淺析超大斷面隧道進(jìn)洞技術(shù)

王亞雄

隨著我國交通需求的不斷提升，交通建設(shè)工程涉及的領(lǐng)域也不斷拓展，因此隧道工程面臨著較大挑戰(zhàn)，本文以提升超大斷面隧道進(jìn)洞技術(shù)為目的，結(jié)合實(shí)際工程案例。首先分析超大斷面隧道的理論及發(fā)展特點(diǎn);其次，分析相應(yīng)的工程實(shí)例;最后，針對工程實(shí)際情況，分析在超大斷面條件下如何落實(shí)安全隧道進(jìn)洞施工技術(shù)。通過本文論述，以期能夠全面提升當(dāng)前交通工程的施工質(zhì)量，進(jìn)一步優(yōu)化隧道施工的安全性和穩(wěn)定性。

超大斷面;隧道工程;進(jìn)洞技術(shù)

隨著我國的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量日趨穩(wěn)定，高速公路工程，其是將不同區(qū)域連接起來的重要交通網(wǎng)絡(luò)，也是交通安全管控的重點(diǎn);同時(shí)超大斷面隧道工程又是隧道建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此充分分析超大斷面隧道進(jìn)洞技術(shù)的相關(guān)施工原則，并結(jié)合實(shí)際的工程案例分析安全施工要點(diǎn)以及技術(shù)重點(diǎn)，這是相關(guān)建設(shè)企業(yè)在發(fā)展過程中應(yīng)該把控的關(guān)鍵。

從理論角度來講，當(dāng)某項(xiàng)地下工程的施工斷面高度達(dá)一定標(biāo)準(zhǔn)后，便可以稱為大斷面隧道工程，但是就當(dāng)前的隧道工程實(shí)際發(fā)展趨勢來看，超大斷面的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要以國際隧道協(xié)會(huì)以及日本隧道工程標(biāo)準(zhǔn)為主，國際隧道協(xié)會(huì)認(rèn)為當(dāng)隧道的凈空斷面面積超過100㎡之后便可以稱為超大斷面隧道，而日本隧道施工領(lǐng)域?qū)⒋藰?biāo)準(zhǔn)定為當(dāng)隧道的開挖斷面面積超過140㎡之后則為超大斷面隧道。

無論是按照哪種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，超大斷面隧道通常會(huì)存在較多的施工難點(diǎn)，這些施工難點(diǎn)主要由施工面積增大導(dǎo)致的。首先，超大斷面隧道工程的施工難度有所提升，尤其是施工環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件較差時(shí)，初期的支護(hù)工程以及超前支護(hù)工程會(huì)受到影響，面臨著較大的挑戰(zhàn);其次，當(dāng)施工至工程的底部轉(zhuǎn)角時(shí)，由于斷面較大，底部應(yīng)力較為集中，因此需要地基具備較高的承載力;再次，當(dāng)超大斷面隧道的埋深不夠時(shí)，由于開挖的高度和寬度的影響，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降，因此會(huì)出現(xiàn)松弛荷載，對于支護(hù)作業(yè)具有較大的挑戰(zhàn);另外，超大斷面隧道往往具備較大的施工作業(yè)面，因此需要更多的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，這就導(dǎo)致分配到個(gè)體支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載應(yīng)力下降。

在上述工程特點(diǎn)的影響下，超大斷面隧道工程整體具備較高的危險(xiǎn)性，需要更加謹(jǐn)慎、嚴(yán)苛的施工管理措施進(jìn)行維護(hù)，在制定施工方案的過程中也需要綜合多種因素進(jìn)行全面的研究分析，確保工程的施工質(zhì)量。

貴州省都勻至安順高速公路全長276.3公里，是都勻至香格里拉國家高速公路的起始路段，保利長大工程有限公司承建的DATJ-21合同段起訖樁號(hào)為K133+810～K139+595，線路全長5.785km，均為雙向八車道，設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度41米，分離式路基寬度20.5米。項(xiàng)目以大跨徑隧道施工為主，隧道全長2.402km，占線路全長41.52%，設(shè)有仙人洞隧道、四合隧道、大井沖隧道、馬鞍山隧道及筆架山隧道等5座超大斷面隧道，隧道建筑限界18.5 m×5 m，洞身最大開挖尺寸為19.46 m（寬）×12.15 m（高）。

隧道均為雙向八車道特大跨徑隧道，且V級(jí)、IV級(jí)圍巖占比88.4%，施工多采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CD法，其中S-Va、S-Vb級(jí)圍巖段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，S-Vc、S-IVa級(jí)圍巖段采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，S-IVb采用三臺(tái)階七步法施工，S-IVc采用三臺(tái)階法施工，Ⅲ級(jí)圍巖段采用上下臺(tái)階法施工。

以上，可見項(xiàng)目整體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件較差，對于超大斷面隧道施工來講具有較強(qiáng)的不可控性，極易發(fā)生危險(xiǎn)，因此為了保證隧道工程能夠順利進(jìn)洞，在工程中嚴(yán)格的控制施工技術(shù)，以期能夠順利完工。

針對施工環(huán)境以及巖層性質(zhì)，該合同段超大斷面隧道選擇了雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法，能夠有效應(yīng)對V級(jí)巖層結(jié)構(gòu)，可以確保圍巖的變形得到控制。

在項(xiàng)目施工前期，針對傳統(tǒng)的單工序施工方式進(jìn)行研究，結(jié)合山嶺隧道的施工標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)單工序施工不僅會(huì)導(dǎo)致大量資源閑置，也會(huì)拖慢施工進(jìn)程，經(jīng)過初步計(jì)算后發(fā)現(xiàn)每月進(jìn)尺量僅為30m。因此本項(xiàng)目基于超大斷面隧道施工特點(diǎn)，綜合當(dāng)前的施工技術(shù)，進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新，并在四合隧道進(jìn)口右洞進(jìn)行試點(diǎn)。

地質(zhì)預(yù)報(bào)采用地質(zhì)雷達(dá)GPR（Ground Penetraing Radar），這是一種可以確定地質(zhì)介質(zhì)分布情況的電磁波雷達(dá)法。GPR方法是通過高頻電磁波（1MHz-1GHz），通過發(fā)射天線以脈沖形式向地質(zhì)體發(fā)射。當(dāng)電磁波遇到有電性差異介質(zhì)的界面時(shí)，電磁波會(huì)發(fā)生反射，反射型號(hào)由接收天線接受，并通過采集主機(jī)以數(shù)字形式記錄下來，如圖1。

本次地質(zhì)預(yù)報(bào)采用美國GSSI公司的SIR-4000型探地雷達(dá)主控單元，屏蔽天線采用100MHz的屏蔽天線。提前規(guī)劃好探測線路，將探測器沿測線進(jìn)行探測，通過數(shù)據(jù)采集取得雷達(dá)反射剖面。數(shù)據(jù)采集的參數(shù)設(shè)置為：每次掃描采樣數(shù)1024，采集的時(shí)窗為600ns。在掌子面左側(cè)右側(cè)和底部設(shè)置4條雷達(dá)線，布置如圖2。

現(xiàn)場掌子面地質(zhì)情況素描：四合隧道進(jìn)口端右線掌子面所揭露的圍巖巖性主要為中分化灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，當(dāng)前掌子面巖體較完整，自穩(wěn)性和完整性較好，掌子面周圍干燥，照片如圖3。

本次進(jìn)口端右線，根據(jù)雷達(dá)波譜可以看出，從當(dāng)前掌子面向前約30 m范圍內(nèi)，電磁波反射淺部較強(qiáng)，深部較弱，同相軸較連續(xù)，推測前方節(jié)理裂隙較發(fā)育。

在制定超前支護(hù)方案前期，首先需要針對施工環(huán)境進(jìn)行條件分析，先在洞頂修筑截水溝，落實(shí)全面的防水、排水系統(tǒng)，防止自然水文環(huán)境對洞口的施工產(chǎn)生影響，同時(shí)也能夠保證洞頂結(jié)構(gòu)水含量下降，加強(qiáng)穩(wěn)定性，并為管棚施工奠定基礎(chǔ)。其次完成邊仰坡的防護(hù)施工，并檢測項(xiàng)目的穩(wěn)定性;再次，在洞口開挖的過程中，預(yù)留核心土，能夠支撐管棚系統(tǒng)作業(yè)。

（1）設(shè)置超前支護(hù)參數(shù)本工程主要選用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖施工技術(shù)，因此選取的相關(guān)物料及參數(shù)為：超前小導(dǎo)管，外徑為50 mm，管壁厚度為4 mm，導(dǎo)管類型為熱軋無縫管，長度控制在4 m左右，不同導(dǎo)管之間的環(huán)向間距為35 cm，導(dǎo)管之間的搭接長度控制在1.5 m左右，水泥漿注漿利用1：1的方式，且注漿壓力控制在0.5-1 MPa之間，導(dǎo)管的外插角度控制在10°～15°。

（2）管棚設(shè)計(jì)參數(shù)。管棚的設(shè)計(jì)物料及參數(shù)為：熱軋無縫鋼管，外徑為127 mm，管壁厚度為6mm，鋼管的前端為錐狀，四周設(shè)置Φ12 mm的壓漿孔2組，管棚的整體長度為30 m，位于襯砌的拱部，管芯和襯砌結(jié)構(gòu)的外輪廓線之間保持20 cm的間距，且與路面平行，布設(shè)間距以40 cm為標(biāo)準(zhǔn)，且水泥漿注漿利用1：1的方式，注漿壓力控制在0.5 MPa-1 MPa之間，最終壓力控制在2 MPa，詳細(xì)的鋼筋籠焊接情況如圖4所示。

針對圍巖情況，并在召開專家評(píng)審會(huì)后，決定做30 mCRD施工試驗(yàn)段。針對CRD施工方式進(jìn)行優(yōu)化之后，實(shí)際的施工過程如下，詳細(xì)的施工工序如圖5所示。

首先將原方案中的中隔壁更改為豎撐，利用鋼筋連接，取消混凝土噴射工藝;將臨時(shí)的仰拱施工更改為水平支撐，同樣取消混凝圖噴射工藝;

再進(jìn)行工序②和工序④施工時(shí)，采用分步作業(yè)的方式，同時(shí)與①③工序進(jìn)行對接，利用拉槽、打坡道的方式實(shí)現(xiàn)同時(shí)施工;

進(jìn)行仰拱支護(hù)施工時(shí)，臨時(shí)支護(hù)的拆除進(jìn)度為每階段2 m。在整體的初期支護(hù)完成6 m后，要進(jìn)行襯砌仰拱砼施工;

實(shí)施進(jìn)行收斂觀測，當(dāng)基本情況穩(wěn)定之后，便可以結(jié)合實(shí)際的情況進(jìn)行臨時(shí)支撐全面拆除;在拆除的過程中要及時(shí)檢查各個(gè)連接部位的狀態(tài)，分析鋼架的縱向連接情況。

由于本次工程屬于山嶺隧道，爆破施工應(yīng)用較多，因此在進(jìn)行上部的爆破施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)該確保鉆孔臺(tái)架的安全，施工距離要控制在20 m以外，設(shè)置裝碴區(qū)域，在運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)出施工區(qū)域進(jìn)行裝碴時(shí)，要保證進(jìn)入長度控制在20 m以下，坡度控制在19%左右，臺(tái)階的長度控制在40m，從圖6中來看，便是工序①、②之間保證40 m間隔，③、④同理。

其次，為了降低相鄰爆破作業(yè)之間的干擾，在進(jìn)行①、③工序施工的時(shí)候，其距離應(yīng)該控制在10 m左右，②、④工序同理;①、③工序使用光面爆破技術(shù)，②、④工序使用數(shù)碼雷管減震爆破控制技術(shù);在爆破的過程中，要根據(jù)工序的相關(guān)需求合理的控制炸藥的計(jì)量，可以結(jié)合減弱爆破的方式進(jìn)行作業(yè)。

再次，在進(jìn)行工序④作業(yè)的過程中，便應(yīng)該進(jìn)行仰拱砼作業(yè)，并與掌子面之間的距離保證在10 m左右，在整體工程的下部施工完成之后，進(jìn)行導(dǎo)洞施工，再進(jìn)行上部工序施工，導(dǎo)洞施工要采用預(yù)爆破方式。在拆除臨時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要測量相關(guān)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能，先拆除橫撐，接下來拆除中隔壁，當(dāng)襯砼與臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)之間的距離小于12 m時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行支頂作業(yè)。

由于施工環(huán)境較為復(fù)雜，且超大斷面隧道的施工危險(xiǎn)性較高，因此在施工過程中需要落實(shí)信息化工程監(jiān)測工作，本次試驗(yàn)段通過對地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察、拱頂下沉、周邊位移、地表沉降等手段實(shí)時(shí)對施工過程進(jìn)行監(jiān)測，確保施工過程的安全。

在本次用改良CRD施工法進(jìn)洞過程中各項(xiàng)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)均為正常。沉降速率均小于0.2 mm/d，累計(jì)沉降未見明顯遞增，沉降速率曲線圖及累計(jì)沉降時(shí)程曲線變化平穩(wěn)，證明改良版CRD施工法進(jìn)洞能保證施工安全。

通過引進(jìn)改良CRD施工工法進(jìn)洞，相對于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，可大大減少施工工序、所耗材料，并將每日進(jìn)尺1m的施工速度提升至每日1.5 m，在保證安全質(zhì)量的前提下縮短了工期并節(jié)約成本。

鑒于大斷面隧道的施工跨度和施工環(huán)境具備較為明顯的特點(diǎn)，在制定施工方案、落實(shí)施工規(guī)劃的過程中必須加強(qiáng)管控力度，例如針對支護(hù)方式、參數(shù)設(shè)計(jì)、巖層穩(wěn)定作業(yè)、施工工序等環(huán)節(jié)，都要建立在超大斷面隧道的角度上進(jìn)行分析，因此施工規(guī)劃較為復(fù)雜，且當(dāng)前并沒有形成較為系統(tǒng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，因此在全面防控的過程中可能出現(xiàn)資源浪費(fèi)的情況。

因此，充分利用現(xiàn)代化的工程技術(shù)分析不同施工條件，進(jìn)行安全性評(píng)估，結(jié)合工程實(shí)際制定優(yōu)化措施，是保證高效施工、節(jié)能施工的首要方式。

超大斷面隧道工程的防水及排水工作涉及到的細(xì)節(jié)較多，需要合理的進(jìn)行材料配置、參數(shù)設(shè)計(jì)、施工規(guī)劃、全面檢驗(yàn)和高質(zhì)量的維護(hù)。首先，從項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)角度來看，防水排水作業(yè)涉及到了初期的支護(hù)作業(yè)、防水系統(tǒng)鋪設(shè)、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、襯砌作業(yè)等環(huán)節(jié)。這其中任一環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題都會(huì)影響防水、排水系統(tǒng)的價(jià)值。

因此在超大斷面隧道施工過程中，制定嚴(yán)格的防、排水質(zhì)量控制機(jī)制，從技術(shù)、材料、工序等角度降低或杜絕滲水問題，減少問題補(bǔ)救的環(huán)節(jié)，不僅能夠提升防水、排水的效果，也能夠保障項(xiàng)目安全。針對此，工程項(xiàng)目開展了全面的人員培訓(xùn)工作，通過前期的技術(shù)交底、工程培訓(xùn)、要點(diǎn)分析進(jìn)行人員方面的控制;利用全面檢驗(yàn)、質(zhì)量檢測等方式控制施工建材的質(zhì)量，達(dá)到工程全包防水的目的。

大斷面隧道已經(jīng)成為當(dāng)前我國交通工程中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，相關(guān)企業(yè)及部門已經(jīng)投入了較大的技術(shù)科研力度，從技術(shù)角度全面提升隧道的施工質(zhì)量，與此同時(shí)，健全安全管理機(jī)制也是輔助工程安全的首要措施。

制定指向性明確、規(guī)范實(shí)用性強(qiáng)、技術(shù)可靠性高的安全施工管理機(jī)制，從研發(fā)、實(shí)踐、優(yōu)化等角度落實(shí)安全管理，是提升安全保障的基礎(chǔ)。

結(jié)合信息化技術(shù)完善安全質(zhì)檢體系，構(gòu)建高效檢測、精準(zhǔn)施工、快捷定位的安全技術(shù)系統(tǒng)，是強(qiáng)化安全施工的前提。

在當(dāng)前技術(shù)層面上進(jìn)行分析，不斷優(yōu)化弱項(xiàng)，提升效率，降低能耗，是確保工程安全、推動(dòng)工程不斷發(fā)展的核心。

綜上所述，在超大斷面隧道施工過程中，受施工環(huán)境等諸多因素影響，進(jìn)洞技術(shù)的質(zhì)量以及施工規(guī)劃至關(guān)重要，本文主要利用了理論分析以及案例研究的方式來闡述了科學(xué)規(guī)劃進(jìn)洞技術(shù)的重要性及相關(guān)流程，在為相關(guān)施工單位提供借鑒價(jià)值的同時(shí)，也希望在未來的鐵路超大斷面隧道施工過程中，能夠秉承從長遠(yuǎn)發(fā)展視角，從技術(shù)、制度、意識(shí)等多個(gè)角度進(jìn)行優(yōu)化，完善大斷面隧道施工體系，提升基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量和效率，保障施工安全。

[1]劉紅軻.超大斷面隧道進(jìn)洞技術(shù)的探討[J].山西建筑，2018，44（5）：175-177.

[2]李凱，陳軍社.暗挖大斷面隧道臨時(shí)支撐拆除及襯砌施工方法[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2019，36（11）：62-68+74.

[3]魏燃.Ⅴ級(jí)圍巖大斷面隧道開挖步序及對邊坡穩(wěn)定性影響研究[J].公路工程，2019，44（3）：222-227.

With the continuous improvement of transportation demand in China， the fields involved in transportation construction engineering are also expanding. Therefore， tunnel engineering is facing great challenges. This article aims to improve the tunnel entry technology of super-large cross-section tunnels， combined with actual engineering cases. First， analyze the theory and development characteristics of the super-large cross-section tunnel; secondly， analyze the corresponding engineering examples; and finally， according to the actual situation of the project， analyze how to implement the construction technology of safe tunnel entry under the super-large cross-section condition. Through the discussion in this article， we hope that we can comprehensively improve the construction quality of current traffic engineering and further optimize the safety and stability of tunnel construction.

super large section;tunnel engineering;tunneling technology