淺談大斷面隧道開挖質(zhì)量通病及施工開挖方法

李學文范明坤楊 華

（1.迪慶州公路管理總段機械化養(yǎng)護與應(yīng)急中心 云南 香格里拉 674400 2.云南航天工程物探檢測股份有限公司 云南 昆明650217 3.云南工程建設(shè)總承包公司 云南 昆明 650011）

淺談大斷面隧道開挖質(zhì)量通病及施工開挖方法

李學文1范明坤2楊 華3

（1.迪慶州公路管理總段機械化養(yǎng)護與應(yīng)急中心 云南 香格里拉 674400 2.云南航天工程物探檢測股份有限公司 云南 昆明650217 3.云南工程建設(shè)總承包公司 云南 昆明 650011）

云南山區(qū)高速公路特點：山高谷深、溝壑縱橫、工程艱巨、投資巨大、不良地質(zhì)病害多。修建高速公路有的地段需要穿越高山，那就必須修建隧道，由于云南地形受橫斷山脈的影響，地質(zhì)條件復(fù)雜在隧道施工時易出現(xiàn)塌方。本文介紹結(jié)合云南地形及地質(zhì)條件差淺談大斷面隧道開挖施工方法，為今后解決施工時地質(zhì)條件較差的難題。

隧道特點；質(zhì)量通??；開挖方法及要求

1 隧道特點及施工原則

1.1 隧道特點

昆明繞城高速公路是國家高速公路網(wǎng)城市繞城與云南省干線公路“9210”骨架網(wǎng)的環(huán)線之一。該公路的建設(shè)是扭轉(zhuǎn)昆明交通“外擁內(nèi)堵、過境交通線缺乏”的局面，加快客、貨流通，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟，快速推進滇中城市經(jīng)濟圈建設(shè)的需要，也是加快國家高速公路網(wǎng)建設(shè)的需要。本項目隧道線路區(qū)位于揚子準地臺西部二級構(gòu)造分區(qū)滇東臺褶皺帶的東部邊緣及川滇南北構(gòu)造、南嶺東西構(gòu)造與云南山字型構(gòu)造交接帶，他是經(jīng)歷了晉寧構(gòu)造運動（9億年前）、澄江構(gòu)造運動（7億年前）、加里東（廣西）構(gòu)造運動（4億年前）、華力西（瀾滄）構(gòu)造運動（2.5億年前）燕山期構(gòu)造運動（1億年前）和喜馬拉雅構(gòu)造運動（0.7億年前）等多次構(gòu)造旋回形成。經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動后，構(gòu)造體系行跡主要有南北向構(gòu)造體系、北西向構(gòu)造體系、新華夏（北東向）構(gòu)造體系以及“入”字型構(gòu)造體系。

隧道軟弱圍巖占比大，其中Ⅴ、Ⅳ圍巖比例高達76%。隧道洞口大多位于淺埋、偏壓地段，進洞條件差。三車道隧道開挖斷面大，開挖寬度在16.5～17.25m，高度在9.5～11.73m之間；洞身開挖后圍巖自身成拱效應(yīng)差，超前支護和系統(tǒng)錨桿施工質(zhì)量尤為重要。

1.2 施工原則

大多數(shù)隧道都采用“新奧法”設(shè)計和施工，由于對“新奧法”概念和原則的內(nèi)涵理解有偏差，所以在許多工程中遭到失敗。一般在軟弱、破碎、偏壓、淺埋等地層中施工隧道時，應(yīng)遵行“探先行、管超前、短進尺、弱爆破、強支護（Ⅲ級圍巖有加勁支護）、勤量測、早封閉”的原則。不按照這樣可能會造成圍巖松弛坍塌，“新奧法”對監(jiān)控量測、信息處理、及時反饋要求很嚴，沒有這樣的保證，塌方是很難避免的。

2 隧道開挖常見的質(zhì)量通病

隧道開挖常見質(zhì)量通病主要為：超、欠挖嚴重；偏壓段施工工序不當；側(cè)壁導坑法側(cè)壁布置及工序不合理；小凈距隧道施工工序不當；臺階法施工步距不合理；落底開挖方法不當；反向出洞施工方法不當。本文列舉其中兩個質(zhì)量通病敘述。

2.1 超挖、欠挖嚴重

開挖后輪廓線與設(shè)計輪廓線相差較大，開挖輪廓表面嚴重凹凸不平，超、欠挖嚴重。

2.1.1 原因分析

（1）控制爆破設(shè)計參數(shù)不合理，或未隨圍巖條件變化調(diào)整控爆參數(shù)。

（2）開挖放樣不精確。（3）爆破鉆孔偏位。（4）局部欠挖未進行處理。

2.1.2 防治措施

（1）加強爆破工程師與鉆孔人員的信息溝通，針對不同圍巖條件動態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)。

（2）及時校核導線，并應(yīng)在每循環(huán)開挖前準確放樣。

（3）嚴格按設(shè)計間距與數(shù)量打設(shè)鉆爆孔，特別要注意控制周邊眼鉆孔位置與角度。

（4）應(yīng)及時處理欠挖，特別要注意邊墻腳的欠挖處理。

2.2 側(cè)壁導坑法側(cè)壁布置及工序不合理

2.2.1 表現(xiàn)形式

（1）雙側(cè)壁法開挖時，中導坑橫斷面寬度太小。

（2）雙側(cè)壁法開挖時，兩側(cè)下半斷面尚未開挖、也未設(shè)置臨時仰拱即開挖中導坑，或兩側(cè)壁導坑下臺階已開挖，但支護尚未成環(huán)即開挖中導坑。中導坑開挖過早，導致臨時支撐作用減弱或失效。

（3）雙側(cè)壁法下臺階開挖后，導坑臨時支撐未封閉成環(huán)。

（4）單側(cè)壁導坑法施工時，兩側(cè)導坑上臺階掌子面平行開挖，導致側(cè)壁臨時支撐作用減弱或失效。

2.2.2 原因分析

（1）對采用側(cè)壁導坑法施工的作用和原理不清楚。

（2）對側(cè)壁導坑法的正確施工步序不清楚，設(shè)備配套不合理。

2.2.3 防治措施

（1）正確理解側(cè)壁導坑法施工的作用，嚴格按施工步序進行施工（如圖1～2）。

圖1 雙側(cè)壁導坑法的正確施工步序示意圖

（2）各導坑下半斷面及仰拱開挖后，應(yīng)立即進行支護并及時封閉成環(huán)。

（3）雙側(cè)壁導坑法施工時，應(yīng)在兩側(cè)導坑支護閉合后再開挖中導坑，最后拆除臨時支護。

圖2 單側(cè)壁導坑法的正確施工步序示意圖

3 隧道主要洞身開挖方法

開挖方法主要有全斷面法、臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、中隔壁法、雙側(cè)壁導坑法、導洞法、CD法、CRD法等其他施工方法。結(jié)合本條路線應(yīng)根據(jù)隧道長度、斷面大小、結(jié)構(gòu)形式、工期要求、機械設(shè)備、地質(zhì)條件等，選擇合理的開挖方案，并應(yīng)具有較大適用性。結(jié)合地形等情況本文列舉其中兩個開挖方法敘述。

3.1 CRD工法

CRD法施工程序示意見圖3。

圖3 施工程序示意圖<一>（1:100）

3.1.1 施工步驟

Ⅰ左側(cè)洞上半斷面開挖：1、2a、2b施作左側(cè)洞初期支護和臨時支護。

Ⅱ右側(cè)洞上半斷面開挖：3、2c施作右側(cè)洞初期支護和臨時支護。

Ⅲ左側(cè)洞下半斷面開挖：4、2d施作左側(cè)洞仰拱初期支護和臨時支護。

Ⅳ右側(cè)洞下半斷面開挖：5、施作右側(cè)洞仰拱初期支護。6、澆筑仰拱混凝土。分段拆除2a、2b、2c、2d。7、施作仰拱回填混凝土。8、澆筑拱圈混凝土。9、施作電纜溝和排水溝、路面工程。

3.1.2 施工要求

左、右側(cè)導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15m。各導坑初期支護是否及時封閉成環(huán)、循環(huán)進尺（1榀）、型鋼連接質(zhì)量、鎖腳錨桿或錨管施工質(zhì)量、系統(tǒng)錨桿施工質(zhì)量、注漿效果、噴射混凝土質(zhì)量等。

3.2 四臺階法

四臺法施工程序示意見圖4。

3.2.1 施工步驟

（1）拱頂部分開挖Ⅲ

Ⅰ拱頂部分初期支護。

（2）上部開挖

Ⅱ上部初期支護。

圖4 施工程序示意圖<二>

（3）中部開挖

Ⅲ中部初期支護。（4）下部開挖

Ⅳ下部初期支護。

3.2.2 施工要求

重點關(guān)注：超前支護施工質(zhì)量、開挖循環(huán)進尺控制（特別是各臺階左右側(cè)開挖是否交替錯開）、掌子面圍巖自穩(wěn)能力、型鋼連接質(zhì)量（特別是拱腳不能懸空）、鎖腳錨桿或錨管施工質(zhì)量、系統(tǒng)錨桿施工質(zhì)量、注漿效果、噴射混凝土質(zhì)量等。

4 結(jié)語

隧道施工過程中出現(xiàn)的嚴重災(zāi)害。為預(yù)防塌方，人們在施工實踐中總結(jié)了很多有效的方法。如CRD工法適用于隧道Ⅴ級圍巖洞口淺埋段、破碎帶及下穿道路、地表房屋段落；四臺階法適用于隧道洞身Ⅴ級圍巖段；三臺階法適用于隧道洞身Ⅳ級圍巖段；二臺階法適用于隧道洞身Ⅲ級圍巖段。

其中隧道施工防坍塌卡控紅線：Ⅳ、Ⅴ級圍巖臺階的縱向距離應(yīng)小于10m，Ⅲ圍巖臺階縱向距離可取15～20m。必須做到隧道開挖步距符合鐵道部《關(guān)于進一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》（鐵建設(shè)[2010]120號文之要求。及時支護，快速封閉成環(huán)，要求Ⅳ～Ⅵ級圍巖，開挖距初支封閉成環(huán)不超過35m，仰拱一次施作長度不超過3m。上臺階每循環(huán)開挖支護進尺Ⅴ、Ⅵ圍巖不應(yīng)大于1榀鋼架間距，Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距。.邊墻每循環(huán)開挖進尺不得大于2榀。仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進尺不得大于3m。二次襯砌距離掌子面的距離：Ⅳ級圍巖不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ圍巖不得大于70m。仰拱距掌子面距離Ⅲ級圍巖不超過90m，Ⅳ級圍巖不超過50m，Ⅴ級及以上不超過40m。二次襯砌距掌子面距離：Ⅰ、Ⅱ級圍巖不超過200m，Ⅲ級圍巖不超過120m，Ⅳ級及以上圍巖不超過90m或設(shè)計要求。

U45

A

1673-0038（2015）37-0306-02

2015-8-24

李學文（1976-），男，工程師，本科，從事公路管理機械化養(yǎng)護與應(yīng)急工作。