公路大跨隧道洞身淺埋暗挖防坍塌施工技術研究

宋志宏

中建八局第二建設有限公司，山東 濟南 250014

某公路大跨隧道工程在洞身建設期間，經過前期勘察發現相應區域難以進場施工，因此在洞身施工中設計采用淺埋暗挖施工技術。同時，為了保障施工安全，在技術應用同時采取一系列防坍塌措施，避免隧道洞身施工中因坍塌威脅到作業人員人身安全，并為推進施工進度提供保障。文章探討公路大跨隧道洞身淺埋暗挖防坍塌施工技術，促使相關建設單位及技術人員在掌握技術要點的基礎上不斷提升工程施工水平。

1 工程概況

某隧道工程位于山區，區域內山勢陡峭且地形起伏大，當地溝壑發育，經現場調查發現很難進場施工。隧道設計為雙線分離式隧道，右線長1224m、左線長1236m。該隧道左幅淺埋段有50m加上右幅淺埋段70m設計為S5a襯砌支護類型，開挖工法是三臺階七步法，輔助措施是超前徑向注漿+超前小導管，其中拱部120°以內區間選用超前徑向注漿，注漿花管設計為Ф50×5，每根4m，保持35cm的環向間距，打設角度在15°～20°。基于S5a支護相關參數，可確定鋼架間距保持在50cm，并每間隔5榀拱架施作1次。超前小導管使用Ф42×3.5的鋼管，每根3m，保持30cm的環向間距，打設角度在3°～5°，同步基于S5a支護相關參數，可確定鋼架間距保持在50cm，并每間隔2榀拱架施作1次。補充措施是在此段增大環向盲管密度，設計每間隔3～5m增加一環，促使橫線橫向排水管和縱向排水管保持更大的直徑，以充分發揮其水流引導作用。

另外，右幅淺埋段有30m設計為S5a襯砌支護類型，并以環形開挖預留核心土法進行開挖工作，輔助措施是超前徑向注漿+雙層超前小導管。超前徑向注漿同上，雙層超前小導管使用Ф42×3.5鋼管，每根2m或3m，保持30cm的環向間距，每根2m的打設角度在5°～7°，每根3m的打設角度在3°～5°。基于S5a支護參數，可確定鋼架間距保持在50cm，且針對每根3m的每間隔2榀拱架施作1次，針對每根3m的每間隔1榀拱架施作1次。補充措施也是在此段增大環向盲管密度，通常每間隔2～3m增加一環，促使橫向排水管和縱向排水管保持更大直徑，充分發揮其水流引導作用。

2 公路大跨隧道洞身淺埋暗挖防坍塌施工技術

2.1 三臺階七步開挖法

三臺階七步開挖法的基本模式是弧形導坑預留核心土法，劃分為上、中、下3個臺階，同時包含7個開挖面，所有位置開挖和支護都要順著隧道縱向相互錯開，施工中注意平行推進。該工程應用三臺階七步開挖法期間，需要注意以下事項：（1）主要進行機械開挖，必要情況下輔進行弱爆破。不同開挖面逐步推進并平行作業，且在初期支護施作期間也保持平行進行。不同分部的初期支護需要密切銜接，并結合實際施工情況盡早封閉成環。（2）緊隨下臺階施作仰拱，并根據現場情況及時閉合，以構建完整、穩固的支護體系。（3）在施工期間，需要做好監控測量工作，以動態了解圍巖狀態和支護變形情況，并結合實際情況對預留變形量和支護參數作出適當調整，保障施工的安全與穩定。（4）在洞內建立完善的臨時性防排水系統，以防拱墻腳基礎在地下水浸泡影響下失穩。（5）完成拱部超前支護之后，對上臺階的弧形導坑實現環向開挖，同步預留一定長度的核心土，一般保持3～5m，同時寬度占到隧道開挖寬度1/3～1/2。結合初期支護鋼架所保持間距明確開挖循環進尺，通常不能高出1.5m，并且上臺階的開挖矢跨比需要在0.3以上。（6）結合初期支護鋼架具體間距，明確中臺階還有下臺階雙側開挖進尺，通常不能高出1.5m，并且開挖高度一般保持在3～3.5m，雙側的臺階需要保持2～3m的錯開距離。（7）上臺階、中臺階、下臺階要保持相同的預留核心土開挖進尺，同時各臺階要有相同的循環進尺。（8）一般仰拱循環開挖期間，長度最好保持在2～3m，完成開挖作業后盡早進行仰拱初期支護施工。兩隧底開挖以及支護循環施工結束后，要及時進行仰拱施工，同時仰拱分段長度最好在4～6m。

2.2 環形開挖預留核心土法

此施工技術在應用中主要通過挖掘機開展開挖作業，配合應用風鎬、人工以及解小炮對開挖面加以修整。首先開挖拱部環形，此階段核心土頂面和開挖拱頂兩者間距一般保持1.5m，并根據環形開挖斷面的1/2控制核心土斷面，以便于人員操作。結合圍巖實際情況確定環形開挖高度，并對鋼支撐加工尺寸參數充分考量，為便于人員操作，高度最好在3.5～4m。根據2榀鋼支撐間距把控開挖循環進尺，通常在0.5～1m。之后要開挖拱部核心土，開挖結束后開挖側墻，此階段需保持3～5m的錯開間距。單側開挖期間，每次開挖進尺要控制在1.5m以下，并結合2榀鋼支撐間距明確具體進尺。開挖期間，保持1.5～2m的寬度，于中心部位暫留核心土。之后，在完成核心土開挖作業后，開展仰拱開挖作業，此環節要全幅開挖，并利用棧橋建立通行道路。邊墻下方的鋼支撐要和仰拱鋼支撐牢固地焊接連接。

2.3 輔助超前措施

若選擇超前大管棚施工，要在洞內建立管棚工作室，并且和設計開挖斷面相比，此環節開挖斷面需高出80～100cm，工作室長度也需要增加至少10m，應用于淺埋段會面臨較大的施工坍塌風險。應用超前小導管作業，不僅可有效控制打設角度，還不會對密實土層產生較大擾動，便于后續開挖洞身。另外，若此工程施工中應用地表注漿技術，會因為需要先期施工不能明確洞內巖層情況，且很難發揮良好的豎向加固與支撐作用。選擇超前徑向注漿作業，可以緊隨作業面施工逐步推進，進而更精準的掌握洞內巖層情況，結合實際情況對注漿壓力及注漿量作出適當調整，以獲得良好的注漿效果。同時，小導管和漿液可實現較好配合，以更有效地對巖層發揮豎向加固及支撐作用。

2.4 防坍塌措施

在淺埋段施工期間，要在地表合適部位設置沉降觀測標志，順著隧道開挖軸線，在橫向方向上每間隔3m布置一組，整排橫向共布置5組，順著隧道縱向每間隔5m布置一組。在開挖施工中，每天上午和下午分別對洞內和地表進行監控測量，以觀測實際沉降情況。一旦發生變形情況，需及時采取增加縮腳錨管或臨時仰拱等措施加以處理，若只在小范圍內發生局部坍塌，可及時噴錨，同步將注漿管道埋設于初支面，結束初支后實現注漿處理，對于地表進行工回填操作，以提升防排水效能。在淺埋段，主要以機械開挖形式開展上臺階施工，在局部應用小炮進行輔助施工，并合理控制進尺，一次不能超過2榀拱架。施工現場要有專門的管理人員全天候輪流值班，加強現場監督，貫徹落實施工方案。

2.5 坍塌應急處理措施

一旦出現以下三種情況，需要在相關負責人指揮下有序組織施工人員以及機械設備撤出工作面：（1）圍巖測量數據反饋圍巖保持急速變形；（2）圍巖面持續有掉塊剝落；（3）支護噴混凝土外表有脫皮掉塊、裂縫、龜裂等情況，同時鋼架發生嚴重變形問題，或者掌子面節理裂隙內部的涌水量或滲水量顯著增加。在出現坍塌事件之后，為了避免坍塌影響不斷擴大，要求及時錨固或清除坍塌范圍內側壁以及頂部分布的大裂縫、危石等，同時要加固坍塌范圍周邊原有支護，避免坍塌范圍繼續擴大。另外，坍塌范圍內需及時噴射砼或架設支撐，如必要可加設錨桿。最后要及時襯砌，尤其要盡快在坍塌兩端加強局部襯砌，避免坍塌擴大。若坍塌方體積不大，并在坍塌區間內牢固的架設構件支撐，或完成噴錨，可從一端或從兩端自上而下地清除坍渣，開挖之后及時噴砼，并同步架設臨時構件對支頂起到支撐作用。若坍塌方體積相對較大，或者地表發生明顯沉降，或者坍塌體堵塞道路不能在坍塌范圍之內加強支護，需要以注漿形式加固坍塌體，進而以穿過法于坍塌體中進行開挖以及襯砌作業。在處理坍塌時，需要同步遵循治塌先治水的原則強化排水。

3 結束語

在公路大跨隧道工程建設期間，隧道洞內開挖施工往往會受到多方面因素影響易出現坍塌事故，嚴重危及施工人員人身安全以及機械設備安全，并且會影響施工進度，增加工程建設成本。為此，需要相關工程建設單位及施工人員正確認識此類工程的特點，在施工中采取合理的開挖技術，尤其要注意在淺埋段運用恰當的暗挖施工方法，做好支護，采取一系列防坍塌技術。