大斷面公路隧道洞身開挖施工設(shè)計(jì)探討

摘 要：文章結(jié)合某高速公路隧道建設(shè)工程，重點(diǎn)探討了臺(tái)階分步開挖法在Ⅳ級(jí)圍巖大斷面隧道中的應(yīng)用，并就對(duì)應(yīng)的開挖支護(hù)方案進(jìn)行分析，望為相關(guān)隧道工程建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大斷面隧道；洞身開挖；臺(tái)階分步法；支護(hù)

1 工程概況

某高速公路隧道全長(zhǎng)256m，屬于短隧道。工程隧道處于平曲線線上，縱坡為-3.0%下坡，起止樁號(hào)為：K20+120-K20+376。工程勘測(cè)隧道圍巖等級(jí)主要為Ⅳ級(jí)，部分為Ⅲ級(jí)圍巖，圍巖呈弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖、節(jié)理裂隙密集帶，巖石呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生較大坍塌，側(cè)壁有時(shí)失去穩(wěn)定。

2 洞身開挖施工方案

2.1 洞身開挖方法

采用臺(tái)階分步法進(jìn)行施工，臺(tái)階長(zhǎng)度取5-8m，各部開挖方式如下：（1）上臺(tái)階弧形導(dǎo)抗的開挖，應(yīng)安排工作人員手持YT28高速風(fēng)鉆和簡(jiǎn)易開挖臺(tái)架鉆孔相結(jié)合的施工方式，將孔深控制在0.5-1.0m的范圍之內(nèi)，使用5臺(tái)風(fēng)鉆，其中2臺(tái)風(fēng)鉆的主要作用是錨桿孔鉆眼，其他3臺(tái)風(fēng)鉆的主要作用是掌子面鉆眼。在施工的過(guò)程中也要注意對(duì)周邊眼間距進(jìn)行控制，將可接受范圍控制在0.5m左右。當(dāng)出現(xiàn)弧形導(dǎo)坑內(nèi)圍巖較軟弱的情況時(shí)，可以采取風(fēng)鎬直接開挖的施工方式。（2）上臺(tái)階核心土及下部中槽也應(yīng)該安排工作人員手持風(fēng)鉆鉆孔，將孔深保持在1.5-2.0m的范圍內(nèi)，同時(shí)將下部中槽和上臺(tái)階核心土爆破。（3）馬口的施工應(yīng)該采用跳槽開挖的施工方式，每進(jìn)尺應(yīng)控制在0.8-1.5m的范圍內(nèi)。

2.2 開挖支護(hù)施工順序

洞身開挖支護(hù)施工順序?yàn)椋海?）對(duì)洞口的加強(qiáng)段進(jìn)行超前支護(hù)？準(zhǔn)42注漿小導(dǎo)管的施工。（2）？準(zhǔn)22注漿錨桿1′→開挖上弧形導(dǎo)坑。（3）對(duì)拱部錨噴支護(hù)，架立起格柵拱。（4）開始挖中核。（5）和下部中槽。（6）跳槽開挖馬口。（7）邊墻架立格柵拱，錨噴支護(hù)。（8）灌注仰拱及鋪底。（9）鋪設(shè)環(huán)向盲溝及防水板，整體灌注二次襯砌砼。

2.3 Ⅳ級(jí)圍巖開挖

根據(jù)Ⅳ級(jí)圍巖地質(zhì)特點(diǎn)采用微臺(tái)階法進(jìn)行施工，臺(tái)階長(zhǎng)度取2.0-2.5m，孔眼均采用微差網(wǎng)絡(luò)爆破。上臺(tái)階開挖采用人工手持風(fēng)鉆配合簡(jiǎn)易開挖臺(tái)架鉆孔，孔深控制在1.5-2.0m，周邊眼間距控制在0.5m左右。在對(duì)上半斷面爆破排煙后，當(dāng)觀察到地質(zhì)觀察圍巖穩(wěn)定性較差時(shí)，應(yīng)該采取在碴堆上反復(fù)噴射砼的措施，將噴射厚度依據(jù)地質(zhì)厚度加厚至10-15cm。觀察到圍巖基本穩(wěn)定，應(yīng)該馬上進(jìn)行鋼支撐施工和錨桿的工程。在施工下半斷面的情況下，應(yīng)該在格柵拱的各個(gè)足部都施工2-3根錨桿，把格柵拱足部和錨桿牢固的焊接起來(lái)來(lái)保證上部格柵拱的穩(wěn)定性，把下半斷面孔深控制在1.5-2.0m的范圍內(nèi)。當(dāng)下半斷面爆破后，應(yīng)該馬上對(duì)初噴射砼，施工錨桿并架設(shè)格柵拱。

在施工的過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拱頂沉降、地質(zhì)情況和周邊收斂等的監(jiān)控量測(cè)，并且要做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的工作，實(shí)時(shí)地了解支護(hù)和圍巖變形情況，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，增加工程的安全度。根據(jù)之前測(cè)得的數(shù)據(jù)資料，對(duì)鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的修改，將臺(tái)階長(zhǎng)度確定下來(lái)。爆破應(yīng)采用弱爆破，嚴(yán)格控制裝藥量和周邊眼間距，把誤差降低到最小。

2.4 Ⅲ級(jí)圍巖開挖

Ⅲ級(jí)圍巖的開挖應(yīng)該采用全斷面法來(lái)施工。把人工手持風(fēng)鉆和自制簡(jiǎn)易開挖臺(tái)架鉆孔兩種措施結(jié)合起來(lái)，把孔深控制在3.0～3.5m的范圍內(nèi)。爆破采用非電毫秒微差網(wǎng)絡(luò)起爆，采用直眼掏槽。

3 超前支護(hù)與初期支護(hù)

3.1 超前注漿小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管的主要作用是隧道超前支護(hù)。超前注漿小導(dǎo)管采用？準(zhǔn)42中空注漿小導(dǎo)管。拱部環(huán)向間距為40cm，外插角為10°。水泥應(yīng)該使用普通425#水泥，水灰的比例應(yīng)該在1：1～1：1.2的范圍內(nèi)；當(dāng)遇有水地帶的情況時(shí)，應(yīng)該摻用水玻璃，水泥漿和水玻璃體積比應(yīng)該控制在1：1～1：0.8的范圍內(nèi)；膠凝時(shí)間應(yīng)該控制在30秒～60秒的范圍內(nèi)。超前注漿工藝應(yīng)該采用小導(dǎo)管鉆孔采用人工手持YT28風(fēng)鉆配簡(jiǎn)易開挖臺(tái)架鉆孔的施工方法，采用？準(zhǔn)80鉆頭，每次施作超前注漿小導(dǎo)管采用5臺(tái)風(fēng)鉆從兩拱腳和拱頂開始鉆孔。安設(shè)完導(dǎo)管之后，從兩端朝拱頂注漿。當(dāng)相鄰兩孔串漿時(shí)，實(shí)施跳管注漿，注漿壓力控制在0.5-1.5MPa的范圍內(nèi)，從到達(dá)壓力值時(shí)持續(xù)15分鐘時(shí)就可以停止注漿。

3.2 初期支護(hù)施工

施工初期的支護(hù)施工流程：初噴不小于3～5cm厚封閉砼→鉆錨桿孔→設(shè)置錨桿及注漿→安設(shè)鋼支撐→復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

3.2.1 噴射砼。隧道開挖后應(yīng)該馬上對(duì)巖面噴射砼，防止巖體出現(xiàn)松弛的情況。隧道噴射砼施工采用干噴法，噴射混凝土采用C20混凝土，Ⅳ級(jí)圍巖段噴射23cm厚砼，Ⅲ級(jí)圍巖段噴射10cm厚砼。在施工開始之前應(yīng)該先送風(fēng)，然后打開速凝劑也可以再加入定量防腐劑，緊接著進(jìn)料。應(yīng)該依據(jù)受噴面部位和巖面光滑潮濕的實(shí)時(shí)情況，合理地調(diào)節(jié)風(fēng)壓和速凝劑摻量，應(yīng)該以使彈量的次數(shù)最少為標(biāo)準(zhǔn)。

首先要埋設(shè)標(biāo)志或利用錨桿外露長(zhǎng)度來(lái)控制噴射混凝土的厚度。然后應(yīng)該噴射混凝土，噴射過(guò)程該應(yīng)分段、分片進(jìn)行，并按照由下而上順序進(jìn)行施工，如果遇到巖面有較大凹洼的情況時(shí)，應(yīng)該先噴凹處找平。后一層噴射應(yīng)該在前一層混凝土終凝后實(shí)施，當(dāng)終凝后間隔超過(guò)1小時(shí)再次噴射時(shí)，應(yīng)該用風(fēng)或水對(duì)受噴面進(jìn)行清洗。噴嘴應(yīng)與受噴面垂直且與受噴面保持1.0～1.5m的距離，應(yīng)該按規(guī)定灑水養(yǎng)護(hù)來(lái)保證新噴射混凝土的耐久性和承載能力。

3.2.2 錨桿。系統(tǒng)錨桿型號(hào)采用？準(zhǔn)25普通砂漿錨桿，Ⅳ級(jí)圍巖段L=3.0m，@100cm×100cm；Ⅲ級(jí)圍巖段L=2.5m，@130×110cm。安裝錨桿前，應(yīng)首先核實(shí)對(duì)錨桿的位置、方向、孔深、桿體及墊圈等進(jìn)行檢查與核實(shí)，保證錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，錨桿孔的鉆孔深度誤差應(yīng)該控制在50mm以內(nèi)，孔位允許偏差控制在±15mm，為方便安裝托板，應(yīng)該保證保證錨桿的外露端長(zhǎng)度為100mm。用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)積水和殘余物，保證錨桿順利。為保證注漿飽滿，止?jié){塞應(yīng)該密貼孔口。為保證錨桿支護(hù)效果，錨桿外端掛設(shè)？準(zhǔn)6.5鋼筋網(wǎng)。

3.3 洞身襯砌

洞身襯砌采用的是自行式全斷面液壓襯砌臺(tái)車的方法，每節(jié)段長(zhǎng)度為12m，洞外設(shè)置自動(dòng)計(jì)量拌合站拌制砼，由砼攪拌運(yùn)輸車負(fù)責(zé)運(yùn)送。使用HBT60B型砼輸送泵灌注。附著式振動(dòng)器插入搗固器搗固相配合，墻拱一次灌注完成。為使隧道擁有良好的整體承載能力，有堅(jiān)固的承載結(jié)構(gòu)，施工中應(yīng)額外注意兩方面的內(nèi)容：一方面，在有仰拱地段，仰拱開挖操作應(yīng)超前于襯砌施工。另一方面，在無(wú)仰拱地段先施工調(diào)平層，調(diào)平層的施工應(yīng)分兩次進(jìn)行，先施工一股車道，待強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，再對(duì)另一股車道進(jìn)行施工。

4 預(yù)防隧道塌方的措施

為了保證工程的安全進(jìn)行，要求隧道開挖必須及時(shí)采取應(yīng)急措施，防止塌方的發(fā)生。（1）爆破開挖后應(yīng)馬上完成對(duì)開挖輪廓面的初噴工作。（2）應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件對(duì)圍巖中的節(jié)理密集帶、小斷層帶進(jìn)行支護(hù)。（3）在控制對(duì)爆破震動(dòng)時(shí)，應(yīng)該考慮震動(dòng)對(duì)圍巖中局部節(jié)理密集帶和軟弱帶產(chǎn)生的影響。（4）應(yīng)該對(duì)先行洞作好地質(zhì)編錄工作，以便于后行洞支護(hù)參數(shù)和開挖方式的選取進(jìn)行指導(dǎo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

相比其他隧道開發(fā)方法，臺(tái)階分部開挖發(fā)具有最強(qiáng)的安全性與穩(wěn)定性，但其所對(duì)應(yīng)的施工難度較高，施工工序也相對(duì)比較復(fù)雜。臺(tái)階分部開挖方法因其功能的優(yōu)異性，在眾多隧道開挖中取得了良好的應(yīng)用效果，施工中并未出現(xiàn)塌方等事故，隧道建成后圍巖支護(hù)體穩(wěn)定性較高，圍巖變形量在安全允許范圍內(nèi)，工程效果優(yōu)異。

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作者簡(jiǎn)介：王帆（1981，11-），男，湖南瀏陽(yáng)人，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，本科，助理工程師，研究方向：試驗(yàn)檢測(cè)。