二臺階開挖方法在雙峰隧道洞身開挖中的應(yīng)用分析

趙會強(qiáng)

（中鐵十八局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，天津 300308）

在隧道洞身開挖中經(jīng)常會用到二臺階開挖方法，需要多步開挖，并多次爆破才能順利完成開挖任務(wù)。在具體開挖過程中，上部臺階鉆眼和下部鉆眼出碴可同時進(jìn)行，既能降低對隧道圍巖土層造成的擾動，提升其穩(wěn)定性，也可以降低人工施工勞動強(qiáng)度，提升作業(yè)效率[1]。但在具體施工中，需要進(jìn)行多次應(yīng)力再分配，因此在具體開挖過程中，隧道圍巖變形時刻存在，任何一個環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會對施工的安全性造成較大威脅，如果情況嚴(yán)重，甚至?xí)l(fā)大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害[2]。固此，工程安全尤為重要，有必要進(jìn)一步探討二臺階開挖方法在隧道洞身開挖中的應(yīng)用要點(diǎn)及注意的事項?；诖耍疚囊噪p峰隧道工程為參照，借鑒其施工經(jīng)驗，做了如下探討。

一、工程概述

圖1 雙峰隧道總體施工方案圖

宜豐縣雙峰隧道為分離式隧道,其起止樁號為ZK15+195-ZK18+475/YK15+190-YK18+450,隧道長度為3280/3260米(本標(biāo)段范圍為ZK15+195-ZK16+500/YK15+190-YK16+500,長度為1305/1310米),凈空寬×高為10.25×5米。按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定和要求，本隧道工程屬于特長隧道，為滿足施工要求，采用了燈光照明，通風(fēng)方式選擇了高效機(jī)械通風(fēng)，為施工提供了便利的條件。從走向上來看，本隧道呈現(xiàn)東向走向，縱坡坡度在0.5%～1.45%。洞門形式均為削竹式。其中，左線Ⅲ級圍巖180m,占比例30.1%；Ⅳ級圍巖730m，占比例49.9%；Ⅴ級圍巖375m,占比例20.0%。右線Ⅲ級圍巖240m,占比例28.5%；Ⅳ級圍巖670m，占比例52.0%；Ⅴ級圍巖385m,占比例19.5%。

二、雙峰隧道總體施工方案分析

雙峰隧道總體施工方案圖如圖1所示。

隧道洞口執(zhí)行“早進(jìn)晚出”原則，隧道洞口段先行施作排水系統(tǒng)，再行分層開挖，并隨挖隨護(hù)，洞口臨時坡面采用噴錨支護(hù)。洞口段超前支護(hù)完成后，方可開始正洞的施工。隧道洞身開挖時為保證施工效率和安全性，在循環(huán)開挖時，上部臺階圍巖支護(hù)時采用1榀鋼架；邊墻Ⅴ級圍巖均不得大于2榀鋼架，仰拱開挖每循環(huán)進(jìn)尺不得大于3m，開挖前完成拱腳墻腳鋼架鎖腳錨桿。隧道開挖完成后，要立即做支護(hù)處理，并封閉成環(huán)，通過濕噴法做初次襯砌。襯砌過程中，要嚴(yán)格落實工法要求和工序間隔規(guī)定，并遵循“隧底超前施作、拱墻襯砌一次立模澆筑”的原則，軟弱及不良地質(zhì)地段，應(yīng)及時加強(qiáng)支護(hù)和盡早施作加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)[3]。襯砌和撐子面之間的距離要合理控制，等初期支護(hù)徹底穩(wěn)定之后，再進(jìn)行拱墻襯砌。

三、二臺階開挖方法在雙峰隧道洞身開挖中的應(yīng)用分析

（一）開挖

雙峰隧道工程土質(zhì)結(jié)構(gòu)相對比較緊密，壁立性比較好，具有很強(qiáng)的自穩(wěn)定性，局部存在坍掉塊的可能。因此，在具體開挖過程中，要做到施工工序緊湊，封閉及時，否則易發(fā)生噴層開裂或者局部掉塊問題（本工程二臺階開挖及安全紅線步距圖示意圖如圖2所示）。

利用上一循環(huán)架立的鋼架施做隧道超前支護(hù)。弱爆破開挖①部，施做①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土，架立鋼架。為保證開挖質(zhì)量和安全性，還要合理設(shè)置鎖腳鋼管，并進(jìn)行錨桿支護(hù)。確認(rèn)達(dá)到設(shè)計要求之后，再復(fù)噴混凝土到設(shè)計厚度。如果情況特殊，還可以在①部位置豎向支撐，在距離①部位置一定的距離，通過弱爆破的方式開挖，②部導(dǎo)坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，重復(fù)①部開挖工作[4]。進(jìn)行仰拱部分混凝土灌注，及隧道底部充填施工，按照施工現(xiàn)場測量的結(jié)果，通過襯砌臺車進(jìn)行一次性澆筑。從中可以看出，二臺階開挖法的關(guān)鍵為：嚴(yán)格控制臺階開挖的長度，開挖完成之后立即進(jìn)行支護(hù)操作，并及時封閉成環(huán)，然后跟進(jìn)仰拱，及時完成二次襯砌。

圖2 二臺階開挖及安全紅線步距圖示意圖

（二）初期支護(hù)

1.初噴混凝土

噴混凝土也要分兩次進(jìn)行，每噴射4.0cm立即封閉圍巖，初噴需要在開挖之后2小時內(nèi)全部完成，避免風(fēng)化造成大面積掉塊問題。噴射混凝土?xí)r采用專用的濕噴機(jī)，混凝土在洞外集中拌合，通過運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅鎇5]。其中，上導(dǎo)坑采用提前挖好噴射平臺進(jìn)行噴射作業(yè)，而下導(dǎo)坑則采用自制作業(yè)平臺進(jìn)行噴射，保證噴射方向和噴射面的垂直度。

2.超前長管棚施工

長管棚超前支護(hù)是本工程采用的主要支護(hù)方法。為保證施工質(zhì)量，合理布置超前長管棚施工的導(dǎo)向墻，本工程采用C30混凝土來制作導(dǎo)向墻，并在導(dǎo)向墻內(nèi)部設(shè)置了33榀工字鋼架，鋼架外緣按設(shè)計間距和角度焊接導(dǎo)向管[6]。

長管棚隔孔鉆設(shè)，先鉆設(shè)奇數(shù)號注漿花管管棚，注漿后再鉆設(shè)偶數(shù)號注漿花管管棚。為保證鉆孔方向準(zhǔn)確，在鉆進(jìn)過程中采用光耙測斜儀量測鉆孔的偏斜度。鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長15cm，鋼管接頭相互錯開。

3.錨桿施工

普通砂漿錨桿桿體采用高強(qiáng)全螺紋實心桿體，可任意切割和連接，方便狹小空間施工，長度根據(jù)圍巖狀況及設(shè)計確定，系統(tǒng)錨桿根據(jù)設(shè)計要求布置。砂漿強(qiáng)度等級不低于M20，砂灰比宜為1∶1～1∶2（重量比），水灰比宜為0.38～0.45。砂漿拌合均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿應(yīng)在初凝前用完[7]。注漿過程中，嚴(yán)格控制注漿管和孔底之間的距離，避免發(fā)生沉渣上浮問題，控制在5～10cm之間即可，隨著注漿的速度，緩慢提升注漿管，注漿管拔出后如果發(fā)生溢流問題，要及時做補(bǔ)漿處理，桿體插入孔內(nèi)長度不應(yīng)小于設(shè)計長度的95%。錨桿安裝后，不得隨意敲擊。

4.復(fù)噴混凝土

復(fù)噴射混凝土同樣采用濕噴法施工，錨桿支護(hù)完成之后，應(yīng)立即噴射混凝土，盡快封閉巖面[8]。施工中，嚴(yán)控原材進(jìn)場檢驗，優(yōu)化配合比，嚴(yán)格混凝土攪拌，加強(qiáng)拌合物性能試驗頻率，正確選用速凝劑及優(yōu)化摻量，加強(qiáng)噴射混凝土的養(yǎng)護(hù)，以保證噴射混凝土的強(qiáng)度。

（三）仰拱

從仰拱開挖到支護(hù)完成之間，隧道洞身處于最不穩(wěn)定狀態(tài)，開挖仰拱會產(chǎn)生邊墻內(nèi)擠或者下沉問題。如果隧道工程圍巖條件比較差，則要減少一次開挖長度，并促使初期支護(hù)快速封閉。仰拱施工和掘進(jìn)施工可平行進(jìn)行，為更好地解決仰拱施工和其他工序施工之間存在的干擾問題，可采用仰拱便橋，構(gòu)建立體化交叉施工體系。在應(yīng)用二臺階開挖法時，仰拱開挖距離到工作面的距離可控制在18m之內(nèi)，二次襯砌工作面的距離可控制在40m之內(nèi)，大大提升了二臺階開挖的安全性[9](具體二臺階臨時仰拱法橫斷面圖見圖3)。

圖3 二臺階臨時仰拱法工序橫斷面圖

四、施工體會

第一，在隧道洞身開挖過程中，必須做好保護(hù)工作，嚴(yán)防洞室坍塌，最好選擇利于快速施工的支護(hù)體系，必要情況下可做二次襯砌。

第二，在隧道洞身開挖時，要盡量降低對圍巖造成的擾動，針對地質(zhì)條件比較差的地段，可采用微震爆破技術(shù)，并做好減震輔助工作。必要時可以采取一定的加固措施，以保證巖層的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，確保洞身開挖工作安全高效地完成[10]。

第三，上臺階開挖時極易引起拱頂變形。因此，在具體施工中,可采用二次襯砌、錨桿支護(hù)、超前長管棚施工等來抑制拱頂圍巖變形。

綜上所述，本文分析了二臺階開挖方法在雙峰隧道洞身開挖中的應(yīng)用。分析結(jié)果表明，二臺階開挖方法是隧道洞身開挖的主要方法之一。在具體施工中，為保證施工質(zhì)量，降低安全隱患，需要切實做好支護(hù)工作，并選擇震動較小的爆破技術(shù)，降低對圍巖造成的擾動。為今后類似工程施工提供了良好的參考及借鑒。