高速公路隧道洞身開挖施工與初期支護措施

李 科

中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 710075

1 工程概況

某隧道左右線分別長2474m、2490m，地質條件較差（隧道圍巖Ⅲ級占67.6%，Ⅳ級占16.7%，V級占15.7%）。單1∶3開挖支護距離長，洞口段埋深程度較淺，全部的隧道洞渣均作為路基填料。

2 隧道工程施工方案分析

開挖方案需參考施工區域，不同的施工區域采取不同的施工方法。例如，洞口加強段、淺埋段及斷層地段適合采用短臺階分部法，初期支護需要重點關注的是封閉問題，在施工過程中，機械和人工的施工進度約為每循環進尺0.5～1.0m。下臺階采用左右交錯開挖。

采用臺階法實施開挖作業時，上臺階與下臺階的開挖工作需要注意的關鍵點不同，前者需要一次成型，后者需要左右交錯，但上、下臺階均需要采取光面爆破；光面爆破Ⅲ級圍巖后，使用全斷面法。緊急停車帶地段、車行橫洞和人行橫洞等區域，光面爆破后再開挖，施工過程中主要采取臺階法與全斷面兩種方法。施工過程中應該保證每個步驟符合標準。

3 隧道洞身開挖施工

3.1 開挖方法及步驟

隧道洞身開挖包括超前支護施工和初期支護施工。超前小導管主要采用YT28風機，超前支護采用MKG-5S型管棚鉆機，注漿設備采用HFV-5D。

（1）針對施工區域選取不同的開挖方法，洞口加強段、淺埋段及斷層地段采用短臺階分部法開挖，臺階長度＞6m，每循環進尺控制在0.5～1.0m，主要由人工或機械開挖，初期支護要注重封閉問題。采用左右交錯方法開挖下臺階（或拉中槽，兩側留臺階土），及時完成初期支護。

（2）按照循環進尺2.O～3.0m的頻率采用臺階法開挖Ⅳ級圍巖。

（3）按照循環進尺3.0～4.Om的頻率開挖Ⅲ級圍巖地段，光面爆破采用全斷面方法，鉆孔臺車鉆孔。

（4）緊急停車帶地段循環進尺2m，用側壁導坑臺階法開挖；行車橫洞、行人橫洞進行光面爆破，用風動鑿巖機鉆孔，開挖頻率按照循環進尺2～3m。行人橫洞利用裝載機進行人工出碴，自卸車將堆放在主洞的渣運輸至棄碴場[1]。

3.2 光面爆破

（1）爆破設計。光面爆破主要采用2號巖石硝銨炸藥。炸藥按照間隔在周邊眼不耦合裝藥，斜眼掏槽。底眼及有水地段炸藥的藥卷直徑：周邊眼φ20cm，輔助φ32mm（臺車鉆孔φ50mm）。主要采用炸藥，非電毫秒雷管起爆（跳段使用），引爆火雷管。

（2）施工要點。①放樣布眼：鉆眼前測量人員用紅油漆標記炮眼的位置，將偏差控制在5cm范圍內，確保精準度。開挖主要參考平面的中線和輪廓線。②開眼：確保鉆孔的精準度。主要參考炮眼布置圖定位，鉆桿與隧道軸線除了呈平行狀態，也要將偏差控制在規定范圍之內。③鉆眼四周有精準的外插角：用自制的多功能鉆孔臺車鉆眼，兩茬炮交界處臺階誤差控制在10cm范圍內[2]。④清孔：裝藥前將炮眼里的石屑處理干凈，用炮鉤向炮眼中輸入高壓風，確保設備直徑小于炮眼直徑。⑤裝藥：堵塞炮眼的炮泥長度＞20cm，裝藥量嚴格按照炮眼設計圖的規范，按照自上而下分片分組操作。⑥聯結起爆網路：聯結起爆網路時，杜絕導爆管發生打結和拉細的情況，并且確保起爆網路的精確程度，采用黑色的膠布包裹引爆雷管。⑦瞎炮的處理：檢查瞎炮的原因。如果是孔外的導爆管損壞，那么去除導爆管損壞的部分，再重新連接導爆管。⑧其他注意事項：在具體施工過程中，結合現場的監測結果，可根據情況使用臨時豎向支撐等方式，對開挖的方式與支護的參數進行合理的調整與修改，并結合具體的情況做二次襯砌，保障現場施工的安全。

施工過程中需要嚴格遵循超前支管，注漿嚴密，進尺短，爆破程度輕，及時測量相關參數，盡早封閉等要求。同時，盡早預測地質情況，設計合理的方案，確保測量數據在可控范圍內；嚴密觀察開挖面圍巖的情況，強化測量洞徑周圍掌子面的相關參數，準確記錄測量結果，并對信息進行及時反饋，為后期的調整與修改工作提供可靠依據；結合監測結果，合理確定二次襯砌的施工時間，確保結構處于安全狀態。開挖的孔徑與相關標準可根據現場施工情況進行合理的調整，并確保人員與機械設備的調度合理。此外，還需注意鋼架的穩固性，確保現場施工的安全[3]。

4 隧道洞身開挖初期支護

4.1 超前大管棚施工

（1）施工方法。超前大管棚采用節長3m、6m的φ108mm熱軋無縫鋼管，導向端呈尖形，壁厚8mm。管壁按照梅花形鉆孔，φ8mm孔之間間隔φ25cm。鉆孔主要采用管棚專用鉆機，清孔作業需要高壓風設備，頂管推至孔底按照1∶1注水泥砂漿，注漿量達到設計要求后立即停止注漿，注漿壓力最初為0.5～1.0MPa，最終為2.0MPa。

（2）施工工藝。①精確測量固定后的鉆機，標記鉆孔位置。②鉆機開孔時以較低的速度鉆深20cm后，恢復正常鉆速。③當第一節鉆桿鉆入巖層尾部剩余約20～30cm時，立即停止鉆進。固定鉆桿后，以較低的速度實施反向鉆進。將鉆機與鉆桿分離后，按照導軌的路線緩慢退回至初始位置，然后人工裝入聯接套，準備第二節鉆桿，準備工作達標后，再將鉆機以較低的速度推進至第一根鉆桿的尾部。④更換鉆桿時檢查鉆桿的彎曲程度、損傷情況、中心水孔暢通問題等，及時更換不符合要求的鉆桿。⑤引導孔直徑比管棚外徑寬15～20mm的間隙。⑥鉆孔深度符合標準，將鉆機退至初始位置，拆除鉆桿裝置。⑦鉆進工作結合大孔引導和棚管技術，引導孔的直徑＞棚管的直徑。鉆出引導孔后，借助鉆機的沖擊和推力，將安有工作管頭的棚管沿引導孔鉆進至孔底。⑧將鋼管頂迸聯接套安裝在鉆機上，保持與管棚直徑符合。⑨在鉆機上安裝鋼管，仔細對準引導孔后，保持較低的速度完成推進作業，沖擊壓力與推進壓力分別控制在18～20MPa、4.0～6.0MPa。⑩推進第一根鋼管直至孔外留有30～40cm后，開動鉆機反轉，鉆機退回原位前脫離頂進聯管接套與鋼管，然后人工安裝第二節鋼管并對正，以較緩慢的速度推進鉆機，人工持鏈鉗將兩節鋼管聯成一體。

4.2 超前小導管施工

超前小導管的導向端主要呈尖形，采用φ50mm的鋼管。導管壁的厚度達5mm。管壁上按照梅花形鉆孔，φ8mm孔之間間隔25cm。采用氣腿式風動鑿巖機鉆孔，清孔作業需要高壓風設備，頂管推至孔底后注水泥砂漿。

4.3 系統錨桿、鋼筋網及拱架施工

（1）錨桿。系統錨桿主要采取中空注漿錨桿和早強砂漿錨桿，人工安裝，采用風動鑿巖機鉆孔。

（2）鋼筋網。結合斷面開挖的具體形狀，在現場或者場外規定地點制作網片。如果現場為比較規則的斷面，并且斷面比較平整，可在場外制作網片，現場完成拼接工作；如果現場為形狀不一的斷面，具有較大的起伏，需要在現場制作網片，并完成拼接工作，安裝時必須與巖壁緊貼，預留保護層厚度。采用簡易臺架做掛網作業。

該隧道主要采用規格為20cm×20cm的φ8mm鋼筋網，洞外分塊加工，洞內鋪掛。為了避免噴混凝土時出現激烈的晃動，降低回彈率，需要與錨桿、鋼拱架焊接牢固。

（3）加工鋼拱架、PS格構梁。①在洞外分段加工鋼拱架、PS格構梁，用冷彎機械加工鋼拱架。在制作PS格構梁的過程中，需要利用平臺，同時借助電焊將鎖腳錨桿與鋼拱架、PS格構梁牢固，掌子面主要在人工與裝載機相互配合的情況下安裝完成。②施工方法。用混凝土噴射機逐層噴射，每一層噴射的混凝土厚達5～8cm。采用自動計量拌合站在洞外拌和混凝土后，將混凝土輸送運料。③施工工藝。噴射混凝土時嚴格控制噴射厚度，保證噴頭與噴面之間互相垂直，同時將距離控制在0.8～1.2m。在施工過程中，技術人員需要調節風壓系統，通常壓力值為0.5MPa，并且風量需超過10m3/min。噴初支鋼拱架、鋼筋網時，噴頭的狀態一定要處于傾斜狀態。施工時主要按照不同區域、不同路段完成，主要采取“S”形。

5 結束語

綜上所述，在隧道洞身開挖施工時，需要嚴格把控初期支護與回填注漿的工作，避免出現滲漏水情況。該項工作采取平行作業、分段進行。合理的施工對隧道工程的質量產生直接影響。為此，以具體工程為例，分析了隧道洞身開挖施工與初期支護措施，為類似工程提供一定的參考。