高速公路隧道洞身開挖施工工藝的探討

許傳燁 （福州東南繞城高速公路有限公司，福建 福州 350000）

0 前言

在現(xiàn)代高速公路工程當中，洞身開挖工程屬于一項重要的隱蔽工程，此工程具有工程量大、風險較高的特性，但此項工程的質量會對安全性產(chǎn)生影響，所以必須嚴格的對其施工工藝進行保障。此項工程施工工藝方面，其會因為地質環(huán)境、斷面形式等因素而產(chǎn)生不同，例如全斷面開挖法、上下臺階法、CD/CRD法等，所以此工程施工工藝的原則就在于，嚴格依照隧道圍巖的級別與施工條件，制定相應合理的施工工藝方案。

1 隧道洞身開挖常見方法

目前依照現(xiàn)狀來看，多數(shù)高速公路隧道洞身開挖工程會采用新奧法進行施工，此類方法主要適用于山嶺隧道，基礎在于礦山法[1]?；谘芯繄蟾娴弥?，新奧法的優(yōu)點與特點在于其能夠最大限度的對圍巖進行防護，降低圍巖受外界因素的干擾，尤其在針對軟弱圍巖的前提下十分有效[2]。

但新奧法的施工工藝也會因為實際條件產(chǎn)生變化，目前其主要可以分為全斷面開挖法、臺階開挖法、分部開挖法[3]。全斷面開挖法是依照隧道設計對斷面進行開挖，直至滿足設計標準，此項方法原理、實施都相對簡單，但實際應用上容易受到多方面因素的限制，所以使用機會相對較少；臺階開挖法主要為正臺階法，此方法開挖主要強調工程的劃分，能夠適應大部分實際條件，所以應用相對廣泛；分布開挖法是將隧道設計開挖斷面分成若干部分，并依照劃分針對性的制定開挖工序，進而開始施工，此方法當中主要包括了環(huán)形開挖留核心土法、單/雙側壁導坑法等。

2 董奉山隧道工程實況

福州繞城高速公路東南段董奉山隧道地處長樂區(qū)鶴上鎮(zhèn)境內(nèi)，隧道全長2634.5m，左右洞呈分離布置，左洞全長2613m，右洞全長2656m，為長隧道；隧道主洞建筑限界凈寬14.5m，凈高5.0m，3車道，內(nèi)輪廓斷面面積為122.33m2，為大斷面隧道。本隧道采用普通鉆爆法施工，基于勘察工作的結果，針對不同的地質環(huán)境采取了不同的施工工藝，洞口軟弱圍巖淺埋段地質較差的Ⅴ級圍巖地段，采用了雙側壁導坑法開挖，洞身Ⅳ級圍巖段采用了CD法開挖，Ⅲ級圍巖段采用上下臺階法開挖，Ⅱ級圍巖段采用全斷面開挖。

具體如表1所示。

董奉山隧道洞身開挖工程當中，主要將工程分為洞口開門、洞口軟弱圍巖淺埋開挖、主洞洞身開挖3個階段，并根據(jù)3個階段采用了不同的方法，本文將對此進行逐一分析。

3 董奉山隧道洞身開挖施工工藝

3.1 洞口段開挖施工

洞口段開挖施工具體流程如圖1所示。

圖1 洞口段開挖施工具體流程

董奉山隧道洞口開門要點主要包括：確認施工前測量放線是否標準，做出邊坡開挖輪廓、截水天溝，在洞口段因地質埋深度較小、圍巖力學性能較差，對監(jiān)控量測、超前支護工序進行了嚴格管制，在進行暗挖進洞工序時，采用了超前大管棚、型鋼鋼架、超前小導管等并結合洞門襯砌工藝來提升洞口工程穩(wěn)定性。

3.2 明洞開挖施工

明洞開挖施工具體流程如圖2所示。

董奉山隧道工程工藝一覽表 表1

該工程在明洞開挖工程階段，主要采用了“橫向分層、縱向分段”的施工工藝，施工設備主要應用挖掘機。而在部分地段則少量使用弱爆破、人工配合機械刷坡，使用裝載機、自卸汽車出碴。在開挖工序完成后，該工程開展基底處理，并在處理之后，對基底承載力進行了檢測，確認達標之后則可以開展施作仰拱、填充混凝土，最終在洞門整體灌筑后進行洞頂回填施工。

3.3 主洞洞身開挖施工

在此工程階段采用新奧法進行施工，但基于地質環(huán)境的不同其采取了相應不同的施工方法，具體方法如下。

①環(huán)狀開挖留核心土法。該工程在洞口Ⅴ級圍巖地質環(huán)境下，主要采用了環(huán)狀開挖留核心土的臺階法進行施工，其上臺階長度為3～5m，在正式開挖施工之前，設置了超前長管棚以確保施工安全。在長管棚的保護之下，對洞身臺階分部開挖，開挖方法主要以機械設備為主，并少量采用弱爆破為輔，最終通過反鏟、裝載機、自卸汽車出碴。

②雙側壁導坑法。該工程在V圍巖環(huán)境下，采用了雙側壁導坑法進行開挖，把隧道斷面分成了4部分：左側壁導坑、右側壁導坑、中部上斷面、中部下斷面，每部分近似橢圓，開挖時極大的減少了對圍巖的擾動。主要采用了風鎬、鑿巖機、挖掘機進行施工，施工首先通過風鎬、鑿巖機對地面進行處理，之后通過挖掘機來進行開挖，施工順序為：開挖一側導坑，并及時進行初期支護包括側壁臨時支護——相隔距離3.0～5.0m后開挖另一側導坑，也及時進行初期支護包括側壁臨時支護——開挖中部上斷面核心土，進行初期支護——與上斷面相隔3.0～5.0m后開挖中部下斷面臺階，進行初期支護并使初支全斷面閉合——拆除臨時側隔壁臨時支護——施工隧道環(huán)、縱排水及二襯混凝土。

③CD法。該工程在Ⅳ級圍巖地質環(huán)境下，采用了CD四部法進行開挖，把隧道斷面分為左右上下4部分：左側導坑上半斷面、左側導坑下半斷面、右側導坑上半斷面、右側導坑下半斷面。先開挖隧道一側，施做臨時中隔壁支護，然后開挖隧道另一側。主要施工設備采用風鎬、鑿巖機、挖掘機進行施工，施工順序為：開挖隧道一側導坑上半斷面，進行初期支護包括中隔壁臨時支護——開挖隧道同側導坑下半斷面，進行初期支護——開挖隧道另一側導坑上半斷面，進行初期支護包括中隔壁臨時支護——開挖隧道同側導坑下半斷面，進行初期支護并全斷面初支閉合——拆除臨時中隔墻——澆筑仰拱混凝土——施做環(huán)、縱向排水及二襯混凝土。

④臺階法。該工程在Ⅲ級圍巖地質環(huán)境下，采用了上下臺階法法進行開挖，主要施工設備采用多功能作業(yè)臺架+手持風鉆鉆孔、楔形掏槽，光面控制爆破；用臺車鉆錨桿孔，人工安裝錨桿、注漿，濕噴混凝土。施工順序為：上臺階開挖，初期支護——間隔15.0～25.0m后進行下臺階開挖，初期支護——施做環(huán)縱向排水及二襯混凝土。

⑤全斷面法。該工程在Ⅱ級圍巖環(huán)境下，采用了全斷面法進行開挖，采用多功能鉆孔臺車結合風動鑿巖機鉆孔、濕式噴混凝土、鑿巖機鉆孔施作系統(tǒng)錨桿進行施工。施工順序為：全斷面開挖——全斷面初期支護——施做環(huán)縱向排水及二襯混凝土。

4 施工排水與不良地質處理

4.1 施工排水

為了保證隧道工程的施工環(huán)境，董奉山隧道在施工地勢為順坡時，主要采用了順坡自然排水方式；在施工地勢為反坡時，通過積水池將掌子面積水抽調至泵站，以此通過抽水系統(tǒng)與泵站將水抽至洞外形成排水系統(tǒng)。此外為了不對環(huán)境造成影響，其抽水均經(jīng)過凈化處理后排放至指定地點。

4.2 不良地質處理

在施工工程當中，因自身規(guī)模較大所以難免存在不良的地質環(huán)境，其具體表現(xiàn)為董奉山隧道左洞進口段處于典型山麓地形，淺埋段距離較長，地形平緩，層間裂隙水豐富，上斷面全風化花崗巖遇水軟化，開挖后泥砂流在掌子面后方形成空腔，水壓力蓄積到一定程度后容易發(fā)生突水、突泥和坍塌等災害，所以需要進行處理，處理措施如下：

①因此隧道段水文地質環(huán)境十分復雜，所以該工程的施工應當重視勘察工作，在未完全明確地質環(huán)境的前提下，堅決不朝前進行施工；

②針對已經(jīng)明確的含水體，因其體量較大、含水量較大，所以施工中采用帷幕注漿的方式對軟弱圍巖進行加固，以此封堵含水體內(nèi)部水，而針對部分用水階段，本隧道軟弱圍巖段掌子面下部圍巖較完整，實際施工中僅對上半斷面采取了周邊帷幕注漿+核心土平孔排水方案；

③針對小型含水體，在對其危險程度進行核查之后，依照核查結果針對存在危險的含水體采用局部鉆孔泄水的輸排、降壓的方式對其進行處理。

5 結語

為了提高我國交通建設的工程水平，本文針對高速公路隧道洞身開挖施工工藝進行了探討，主要結合某實例工程，針對此工程內(nèi)的工藝進行概述。本文首先介紹了高速公路隧道洞身開挖施工工藝常見方法，之后簡述實例工程概況，然后對實例工程主要施工工藝進行了分析，最后探討了其針對施工排水與不良地質的處理措施。