→完善防水設施→澆筑襯砌。

3.2Ⅳ級圍巖開挖及支護

本隧道工程Ⅳ級圍巖開挖施工主要運用上下臺階法，開挖后初期支護手段與Ⅲ級圍巖開挖相同，施工中臺階的實際長度應準確控制在10~15 m之間。在鉆孔的過程中，上斷面需配置八臺風槍，而下斷面鉆孔則使用鑿巖機進行，利用反鏟式挖掘機將上斷面中的石渣全部移至下方，然后在固定的位置設置一個裝載機，由具有一定自動卸車功能的車輛進行運輸。開挖的過程中，應遵循短進尺、小爆破的原則，這是為了有效減少爆破產生的振動對圍巖的不利影響，保證圍巖在開挖的過程中可以保持穩定，循環進尺的設計范圍為1.5~2.0 m，開挖完成之后，立即進行初期支護，支護手段為噴錨掛網，并設置鋼結構拱架，及時對圍巖進行封閉。施工過流程為：工程放樣→上斷層開挖與支護→下斷層開挖與支護→設置支護拱混凝土→完善排水設施→澆筑混凝土。

3.3Ⅴ級圍巖開挖及支護

Ⅴ級圍巖開挖之后需運用小導管實施超前支護，開挖方法為環向開挖預留核心土法，要求在施工中上臺階與下臺階之間的距離需保持在5~10 m范圍內。伴隨開挖過程，使用高壓噴射槍向開挖面噴射一定強度的混凝土，同時架設工字鋼結構的拱架，架設完畢之后進行二次噴漿，直到漿液的厚度滿足設計要求。人工控制風鎬進行斷面開挖，先進行斷面超前支護，再按照設計方案進行開挖，同時構建完善的初期支護設施。開挖過程需遵循短進尺、小爆破的原則，每次循環進尺的設計值應小于等于1 m。

4穩定性分析

4.1大型公路隧道圍巖的形變規律

通過大量的實驗得知，隧道拱頂的沉降量一般比水平收斂的程度大很多，隧道邊墻一般不會出現較大的位移，而且在對上臺階進行開挖以后、對下臺階進行開挖以前，邊墻的移動方向是固定的，也就是圍巖的深部，這樣的實際與最初的計算結果是較為吻合的。產生這一現象的原因為：在開挖過程中，隧道拱段巖石在持續受到重力的作用下逐漸向隧道內部形變，由于公路的規模較大，所以支護結構與圍巖會產生相對較大的壓力區間，在傳遞至側面的圍巖時，會使側面的巖體受到較大的壓縮。因此，在這些較為關鍵的位置上應適當加強支護與控制的力度，在實際情況中，可使用噴錨網進行。

4.2現場測試

通過對現場測試的結果分析得知，該公路隧道的表面收斂與隧道拱頂沉降位移與開挖時間成正比。絕大多數測試點位在對隧道當前位置進行開挖時，位移最大，因此，在對當前斷面進行開挖時，隧道圍巖的穩定性最差，應注重該環節的支護結構。

5總結

實踐證明，在大型公路隧道建設中運用臺階開挖法實施短掘短砌是具有一定可行性的，該施工方法不僅可以大幅縮短施工工期，其經濟性與安全性都有所保證，具有廣闊的應用與發展前景。

參考文獻：

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[3]黃倫海,劉 偉,劉新榮.單洞四車道公路隧道開挖的模型試驗研究[J].地下空間,2013,24(4):465-469.

Analysis of stability about excavation and support of large-scale highway tunnel

LIU Na

(Guizhou Road & Bridge Co., Ltd.,Guiyang, Guizhou 550000,China)

Abstract:This paper analyzes the construction technics and the excavation and retaining of surrounding rocks based on the project of Hujiaba tunnel, Xiaoshuigou tunnel and Wuchuan tunnel in the highway built from Wuchuan to Zheng’an in Guizhou Province. The paper also discusses about the stability of excavation and retaining, tries to set up and optimize this tunnel construction scheme.

Keywords:large-scale highway tunnel;construction technics；excavation and retaining;analysis of stability

中圖分類號：U455.7

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0120-02

作者簡介：劉娜(1986-)，女，貴州安順人，助理工程師，主要從事公路橋梁研究。

收稿日期：2015-06-03