高速公路隧道洞身開挖施工工藝的探討

許傳燁 （福州東南繞城高速公路有限公司，福建 福州 350000）

0 前言

在現(xiàn)代高速公路工程當(dāng)中，洞身開挖工程屬于一項(xiàng)重要的隱蔽工程，此工程具有工程量大、風(fēng)險(xiǎn)較高的特性，但此項(xiàng)工程的質(zhì)量會(huì)對(duì)安全性產(chǎn)生影響，所以必須嚴(yán)格的對(duì)其施工工藝進(jìn)行保障。此項(xiàng)工程施工工藝方面，其會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)環(huán)境、斷面形式等因素而產(chǎn)生不同，例如全斷面開挖法、上下臺(tái)階法、CD/CRD法等，所以此工程施工工藝的原則就在于，嚴(yán)格依照隧道圍巖的級(jí)別與施工條件，制定相應(yīng)合理的施工工藝方案。

1 隧道洞身開挖常見方法

目前依照現(xiàn)狀來看，多數(shù)高速公路隧道洞身開挖工程會(huì)采用新奧法進(jìn)行施工，此類方法主要適用于山嶺隧道，基礎(chǔ)在于礦山法[1]。基于研究報(bào)告得知，新奧法的優(yōu)點(diǎn)與特點(diǎn)在于其能夠最大限度的對(duì)圍巖進(jìn)行防護(hù)，降低圍巖受外界因素的干擾，尤其在針對(duì)軟弱圍巖的前提下十分有效[2]。

但新奧法的施工工藝也會(huì)因?yàn)閷?shí)際條件產(chǎn)生變化，目前其主要可以分為全斷面開挖法、臺(tái)階開挖法、分部開挖法[3]。全斷面開挖法是依照隧道設(shè)計(jì)對(duì)斷面進(jìn)行開挖，直至滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，此項(xiàng)方法原理、實(shí)施都相對(duì)簡單，但實(shí)際應(yīng)用上容易受到多方面因素的限制，所以使用機(jī)會(huì)相對(duì)較少；臺(tái)階開挖法主要為正臺(tái)階法，此方法開挖主要強(qiáng)調(diào)工程的劃分，能夠適應(yīng)大部分實(shí)際條件，所以應(yīng)用相對(duì)廣泛；分布開挖法是將隧道設(shè)計(jì)開挖斷面分成若干部分，并依照劃分針對(duì)性的制定開挖工序，進(jìn)而開始施工，此方法當(dāng)中主要包括了環(huán)形開挖留核心土法、單/雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。

2 董奉山隧道工程實(shí)況

福州繞城高速公路東南段董奉山隧道地處長樂區(qū)鶴上鎮(zhèn)境內(nèi)，隧道全長2634.5m，左右洞呈分離布置，左洞全長2613m，右洞全長2656m，為長隧道；隧道主洞建筑限界凈寬14.5m，凈高5.0m，3車道，內(nèi)輪廓斷面面積為122.33m2，為大斷面隧道。本隧道采用普通鉆爆法施工，基于勘察工作的結(jié)果，針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境采取了不同的施工工藝，洞口軟弱圍巖淺埋段地質(zhì)較差的Ⅴ級(jí)圍巖地段，采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，洞身Ⅳ級(jí)圍巖段采用了CD法開挖，Ⅲ級(jí)圍巖段采用上下臺(tái)階法開挖，Ⅱ級(jí)圍巖段采用全斷面開挖。

具體如表1所示。

董奉山隧道洞身開挖工程當(dāng)中，主要將工程分為洞口開門、洞口軟弱圍巖淺埋開挖、主洞洞身開挖3個(gè)階段，并根據(jù)3個(gè)階段采用了不同的方法，本文將對(duì)此進(jìn)行逐一分析。

3 董奉山隧道洞身開挖施工工藝

3.1 洞口段開挖施工

洞口段開挖施工具體流程如圖1所示。

圖1 洞口段開挖施工具體流程

董奉山隧道洞口開門要點(diǎn)主要包括：確認(rèn)施工前測(cè)量放線是否標(biāo)準(zhǔn)，做出邊坡開挖輪廓、截水天溝，在洞口段因地質(zhì)埋深度較小、圍巖力學(xué)性能較差，對(duì)監(jiān)控量測(cè)、超前支護(hù)工序進(jìn)行了嚴(yán)格管制，在進(jìn)行暗挖進(jìn)洞工序時(shí)，采用了超前大管棚、型鋼鋼架、超前小導(dǎo)管等并結(jié)合洞門襯砌工藝來提升洞口工程穩(wěn)定性。

3.2 明洞開挖施工

明洞開挖施工具體流程如圖2所示。

董奉山隧道工程工藝一覽表 表1

該工程在明洞開挖工程階段，主要采用了“橫向分層、縱向分段”的施工工藝，施工設(shè)備主要應(yīng)用挖掘機(jī)。而在部分地段則少量使用弱爆破、人工配合機(jī)械刷坡，使用裝載機(jī)、自卸汽車出碴。在開挖工序完成后，該工程開展基底處理，并在處理之后，對(duì)基底承載力進(jìn)行了檢測(cè)，確認(rèn)達(dá)標(biāo)之后則可以開展施作仰拱、填充混凝土，最終在洞門整體灌筑后進(jìn)行洞頂回填施工。

3.3 主洞洞身開挖施工

在此工程階段采用新奧法進(jìn)行施工，但基于地質(zhì)環(huán)境的不同其采取了相應(yīng)不同的施工方法，具體方法如下。

①環(huán)狀開挖留核心土法。該工程在洞口Ⅴ級(jí)圍巖地質(zhì)環(huán)境下，主要采用了環(huán)狀開挖留核心土的臺(tái)階法進(jìn)行施工，其上臺(tái)階長度為3～5m，在正式開挖施工之前，設(shè)置了超前長管棚以確保施工安全。在長管棚的保護(hù)之下，對(duì)洞身臺(tái)階分部開挖，開挖方法主要以機(jī)械設(shè)備為主，并少量采用弱爆破為輔，最終通過反鏟、裝載機(jī)、自卸汽車出碴。

②雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。該工程在V圍巖環(huán)境下，采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開挖，把隧道斷面分成了4部分：左側(cè)壁導(dǎo)坑、右側(cè)壁導(dǎo)坑、中部上斷面、中部下斷面，每部分近似橢圓，開挖時(shí)極大的減少了對(duì)圍巖的擾動(dòng)。主要采用了風(fēng)鎬、鑿巖機(jī)、挖掘機(jī)進(jìn)行施工，施工首先通過風(fēng)鎬、鑿巖機(jī)對(duì)地面進(jìn)行處理，之后通過挖掘機(jī)來進(jìn)行開挖，施工順序?yàn)椋洪_挖一側(cè)導(dǎo)坑，并及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)包括側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)——相隔距離3.0～5.0m后開挖另一側(cè)導(dǎo)坑，也及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)包括側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)——開挖中部上斷面核心土，進(jìn)行初期支護(hù)——與上斷面相隔3.0～5.0m后開挖中部下斷面臺(tái)階，進(jìn)行初期支護(hù)并使初支全斷面閉合——拆除臨時(shí)側(cè)隔壁臨時(shí)支護(hù)——施工隧道環(huán)、縱排水及二襯混凝土。

③CD法。該工程在Ⅳ級(jí)圍巖地質(zhì)環(huán)境下，采用了CD四部法進(jìn)行開挖，把隧道斷面分為左右上下4部分：左側(cè)導(dǎo)坑上半斷面、左側(cè)導(dǎo)坑下半斷面、右側(cè)導(dǎo)坑上半斷面、右側(cè)導(dǎo)坑下半斷面。先開挖隧道一側(cè)，施做臨時(shí)中隔壁支護(hù)，然后開挖隧道另一側(cè)。主要施工設(shè)備采用風(fēng)鎬、鑿巖機(jī)、挖掘機(jī)進(jìn)行施工，施工順序?yàn)椋洪_挖隧道一側(cè)導(dǎo)坑上半斷面，進(jìn)行初期支護(hù)包括中隔壁臨時(shí)支護(hù)——開挖隧道同側(cè)導(dǎo)坑下半斷面，進(jìn)行初期支護(hù)——開挖隧道另一側(cè)導(dǎo)坑上半斷面，進(jìn)行初期支護(hù)包括中隔壁臨時(shí)支護(hù)——開挖隧道同側(cè)導(dǎo)坑下半斷面，進(jìn)行初期支護(hù)并全斷面初支閉合——拆除臨時(shí)中隔墻——澆筑仰拱混凝土——施做環(huán)、縱向排水及二襯混凝土。

④臺(tái)階法。該工程在Ⅲ級(jí)圍巖地質(zhì)環(huán)境下，采用了上下臺(tái)階法法進(jìn)行開挖，主要施工設(shè)備采用多功能作業(yè)臺(tái)架+手持風(fēng)鉆鉆孔、楔形掏槽，光面控制爆破；用臺(tái)車鉆錨桿孔，人工安裝錨桿、注漿，濕噴混凝土。施工順序?yàn)椋荷吓_(tái)階開挖，初期支護(hù)——間隔15.0～25.0m后進(jìn)行下臺(tái)階開挖，初期支護(hù)——施做環(huán)縱向排水及二襯混凝土。

⑤全斷面法。該工程在Ⅱ級(jí)圍巖環(huán)境下，采用了全斷面法進(jìn)行開挖，采用多功能鉆孔臺(tái)車結(jié)合風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔、濕式噴混凝土、鑿巖機(jī)鉆孔施作系統(tǒng)錨桿進(jìn)行施工。施工順序?yàn)椋喝珨嗝骈_挖——全斷面初期支護(hù)——施做環(huán)縱向排水及二襯混凝土。

4 施工排水與不良地質(zhì)處理

4.1 施工排水

為了保證隧道工程的施工環(huán)境，董奉山隧道在施工地勢(shì)為順坡時(shí)，主要采用了順坡自然排水方式；在施工地勢(shì)為反坡時(shí)，通過積水池將掌子面積水抽調(diào)至泵站，以此通過抽水系統(tǒng)與泵站將水抽至洞外形成排水系統(tǒng)。此外為了不對(duì)環(huán)境造成影響，其抽水均經(jīng)過凈化處理后排放至指定地點(diǎn)。

4.2 不良地質(zhì)處理

在施工工程當(dāng)中，因自身規(guī)模較大所以難免存在不良的地質(zhì)環(huán)境，其具體表現(xiàn)為董奉山隧道左洞進(jìn)口段處于典型山麓地形，淺埋段距離較長，地形平緩，層間裂隙水豐富，上斷面全風(fēng)化花崗巖遇水軟化，開挖后泥砂流在掌子面后方形成空腔，水壓力蓄積到一定程度后容易發(fā)生突水、突泥和坍塌等災(zāi)害，所以需要進(jìn)行處理，處理措施如下：

①因此隧道段水文地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，所以該工程的施工應(yīng)當(dāng)重視勘察工作，在未完全明確地質(zhì)環(huán)境的前提下，堅(jiān)決不朝前進(jìn)行施工；

②針對(duì)已經(jīng)明確的含水體，因其體量較大、含水量較大，所以施工中采用帷幕注漿的方式對(duì)軟弱圍巖進(jìn)行加固，以此封堵含水體內(nèi)部水，而針對(duì)部分用水階段，本隧道軟弱圍巖段掌子面下部圍巖較完整，實(shí)際施工中僅對(duì)上半斷面采取了周邊帷幕注漿+核心土平孔排水方案；

③針對(duì)小型含水體，在對(duì)其危險(xiǎn)程度進(jìn)行核查之后，依照核查結(jié)果針對(duì)存在危險(xiǎn)的含水體采用局部鉆孔泄水的輸排、降壓的方式對(duì)其進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

為了提高我國交通建設(shè)的工程水平，本文針對(duì)高速公路隧道洞身開挖施工工藝進(jìn)行了探討，主要結(jié)合某實(shí)例工程，針對(duì)此工程內(nèi)的工藝進(jìn)行概述。本文首先介紹了高速公路隧道洞身開挖施工工藝常見方法，之后簡述實(shí)例工程概況，然后對(duì)實(shí)例工程主要施工工藝進(jìn)行了分析，最后探討了其針對(duì)施工排水與不良地質(zhì)的處理措施。