淺埋大斷面隧道暗挖施工工藝探討

趙克寧

近幾年來，高速公路和高速鐵路往偏遠山區的延伸修建，隧道工程的施工已成為交通工程中的工程重點和難點。根據相關規定的需要，其策劃人員及設計單位會選擇使用隧道來減小行車繞行距離及行車坡度。隧道工程在各個地區圍巖地質不同，埋深不一，安全風險大，根據投資和安全風險管理，所以選擇使用的明挖法與暗挖法等施工成為了當前所爭論的問題之一。

高速公路隧道或高速鐵路隧道在進行開挖施工過程當中，隧道高跨比和斷面面積會很大。與單線鐵路或普通公路隧道相比較，淺埋大斷面隧道施工當中的安全風險管理、施工方法工藝的選擇對施工管理者來說都是棘手的問題。淺埋大斷面隧道暗挖的施工過程一般都會選擇使用多導坑這一方式進行分步施工，例如使用雙側壁導坑法、臺階法、CRD法等技術施工，這些開挖方法需要根據隧道洞口的地形及覆蓋層、地質因素、水文環境、氣象因素情況采用，并且其施工的進度、成本、是否安全快捷都具有著很大的差異。

一、工程概況

本文以蘭海高速公路當中貴州境內當中貴陽高速公路地段的馬長隧道作為例子并對此工程進行了全面的分析與其工藝的探討。該工程的設計速度是采用了時速為100公里、雙向六輛車道的隧道技術標準。整體隧道長均為752m左右，隧道埋深約為90m。

該隧道主要地質為中風化白云巖石及中風化灰巖石所組成，周圍巖石的級別約至為IV和V的等級范圍，其中IV等級的圍巖大約占整體部分的65%，V等級的圍巖約占整體部分的33%。

二、大斷面施工方法分析

1.模型的計算

模型的計算在這里選擇隧道右面的洞口YK120+260斷面，隧道埋深的米數約為26m，為了能夠保證隧道內水平與豎向的隧道邊界到模型的邊界尺寸大于隧道最大開挖實際尺寸的三倍以上，所計算的模型邊長約為300m，高度為100m，在計算的過程當中所選擇的使用材料為彈塑性材料、D-P模型。其計算的模型左右兩邊邊界分別受到水平向的位移所約束，下面部分的邊界受到了豎向位移的約束，地表層設立為自由邊界。

2.計算參數

根據馬林隧道的實際地質情況與勘察報告及相關的設計文件，模型圍巖力學的參數和隧道當中支護結構的參數如下表：

表1 模型力學材料參數詳情

表2 支護結構參數詳情

三、模擬方案

由于雙側壁導坑法上下臺階法及CRD法等技術，這些施工方法對于施工的地形以及地質環境因素和相應的支護措施有著不同的要求，并且其施工的速度、成本、是否方便快捷都有著很大的差異。該隧道所使用的施工方案選擇使用CRD法、雙側壁導坑法及三臺階法這三種施工方式進行優化比選。

1. 雙側壁導坑法施工

施工人員先進行右導洞上臺階的開挖工作，在施工的過程當中要全面地做好初期支護以及臨時支護等防護措施。然后在進行左導洞上臺階的開挖工作，并且及時做好初期支護以及臨時支護等防護措施。當左右導洞的上臺階施工完畢后進行開挖左右導洞下臺階并且及時做好初期支護以及臨時支護等防護措施。當左右的上下臺階導洞挖好后再進行中部導洞的上下臺階的施工，步驟與之前相同。最后由施工人員拆除臨時支護，并進行澆筑整體的二次襯砌。

2.CRD法施工

由施工人員先進行左導坑的上臺階進行開挖完工后進行上臺階的初期支護以及臨時支護，然后進行右導洞上臺階的開挖工程步驟，在施工的過程當中做好初期支護以及臨時支護等防護措施。當左右導洞上方臺階施工完畢后進行左右下方導坑臺階的開挖施工，步驟與之前相同。最后由施工人員拆除臨時支護，并進行澆筑整體的二次襯砌，很明顯CRD施工法比雙側壁導坑法節省了很多程序并且其施工的工期也大大的縮短。

3.三臺階法施工

施工人員先進行上臺階的開挖工程，該步驟結束后由施工人員進行上部臺階的初期支護以及臨時支護的技術操作。上部分臺階施工結束后進行中間部分臺階的開挖過程，該步驟結束后工作人員進行中部臺階的初期支護以及臨時支護的技術操作。中部臺階施工結束后進行下臺階部分的開挖過程，該步驟結束后工作人員進行下部臺階的初期支護以及臨時支護的技術操作。最后由相關施工人員進行將拆除臨時支護完成后澆筑整體的二次襯砌。

四、模擬計算結果

1.圍巖應力測試

在這三種施工方法當中，隧道自身的周圍巖應力最大數值在拱腰的位置，最小值的位置在拱頂的位置，仰拱位置發生了拉應力這一現象。雙側壁導坑法均比其他兩種方式的圍巖應力值較大，在隧道的拱底拉應力的分布位置雙側壁導坑施工法出現的數值最小，其數值為10Kpa，大約為CRD施工法的三分之一。是三臺階法的八分之一。由此可見雙側壁導坑施工方法可以充分的體現出圍巖的承載能力，并且對于隧道自身的圍巖受力調整非常有利，其中在隧道的拱頂部位雙側壁導坑這一施工方式的應力達到了780Kpa，是CRD施工法的1.73倍左右，是三臺階施工法的1.42倍左右。有效地避免了出現拉應力所在區域及大幅度地減弱了拉應力的程度，從而提高了隧道自身結構的安全性。

2.初期支護內力

在隧道的拱頂部位，初期的襯砌結構軸力的最小數值主要分布在隧道內部仰拱與拱頂部位。雙側壁導坑法最小軸力數值主要分布為兩個臨時支護件，其軸力的平均數值大約為700kN，CRD施工法受到整體施工過程當中的臨時支護端部效應所影響，最小軸力值在臨時支護結構與初襯鏈接的位置。同時，受到施工順序的一定影響，但雙側壁導坑當中完全不存在這種情況的發生。

由此可見，由于隧道的圍巖應力釋放與隧道當中施工人員進行開挖的面積產生了直接的關系，在大斷面隧道的施工過程當中，隧道的分布開挖使其周圍巖石應力需要進行多次釋放。因此，對于隧道內部襯砌的結構而言，內部側壁的受力更加有利于進行調整，除此之外雙側壁導坑施工法能夠有效地避免因為施工順序而產生的結構不均勻所引發的裂縫現象，這樣更加有利于隧道襯砌結構受力的均衡。

五、結語

綜上所述，通過蓋茨測試與全面分析所了解到，初期支護與襯砌結構的穩定變形等情況得到了良好的控制，通過不同的施工方式手段其中所存在的利弊顯而易見。在今后的施工過程當中相關管理工作人員要擇優處理選擇其技術方法，這樣不僅可以有效提高施工的效率還能夠保證施工的安全性。