軟弱地層大斷面隧道施工方案與技術(shù)優(yōu)化策略

馬 德 兆

(山西遠(yuǎn)方路橋集團有限責(zé)任公司，山西 大同　037005)

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軟弱地層大斷面隧道施工方案與技術(shù)優(yōu)化策略

馬 德 兆

(山西遠(yuǎn)方路橋集團有限責(zé)任公司，山西 大同037005)

以某擴改工程中隧道施工為背景，通過對CRD方案和臺階方案進行技術(shù)性的比較與選擇，論證了三臺階七步開挖法施工技術(shù)在實際施工中的可行性與優(yōu)越性，為軟弱地層大斷面隧道工程施工提供了方案與技術(shù)參考。

軟弱地層，大斷面，隧道，施工方案

0　引言

處于軟弱地層大斷面上的隧道，基本上都會因為跨度的增加而呈現(xiàn)出扁平、橢圓的形態(tài)。這種拱形結(jié)構(gòu)的抗壓力和承載力都不高。圍巖應(yīng)力會逐漸集中于拱腳處，而拱頂部位的圍巖壓力則會變得軟弱松弛。這是軟弱地層大斷面在隧道開挖作業(yè)的過程中常見的一種施工問題。施工人員和技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)隧道現(xiàn)場的具體情況，選擇科學(xué)合理的施工方案，并在簡化施工工序的同時提升技術(shù)水平。

1　工程概況

本次研究選擇的是某隧道工程，該隧道全長396 m，起始和截止的里程樁號分別是DK391+664和DK392+060。隧道埋深最大的位置距離地表50 m。該地段的地質(zhì)條件較差，整個隧道的下方是薄層狀的泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，上方由第四系的全新統(tǒng)坡殘積粉質(zhì)黏土完全覆蓋。泥砂質(zhì)軟，巖質(zhì)較硬。該隧道穿過的巖層主要是強風(fēng)化層的軟質(zhì)巖，巖體破碎，發(fā)育的強度和穩(wěn)定性都相對較低。該段工程項目的地表水基本上都是大氣降水，地下水則大多都是具有弱酸性的酸性水質(zhì)。開挖施工的整體跨度是16 m，平均高度是13.5 m，斷面較大。

2　軟弱地層大斷面隧道施工的主要方案及其技術(shù)

2.1CRD施工方案(交叉中隔壁工法)

CRD施工方案中的交叉中隔壁工法是將軟弱地層大斷面分割成上、下、左、右、前、后這樣六個不同的小斷面，逐個進行開挖施工的一種施工技術(shù)。如圖1所示，在前期的地質(zhì)預(yù)報和測量放線工作結(jié)束以后，就可以開始具體的開挖作業(yè)了。對隧道中的上、下部進行施工時，需要安裝豎撐，以防止隧道的塌陷或沉降。架設(shè)起工字型的鋼筋支架，噴射4 cm厚的混凝土至28 cm，開挖作業(yè)的單次循環(huán)深度為0.5 m。左、右部的施工需要安裝橫撐，以防止隧道內(nèi)部拱形結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重變形。開挖施工的長度一般在3 m～5 m之間。前、后部的隧道施工相對較為輕松，不需要運輸、安裝橫撐與豎撐。但是施工人員要在施工過后逐步拆除臨時搭設(shè)的鋼架，灌注混凝土，完成仰拱回填。最后，還要利用隧道的襯砌模板臺車，使用一次性的澆筑技術(shù)進行二次襯砌結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

2.2臺階施工方案(三臺階七步開挖法)

臺階施工方案中的三臺階七步開挖法是將軟弱地層大斷面的施工隧道分為七個不同的作業(yè)面，在七個相互錯開的不同位置上同時進行開挖施工的一種施工技術(shù)。如圖2所示，在測量放樣之后，施工人員應(yīng)該在七個不同的位置建立單個作業(yè)面的支護，通過七個小型支護的支撐保護作用，形成整個大斷面隧道的支護。檢查到各個支護開始作用于隧道的拱形結(jié)構(gòu)之后，就可以開始三臺階七步法的施工作業(yè)了。首先，對上層臺階的弧形導(dǎo)坑展開環(huán)向開挖，加強初期支護對隧道頂部拱形的支撐力量。然后，在中層臺階和下層臺階上分別實施錯開的開挖作業(yè)，以此提高隧道周邊墻體對拱頂?shù)幕局瘟?。其次，在中心位置預(yù)留出核心土，開挖隧道底部并及時落底。最后，封閉初期的支護結(jié)構(gòu)，盡可能在最短的時間內(nèi)完成仰拱填充作業(yè)，將支護結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)，以確保隧道內(nèi)部拱形結(jié)構(gòu)的均勻受力。

3　軟弱地層大斷面隧道施工方案與技術(shù)的優(yōu)化選擇

根據(jù)上文中對CRD施工方案中交叉中隔壁工法和臺階施工方案中三臺階七步開挖法的介紹，筆者分別從施工質(zhì)量、安全指數(shù)和施工進度這三個方面入手，對兩種方案與技術(shù)進行了詳細(xì)地對比。具體的對比結(jié)果如表1所示。

表1　CRD和臺階施工方案及其技術(shù)的對比

從表1中的對比情況可以看出，CRD施工方案中交叉中隔壁工法可以通過將大斷面改成小斷面的施工技術(shù)，有效控制隧道施工過程中的結(jié)構(gòu)變形問題。然而，在質(zhì)量、安全和進度中有著諸多缺陷，不能盡如人意。相比之下，臺階施工方案中三臺階七步開挖法拓展了隧道內(nèi)部的作業(yè)空間，避免了機械設(shè)備派不上用場或機械操作難以控制等尷尬局面的出現(xiàn)，還降低了工人們的勞動強度，節(jié)約了一定的人力和物力。在減少成本、保證質(zhì)量的同時，也提升了施工現(xiàn)場的安全指數(shù)。施工進度更是達(dá)到了CRD方案的2倍。只是在控制隧道內(nèi)部拱形結(jié)構(gòu)變形的這一問題上還有待進一步的提升。所以大坪隧道的開挖施工，選用的就是臺階施工方案中的三臺階七步法的施工技術(shù)。而其他軟弱地層大斷面隧道的施工人員和技術(shù)人員，應(yīng)該根據(jù)施工現(xiàn)場具體的地理報告、地質(zhì)情況與環(huán)境特點，選擇最佳的施工方案和施工技術(shù)。

4　結(jié)語

通過對兩種施工方案及其技術(shù)的對比優(yōu)選，不難發(fā)現(xiàn)，CRD施工方案和臺階施工方案在軟弱地層大斷面的隧道施工過程中有著各自不同的設(shè)計理念和工藝流程，技術(shù)方面各有優(yōu)劣。其中，三臺階七步開挖法雖然也有一些細(xì)節(jié)上的缺陷，但整體上的優(yōu)勢較為明顯，得到了更加廣泛的應(yīng)用。

[1]夏潤禾,徐向葉.鐵路軟弱圍巖隧道施工安全風(fēng)險管理技術(shù)與實踐[J].地下空間與工程學(xué)報,2011(S2):1753-1757.

[2]李利平,李術(shù)才.超大斷面隧道軟弱破碎圍巖漸進破壞過程三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2012(3):550-560.

[3]李術(shù)才,李利平.地層條件對超大斷面隧道軟弱破碎圍巖施工影響過程規(guī)律的數(shù)值模擬分析[J].巖土力學(xué),2011(S2):673-678.

On construction scheme for large-section tunnel at weak stratum and its technical optimization strategies

Ma Dezhao

(ShanxiYuanfangRoadandBridgeGroupCo.,Ltd,Datong037005,China)

From the tunnel project of some enlargement and reconstruction project, the paper undertakes the technical comparison and selection for CRD scheme and bench scheme, indicates the feasibility and advantages of the three-bench seven-step excavation method, so as to provide some reference for the scheme and technique for the large-section tunnel project of weak stratum.

weak stratum, large-section, tunnel, construction scheme

1009-6825(2016)19-0157-02

2016-04-25

馬德兆(1978- )，男，工程師

U455

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