隧洞施工經(jīng)驗(yàn)

林海英

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

在隧洞工程施工時(shí)根據(jù)圍巖類別、設(shè)計(jì)斷面的大小等因素確定施工方案。對(duì)于斷面小、圍巖較好的隧洞，通常選用全斷面開挖；對(duì)于中小斷面、圍巖差的隧洞采用短臺(tái)階法開挖；對(duì)于斷面大、圍巖較好的隧洞可進(jìn)行長臺(tái)階、分層開挖。在隧洞支護(hù)時(shí)，根據(jù)圍巖類別的不同采用噴素混凝土、掛網(wǎng)錨噴、超前錨固、管棚、鋼支撐等措施進(jìn)行安全支護(hù)。

1 地質(zhì)圍巖結(jié)構(gòu)、自穩(wěn)能力與塌方部位之間的關(guān)系

圍巖巖性走向、傾向、傾角為組成巖石產(chǎn)狀的“三要素”。主要是洞軸線與巖層走向的關(guān)系，決定了隧洞塌方的部位。圍巖類別不同，自穩(wěn)能力也不同，超過巖體荷載自穩(wěn)能力時(shí)就出現(xiàn)塌方，所以選擇合適有效的施工方案是確保工程安全和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

（1）當(dāng)巖層為水平、巖石Ⅲ類時(shí)，水平巖層的自穩(wěn)能力在七天至一個(gè)月之間，安全弱點(diǎn)在兩拱肩容易引起塌方。在自穩(wěn)期限內(nèi)對(duì)安全弱點(diǎn)進(jìn)行錨護(hù)支護(hù)。若忽視了對(duì)薄弱環(huán)節(jié)錨護(hù)處理，一旦超過圍巖自穩(wěn)期限，兩拱肩就開始塌方，弧拱變成平面，進(jìn)一步引發(fā)洞頂?shù)拇竺娣e塌方和冒頂。特別是洞徑較大的隧洞，處理難度大，對(duì)工程費(fèi)用和工期都不利。

（2）當(dāng)巖層為直立、巖石Ⅲ類時(shí)，圍巖夾制作用最小，而自穩(wěn)能力最強(qiáng)，有利于洞挖爆破及安全作業(yè)。當(dāng)巖層走向與洞軸線一致時(shí)，巖體自穩(wěn)能力變?nèi)酰瑢?duì)洞挖爆破及安全作業(yè)不利。這類圍巖的塌方規(guī)律是，先從洞腰兩邊沿洞中線方向剝落，洞頂部分跨度變大，隨著洞頂?shù)膲毫υ龃?，自穩(wěn)能力的減小，就會(huì)出現(xiàn)塌方和冒頂。根據(jù)這一特性，在有效時(shí)間內(nèi)對(duì)塌方部位進(jìn)行錨固處理，從而有效預(yù)防洞頂?shù)乃胶兔绊敗?/p>

（3）當(dāng)Ⅲ類巖層向右傾倒60°～80°時(shí)，洞腰左側(cè)向洞中線方向擠出，巖層折斷，使右拱肩順巖層滑塌。這類巖層走向的隧洞錨護(hù)重點(diǎn)是洞腰左側(cè)和右拱肩。相反，向左傾倒60°～80°時(shí)，錨護(hù)重點(diǎn)是洞腰右側(cè)和左拱肩。

2 各類圍巖自穩(wěn)期限與安全支護(hù)

隧洞開挖后，暴露的巖體類別決定自穩(wěn)能力的強(qiáng)弱和穩(wěn)定時(shí)間。水利工程中的圍巖類別分五類即：Ⅰ類圍巖完整、堅(jiān)硬，開挖成形后自穩(wěn)時(shí)間在一年以上。Ⅴ類圍巖最軟，一般比較破碎，自穩(wěn)時(shí)間最短，在1 h左右。

（1）在Ⅰ類圍巖，經(jīng)過光爆洞挖施工后，巖體自穩(wěn)在一年以上。一般情況下，不需要安全支護(hù)。

（2）Ⅱ類圍巖稍差，自穩(wěn)時(shí)間在半年左右。在進(jìn)行支護(hù)時(shí)一般選用錨桿加固，支護(hù)參數(shù)常為：φ22～φ25鋼筋，長度3.0 m，孔距1.0～1.5 m，排距2.0 m，梅花型布置。

（3）Ⅲ類圍巖自穩(wěn)時(shí)間在七天至一個(gè)月內(nèi)。支護(hù)時(shí)除按Ⅱ類圍巖錨桿加固外，在巖石比較完整的部位噴素混凝土，一般在拱頂部分；對(duì)巖石破碎或滲水洞段要錨噴掛網(wǎng)處理，支護(hù)參數(shù)常為：φ8網(wǎng)格15 cm×15 cm，與錨桿外露部分焊接，再噴混凝土。

（4）Ⅳ類圍巖比較軟弱，巖體自穩(wěn)時(shí)間在幾個(gè)小時(shí)至一天以內(nèi)。支護(hù)時(shí)除按Ⅲ類圍巖錨噴掛網(wǎng)外，對(duì)巖石破碎或滲水洞段進(jìn)行鋼支撐支護(hù)。支護(hù)參數(shù)常為：φ8鋼筋網(wǎng)10 cm×10 cm；鋼支撐（16～20 mm 工字鋼）間距 0.8～1.0 m，鋼支撐之間連接筋（φ22～φ25）間距1.0 m；噴混凝土厚度20 cm。

（5）Ⅴ類圍巖是最軟弱、易風(fēng)化的巖體。自穩(wěn)時(shí)間在1 h以內(nèi)。若存在傾倒、破碎、有地下水的外界因素，自穩(wěn)極差。以“短進(jìn)尺，強(qiáng)封閉”的原則施工；在開挖前先進(jìn)行超前錨桿錨固處理，采取小炮松動(dòng)開挖技術(shù)，拱肩以上部位多用人工處理，循環(huán)進(jìn)尺80～100 cm。支護(hù)時(shí)除按Ⅳ類圍巖支護(hù)外，要加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，調(diào)整鋼支撐間距0.6～0.8 m,超前錨桿選用φ22～φ25鋼筋，長度3.0 m左右，孔距0.4 m，環(huán)距2.0 m。在傾倒、破碎、有地下水等外界因素的Ⅴ類巖體段支護(hù)時(shí)，要注意排水泄壓處理，與巖面之間要回填密實(shí)。

3 隧洞塌方處理措施

（1）塌方高度超過1.0 m，為減輕拱架壓力，在拱架上加鋼支撐，拱架與鋼支撐之間、鋼支撐與鋼支撐之間、鋼支撐與前一榀拱架之間、拱架與拱架之間焊接成相互受力的整體，需緊貼巖石面掛網(wǎng)，噴混凝土封閉。

（2）塌方高度超過2.0 m，要先制止次生塌方發(fā)生，特別注意引發(fā)冒頂事件。根據(jù)塌方斷面形狀，采用不同形式支護(hù)。利用梯加鋼支撐的方法緊頂?shù)綆r石面，焊接成整體，掛網(wǎng)噴護(hù)封閉。這種雙層鋼支撐的要點(diǎn)，是要從第二層拱架上把壓力引伸到洞壁上去，壓力向外伸展，減小拱架壓力。另一種支撐方式，是在鋼拱架上制作擺方木的平臺(tái)，方木呈“井”或“田”字形，各端頭點(diǎn)頂緊周邊巖石，扒釘連接成整體，再噴射混凝土封閉回填。

4 各類圍巖洞挖施工方法

隧洞開挖根據(jù)巖石的類別、自穩(wěn)能力和塌方部位確定施工方法。

（1）洞徑在7 m左右，自穩(wěn)時(shí)間在半年以內(nèi)的Ⅰ、Ⅱ類圍巖，選擇全斷面一次開挖掘進(jìn)較為經(jīng)濟(jì)合理。

（2）Ⅲ類圍巖開挖時(shí)，為減小爆破對(duì)圍巖的破壞，采用先中間、后周邊的全斷面掘進(jìn)法。以光爆位置作為保護(hù)層，中間光爆能把最小抵抗線引向內(nèi)圈。然后中間與周邊光爆同時(shí)進(jìn)行，光爆半孔完好率可達(dá)到80%以上。

（3）Ⅳ類圍巖開挖時(shí)，采用臺(tái)階式的分層開挖法。分層降低掌子面的高度，減小了面積，也就相應(yīng)地降低了塌方的幾率。先進(jìn)行上半部分開挖與安全支護(hù)，確保洞頂安全后再進(jìn)行下半部分開挖和安全支護(hù)。

（4）Ⅴ類圍巖開挖要以“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”的原則；在開挖前先進(jìn)行超前錨桿錨固處理，采取小炮松動(dòng)開挖技術(shù)，拱肩以上部位多用人工開挖，循環(huán)進(jìn)尺80～100 cm。根據(jù)Ⅴ類圍巖的自穩(wěn)時(shí)效對(duì)安全支護(hù)的要求，全斷面掘進(jìn)成功幾率較低。因掌子面高、面積大，很難控制塌方引發(fā)的冒頂。分層開挖，每次掘進(jìn)的深度只有0.8～1.0 m，不利于鋼支撐的施工。錯(cuò)臺(tái)2～3 m，上下同時(shí)掘進(jìn)，是安全可靠、方便支撐、減少工序的開挖方式，是Ⅴ類巖石首選的洞挖方式。

5 結(jié)束語

各類圍巖的施工方法、支護(hù)方案及塌方的預(yù)防與處理措施，在省內(nèi)多數(shù)隧洞工程上進(jìn)行施工實(shí)例的論證，認(rèn)真總結(jié)隧洞圍巖的特征和施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隧洞工程的施工安全管理提供合理有效的實(shí)踐依據(jù)，使工程做到保安全、促效益。