淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術研究

李成濤

（重慶川九建設有限責任公司 重慶市渝北區 401120）

淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術研究

李成濤

（重慶川九建設有限責任公司 重慶市渝北區 401120）

隧道工程施工難度較大，一旦遭遇風化帶、地形偏壓、軟弱堆積物、軟弱圍巖等特殊的地質問題，極易導致淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工過程中面臨著圍巖變形的困難，出現拱頂下沉或者地表開裂等問題。本文將分析淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工技術。

淺埋；軟弱圍巖；大跨徑；隧道；施工技術

1 引言

隧道工程分為兩種，分別是深埋隧道與淺埋隧道。而淺埋隧道地質相對特殊，在開挖的過程中可能會出現拱頂下沉急劇加大，地表開裂等問題。在淺埋軟弱圍巖隧道施工的過程中，要使用正確的方法和技術，保證施工的安全和質量。

2 淺埋軟弱圍巖大跨隧道的施工流程

2.1 關于施工技術中的超前支護

對于軟弱圍巖，其穩定性較差，因此在建設的過程中需要做好超前支護。超前支護的內容包括小導管注漿、管棚、超前錨桿、賬幕注漿等等。①超前錨桿。在隧道開挖之前，需要在隧道的周圍放置超前錨桿，從而起到預先加固的效果。超前錨桿的主要參考數據包括以下四個方面：錨桿的長度I=3.2m～5.2m；錨桿之間的間距d=0.4m=0.6m；錨桿的直徑φ=21～32mm；錨桿的外插角a=12m～17m。在隧道建設中，一般情況下使用普通的砂漿錨桿；在特殊情況下使用邁式錨桿和藥包錨桿。②小導管注漿。在隧道建設發展的過程中所使用的小導管超前注漿技術，是在地基灌漿的基礎上所實施的一種圍巖加固技術，具有止水的效果。操作方法是在隧道開挖的掌子面上，在開挖輪廓線的0.3m～0.4m之外，鉆孔并安裝小型的鋼花管，進而進行高壓注漿的加固工作，要等到所注的漿液達到規定的強度之后再進行開挖。小導管注漿的主要參考數據是：小導管的長度I=3.2m～5.2m；小導管之間的間距d=0.4m～1.2m；小導管的直徑φ=42mm～62mm。

2.2 隧道建設中的開挖施工

隧道圍巖開挖的過程中，為了避免隧道的拱頂出現急劇下沉甚至塌方，必須采取正確的施工方法。例如上半斷面臺階法、中壁法和雙側導坑開挖法。若要增加軟弱圍巖的承壓能力并減少對圍巖的擾動，施工人員要采用全斷面的光面爆破技術，而對于地質條件更差的地方，必要時采用半斷面和弱爆破手段進行開挖。對于一些大斷面或者特大的斷面，施工人員要采取分部開挖法，現在常用的有CD法或者CRD法。當遇到一些較大的突發事件時，比如涌水，又或者一些特殊的地質狀況時，比如溶洞、斷層等等，就要適時地改變施工方法和手段，盡量的保證施工安全和隧道質量。比較常用的開挖隧道的方法有兩種：①非鉆爆措施，比較適合于非常軟弱的圍巖地質；②松動爆破、微震動爆破，這比較適合于平常的軟弱圍巖地段。

2.3 關于隧道建設中的監控量測

做好監控測量，能夠監測軟弱圍巖的穩定性，以保證隧道的安全和質量，為隧道的施工方和設計方提供有效的參考數據。隧道的兩側主要分為兩個方面，分別是施工前的量測和施工中的量測。施工前的量測工作主要有地質的調查、現場試驗等，從中了解掌握軟弱圍巖的具體構造及特征；施工中的量測主要以現場量測為主，以監視施工的狀況和控制變形，發現潛在的問題并提出科學的解決措施。施工中進行的量測工作主要有量測軟弱圍巖內部的松弛范圍，量測坑道周圍的位移，量測支護結構的自承能力等（具體淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工的流程如圖1）。

3 大跨隧道主要施工方法分析

目前，國內應用的大跨隧道施工方法主要有上半斷面臺階法、中壁法和雙側導坑開挖法。本文主要介紹上半斷面臺階法、雙側導坑開挖法的應用：

3.1 上半斷面臺階法

臺階法一般以臺階的長度分為長臺階法、短臺階法和超短臺階法三種方法。這三種方法中臺階的長度是根據初次支護形成閉合斷面的時間來決定，圍巖越差其對閉合時間的要求也越短。通常情況下一般的隧道斷面適當選擇臺階長度是可以適應從土質到巖質較為廣泛的地質。長臺階法是將斷面分成上半斷面以及下半斷面兩部分分別進行開挖，通常情況下一般上臺階超前50m以上或者大于5倍洞徑，而上端面和下端面相距100～150m左右可以進行循環開挖，也可以采取平行開挖的方法。短臺階法的臺階長度通常在20～50m左右，臺階長度小于5倍但大于1～1.5倍洞徑，兩個斷面比較近，會對作業造成干擾。由于短臺階會縮短支護結構閉合時間并且改善初次支護的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，因此其使用的范圍比較廣泛。Ⅱ～Ⅵ類圍巖都可以采用，并且尤其適合Ⅱ～Ⅲ類圍巖。采用超臺階施工時需要注意以下問題：在軟弱圍巖施工時，需要特別注意開挖工作面的穩定性，必要時需要采取輔助型的施工措施。上半斷面臺階由于施工空間大且速度相對較快，比較適應大型機械的開挖，在大部分圍巖條件下都可以采用。

圖1 淺埋軟弱圍巖大跨隧道施工的流程圖

在臺階法應用的過程中，需要針對軟巖的特點預留變形量，對軟巖洞段周邊進行位移監測，在隧洞開挖過程中，主要監測隧洞內壁兩點連線方向的相對位移或監測點的絕對位移量。隧洞周邊位移是圍巖應力狀態變化的最直觀反映，判斷出初期支護設計與施工方法選取的合理性；采用統計分析和現場量測相結合的方法對軟弱軟巖等復雜地質條件下預留變形量的選取進行研究。在對圍巖進行合理支護后，選擇合適的短臺階法，循環進尺為0.6m，分上、下臺階預留“核心土”的方法進行開挖，上臺階與下臺階的距離在5m左右，下臺階與仰拱的距離在15m以下，下臺階掌子面與二次襯砌的施工距離在50m以下。

3.2 雙側導坑開挖法

側導坑法通常會被分為單側導坑法和雙側壁到坑法。一般多應用于大段周圍巖石承受力不好的隧道上，然而正因為這種原因它的施工工藝變得異常復雜且繁瑣，而且施工進度與效率并不是很高。通常情況下，單側壁導坑法主要是把斷面分成了三個部分：側壁導坑1、上臺階2、上臺階3。在施工過程中需要遵循一定的順序：①需要在做好支護工作的基礎上，進行側壁導坑的施工工作，并且盡可能用最快的速度閉合導坑中的初次支護；②需要在做好拱部支護的基礎，進行上臺階2的施工工作，并且需要使兩側分別支撐在導航初次支護和上一個臺階上；③需要在保證另一側邊墻的基礎上，進行下臺階3的施工工作，盡可能快速完成底部初次支護的建設工作進而閉合全斷面。

對初次支護導航的臨空部分及進行拆除處理，并完成二次襯砌的工作。這一部分的施工流程由于斷面被分成了三個部分且開挖寬度在每一個細節流程中都不大，所以在一定程度上大大減小了側導初次支護的承受力。因此，這種側導坑法主要應用在難以控制地表沉降且擁有較大跨度、比較松軟的圍巖上。雙側導坑法通常被人稱為眼睛法，它一般被應用于地表沉降較為嚴格并且擁有較大隧道跨度的圍巖上，這種導坑法主要把斷面分為大小均為一致的四個部分，即左右側壁導坑1、上部核心土2以及下臺階3。它的施工需要遵循的順序有：①需要在及時有效閉合初次支護的基礎上，對一側導坑進行施工作業，在一定距離之外進行一側導坑的開挖立功，同時需要建設初次支護；②在初次支護建設的基礎上，進行上部核心土的施工作業，并且需要保證其拱腳在兩側壁導坑的初次支護上支撐；③需要在初次支護建設的基礎上進行一次全面的下臺階施工作業，并且閉合初次支護的全斷面；拆除導坑臨空部分的初次支護處理，進而完成二次襯砌的工作。

4 大跨淺埋軟弱圍巖隧道在施工中需要注意的事項

①隧道開挖的過程中，需要采取網噴支護以避免隧道以及超前導坑間的土體塌落。②鋼架在加工之時，要保證它的線形要符合國家規定的標準，在安裝之時，要保證每一個鋼架要安裝在與之相匹配的樁號上，不能混亂。③在將鋼架連接筋與鋼架進行焊接時，可以把它調整到工字鋼腹板的地方進行焊接，這使得焊接的效果俱佳。④在隧道建設中，臨時的排水有兩種方式：a.洞內超前排水；b.洞口井點降水。兩種方式均可以把隧道內的積水排放干凈。在隧道的洞內進行排水，需要采取彩色的布鋪設在隧道洞內，施工設備免于浸泡。⑤進入工作面進行工作的人員，要嚴格遵守安全施工的規章制度，按規定正確佩戴安全用具。⑥工作人員在施工過程中要牢記施工技術規范，在工作交接之時做好書面報告工作，沒有完成的工作地段要運用示警標示進行警示。在挖掘機開動之后，挖掘機的臂干、履帶、鏟斗的內部禁止站人，以防發生生命危險。

5 結束語

綜上所述，在隧道工程建設中，淺埋軟弱圍巖大跨施工十分常見，其不僅有助于為我國隧道建設，而且有利于促進我國隧道建設事業的健康發展。在實際隧道工程中，需要結合實際地質特點，分析施工過程的難點，采用合理的施工方法，才能杜絕施工質量問題，保證隧道使用安全。

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U455.4

A

1004-7344（2016）07-0151-02

2016-2-20

李成濤（1963-），男，高級工程師，研究生，主要從事煤礦礦井施工技術及管理工作。