二臺階開挖方法在雙峰隧道洞身開挖中的應用分析

趙會強

（中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司，天津 300308）

在隧道洞身開挖中經常會用到二臺階開挖方法，需要多步開挖，并多次爆破才能順利完成開挖任務。在具體開挖過程中，上部臺階鉆眼和下部鉆眼出碴可同時進行，既能降低對隧道圍巖土層造成的擾動，提升其穩定性，也可以降低人工施工勞動強度，提升作業效率[1]。但在具體施工中，需要進行多次應力再分配，因此在具體開挖過程中，隧道圍巖變形時刻存在，任何一個環節控制不當，都會對施工的安全性造成較大威脅，如果情況嚴重，甚至會引發大規模的地質災害[2]。固此，工程安全尤為重要，有必要進一步探討二臺階開挖方法在隧道洞身開挖中的應用要點及注意的事項。基于此，本文以雙峰隧道工程為參照，借鑒其施工經驗，做了如下探討。

一、工程概述

圖1 雙峰隧道總體施工方案圖

宜豐縣雙峰隧道為分離式隧道,其起止樁號為ZK15+195-ZK18+475/YK15+190-YK18+450,隧道長度為3280/3260米(本標段范圍為ZK15+195-ZK16+500/YK15+190-YK16+500,長度為1305/1310米),凈空寬×高為10.25×5米。按照《公路隧道設計規范》中的規定和要求，本隧道工程屬于特長隧道，為滿足施工要求，采用了燈光照明，通風方式選擇了高效機械通風，為施工提供了便利的條件。從走向上來看，本隧道呈現東向走向，縱坡坡度在0.5%～1.45%。洞門形式均為削竹式。其中，左線Ⅲ級圍巖180m,占比例30.1%；Ⅳ級圍巖730m，占比例49.9%；Ⅴ級圍巖375m,占比例20.0%。右線Ⅲ級圍巖240m,占比例28.5%；Ⅳ級圍巖670m，占比例52.0%；Ⅴ級圍巖385m,占比例19.5%。

二、雙峰隧道總體施工方案分析

雙峰隧道總體施工方案圖如圖1所示。

隧道洞口執行“早進晚出”原則，隧道洞口段先行施作排水系統，再行分層開挖，并隨挖隨護，洞口臨時坡面采用噴錨支護。洞口段超前支護完成后，方可開始正洞的施工。隧道洞身開挖時為保證施工效率和安全性，在循環開挖時，上部臺階圍巖支護時采用1榀鋼架；邊墻Ⅴ級圍巖均不得大于2榀鋼架，仰拱開挖每循環進尺不得大于3m，開挖前完成拱腳墻腳鋼架鎖腳錨桿。隧道開挖完成后，要立即做支護處理，并封閉成環，通過濕噴法做初次襯砌。襯砌過程中，要嚴格落實工法要求和工序間隔規定，并遵循“隧底超前施作、拱墻襯砌一次立模澆筑”的原則，軟弱及不良地質地段，應及時加強支護和盡早施作加強襯砌結構[3]。襯砌和撐子面之間的距離要合理控制，等初期支護徹底穩定之后，再進行拱墻襯砌。

三、二臺階開挖方法在雙峰隧道洞身開挖中的應用分析

（一）開挖

雙峰隧道工程土質結構相對比較緊密，壁立性比較好，具有很強的自穩定性，局部存在坍掉塊的可能。因此，在具體開挖過程中，要做到施工工序緊湊，封閉及時，否則易發生噴層開裂或者局部掉塊問題（本工程二臺階開挖及安全紅線步距圖示意圖如圖2所示）。

利用上一循環架立的鋼架施做隧道超前支護。弱爆破開挖①部，施做①部導坑周邊的初期支護，即初噴4cm厚混凝土，架立鋼架。為保證開挖質量和安全性，還要合理設置鎖腳鋼管，并進行錨桿支護。確認達到設計要求之后，再復噴混凝土到設計厚度。如果情況特殊，還可以在①部位置豎向支撐，在距離①部位置一定的距離，通過弱爆破的方式開挖，②部導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，重復①部開挖工作[4]。進行仰拱部分混凝土灌注，及隧道底部充填施工，按照施工現場測量的結果，通過襯砌臺車進行一次性澆筑。從中可以看出，二臺階開挖法的關鍵為：嚴格控制臺階開挖的長度，開挖完成之后立即進行支護操作，并及時封閉成環，然后跟進仰拱，及時完成二次襯砌。

圖2 二臺階開挖及安全紅線步距圖示意圖

（二）初期支護

1.初噴混凝土

噴混凝土也要分兩次進行，每噴射4.0cm立即封閉圍巖，初噴需要在開挖之后2小時內全部完成，避免風化造成大面積掉塊問題。噴射混凝土時采用專用的濕噴機，混凝土在洞外集中拌合，通過運輸車運輸到工作面[5]。其中，上導坑采用提前挖好噴射平臺進行噴射作業，而下導坑則采用自制作業平臺進行噴射，保證噴射方向和噴射面的垂直度。

2.超前長管棚施工

長管棚超前支護是本工程采用的主要支護方法。為保證施工質量，合理布置超前長管棚施工的導向墻，本工程采用C30混凝土來制作導向墻，并在導向墻內部設置了33榀工字鋼架，鋼架外緣按設計間距和角度焊接導向管[6]。

長管棚隔孔鉆設，先鉆設奇數號注漿花管管棚，注漿后再鉆設偶數號注漿花管管棚。為保證鉆孔方向準確，在鉆進過程中采用光耙測斜儀量測鉆孔的偏斜度。鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長15cm，鋼管接頭相互錯開。

3.錨桿施工

普通砂漿錨桿桿體采用高強全螺紋實心桿體，可任意切割和連接，方便狹小空間施工，長度根據圍巖狀況及設計確定，系統錨桿根據設計要求布置。砂漿強度等級不低于M20，砂灰比宜為1∶1～1∶2（重量比），水灰比宜為0.38～0.45。砂漿拌合均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿應在初凝前用完[7]。注漿過程中，嚴格控制注漿管和孔底之間的距離，避免發生沉渣上浮問題，控制在5～10cm之間即可，隨著注漿的速度，緩慢提升注漿管，注漿管拔出后如果發生溢流問題，要及時做補漿處理，桿體插入孔內長度不應小于設計長度的95%。錨桿安裝后，不得隨意敲擊。

4.復噴混凝土

復噴射混凝土同樣采用濕噴法施工，錨桿支護完成之后，應立即噴射混凝土，盡快封閉巖面[8]。施工中，嚴控原材進場檢驗，優化配合比，嚴格混凝土攪拌，加強拌合物性能試驗頻率，正確選用速凝劑及優化摻量，加強噴射混凝土的養護，以保證噴射混凝土的強度。

（三）仰拱

從仰拱開挖到支護完成之間，隧道洞身處于最不穩定狀態，開挖仰拱會產生邊墻內擠或者下沉問題。如果隧道工程圍巖條件比較差，則要減少一次開挖長度，并促使初期支護快速封閉。仰拱施工和掘進施工可平行進行，為更好地解決仰拱施工和其他工序施工之間存在的干擾問題，可采用仰拱便橋，構建立體化交叉施工體系。在應用二臺階開挖法時，仰拱開挖距離到工作面的距離可控制在18m之內，二次襯砌工作面的距離可控制在40m之內，大大提升了二臺階開挖的安全性[9](具體二臺階臨時仰拱法橫斷面圖見圖3)。

圖3 二臺階臨時仰拱法工序橫斷面圖

四、施工體會

第一，在隧道洞身開挖過程中，必須做好保護工作，嚴防洞室坍塌，最好選擇利于快速施工的支護體系，必要情況下可做二次襯砌。

第二，在隧道洞身開挖時，要盡量降低對圍巖造成的擾動，針對地質條件比較差的地段，可采用微震爆破技術，并做好減震輔助工作。必要時可以采取一定的加固措施，以保證巖層的穩定性和支護結構的安全性，確保洞身開挖工作安全高效地完成[10]。

第三，上臺階開挖時極易引起拱頂變形。因此，在具體施工中,可采用二次襯砌、錨桿支護、超前長管棚施工等來抑制拱頂圍巖變形。

綜上所述，本文分析了二臺階開挖方法在雙峰隧道洞身開挖中的應用。分析結果表明，二臺階開挖方法是隧道洞身開挖的主要方法之一。在具體施工中，為保證施工質量，降低安全隱患，需要切實做好支護工作，并選擇震動較小的爆破技術，降低對圍巖造成的擾動。為今后類似工程施工提供了良好的參考及借鑒。