隧洞施工经验

林海英

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

在隧洞工程施工时根据围岩类别、设计断面的大小等因素确定施工方案。对于断面小、围岩较好的隧洞，通常选用全断面开挖；对于中小断面、围岩差的隧洞采用短台阶法开挖；对于断面大、围岩较好的隧洞可进行长台阶、分层开挖。在隧洞支护时，根据围岩类别的不同采用喷素混凝土、挂网锚喷、超前锚固、管棚、钢支撑等措施进行安全支护。

1 地质围岩结构、自稳能力与塌方部位之间的关系

围岩岩性走向、倾向、倾角为组成岩石产状的“三要素”。主要是洞轴线与岩层走向的关系，决定了隧洞塌方的部位。围岩类别不同，自稳能力也不同，超过岩体荷载自稳能力时就出现塌方，所以选择合适有效的施工方案是确保工程安全和经济效益的关键。

（1）当岩层为水平、岩石Ⅲ类时，水平岩层的自稳能力在七天至一个月之间，安全弱点在两拱肩容易引起塌方。在自稳期限内对安全弱点进行锚护支护。若忽视了对薄弱环节锚护处理，一旦超过围岩自稳期限，两拱肩就开始塌方，弧拱变成平面，进一步引发洞顶的大面积塌方和冒顶。特别是洞径较大的隧洞，处理难度大，对工程费用和工期都不利。

（2）当岩层为直立、岩石Ⅲ类时，围岩夹制作用最小，而自稳能力最强，有利于洞挖爆破及安全作业。当岩层走向与洞轴线一致时，岩体自稳能力变弱，对洞挖爆破及安全作业不利。这类围岩的塌方规律是，先从洞腰两边沿洞中线方向剥落，洞顶部分跨度变大，随着洞顶的压力增大，自稳能力的减小，就会出现塌方和冒顶。根据这一特性，在有效时间内对塌方部位进行锚固处理，从而有效预防洞顶的塌方和冒顶。

（3）当Ⅲ类岩层向右倾倒60°～80°时，洞腰左侧向洞中线方向挤出，岩层折断，使右拱肩顺岩层滑塌。这类岩层走向的隧洞锚护重点是洞腰左侧和右拱肩。相反，向左倾倒60°～80°时，锚护重点是洞腰右侧和左拱肩。

2 各类围岩自稳期限与安全支护

隧洞开挖后，暴露的岩体类别决定自稳能力的强弱和稳定时间。水利工程中的围岩类别分五类即：Ⅰ类围岩完整、坚硬，开挖成形后自稳时间在一年以上。Ⅴ类围岩最软，一般比较破碎，自稳时间最短，在1 h左右。

（1）在Ⅰ类围岩，经过光爆洞挖施工后，岩体自稳在一年以上。一般情况下，不需要安全支护。

（2）Ⅱ类围岩稍差，自稳时间在半年左右。在进行支护时一般选用锚杆加固，支护参数常为：φ22～φ25钢筋，长度3.0 m，孔距1.0～1.5 m，排距2.0 m，梅花型布置。

（3）Ⅲ类围岩自稳时间在七天至一个月内。支护时除按Ⅱ类围岩锚杆加固外，在岩石比较完整的部位喷素混凝土，一般在拱顶部分；对岩石破碎或渗水洞段要锚喷挂网处理，支护参数常为：φ8网格15 cm×15 cm，与锚杆外露部分焊接，再喷混凝土。

（4）Ⅳ类围岩比较软弱，岩体自稳时间在几个小时至一天以内。支护时除按Ⅲ类围岩锚喷挂网外，对岩石破碎或渗水洞段进行钢支撑支护。支护参数常为：φ8钢筋网10 cm×10 cm；钢支撑（16～20 mm 工字钢）间距 0.8～1.0 m，钢支撑之间连接筋（φ22～φ25）间距1.0 m；喷混凝土厚度20 cm。

（5）Ⅴ类围岩是最软弱、易风化的岩体。自稳时间在1 h以内。若存在倾倒、破碎、有地下水的外界因素，自稳极差。以“短进尺，强封闭”的原则施工；在开挖前先进行超前锚杆锚固处理，采取小炮松动开挖技术，拱肩以上部位多用人工处理，循环进尺80～100 cm。支护时除按Ⅳ类围岩支护外，要加强支护参数，调整钢支撑间距0.6～0.8 m,超前锚杆选用φ22～φ25钢筋，长度3.0 m左右，孔距0.4 m，环距2.0 m。在倾倒、破碎、有地下水等外界因素的Ⅴ类岩体段支护时，要注意排水泄压处理，与岩面之间要回填密实。

3 隧洞塌方处理措施

（1）塌方高度超过1.0 m，为减轻拱架压力，在拱架上加钢支撑，拱架与钢支撑之间、钢支撑与钢支撑之间、钢支撑与前一榀拱架之间、拱架与拱架之间焊接成相互受力的整体，需紧贴岩石面挂网，喷混凝土封闭。

（2）塌方高度超过2.0 m，要先制止次生塌方发生，特别注意引发冒顶事件。根据塌方断面形状，采用不同形式支护。利用梯加钢支撑的方法紧顶到岩石面，焊接成整体，挂网喷护封闭。这种双层钢支撑的要点，是要从第二层拱架上把压力引伸到洞壁上去，压力向外伸展，减小拱架压力。另一种支撑方式，是在钢拱架上制作摆方木的平台，方木呈“井”或“田”字形，各端头点顶紧周边岩石，扒钉连接成整体，再喷射混凝土封闭回填。

4 各类围岩洞挖施工方法

隧洞开挖根据岩石的类别、自稳能力和塌方部位确定施工方法。

（1）洞径在7 m左右，自稳时间在半年以内的Ⅰ、Ⅱ类围岩，选择全断面一次开挖掘进较为经济合理。

（2）Ⅲ类围岩开挖时，为减小爆破对围岩的破坏，采用先中间、后周边的全断面掘进法。以光爆位置作为保护层，中间光爆能把最小抵抗线引向内圈。然后中间与周边光爆同时进行，光爆半孔完好率可达到80%以上。

（3）Ⅳ类围岩开挖时，采用台阶式的分层开挖法。分层降低掌子面的高度，减小了面积，也就相应地降低了塌方的几率。先进行上半部分开挖与安全支护，确保洞顶安全后再进行下半部分开挖和安全支护。

（4）Ⅴ类围岩开挖要以“短进尺、弱爆破、强支护”的原则；在开挖前先进行超前锚杆锚固处理，采取小炮松动开挖技术，拱肩以上部位多用人工开挖，循环进尺80～100 cm。根据Ⅴ类围岩的自稳时效对安全支护的要求，全断面掘进成功几率较低。因掌子面高、面积大，很难控制塌方引发的冒顶。分层开挖，每次掘进的深度只有0.8～1.0 m，不利于钢支撑的施工。错台2～3 m，上下同时掘进，是安全可靠、方便支撑、减少工序的开挖方式，是Ⅴ类岩石首选的洞挖方式。

5 结束语

各类围岩的施工方法、支护方案及塌方的预防与处理措施，在省内多数隧洞工程上进行施工实例的论证，认真总结隧洞围岩的特征和施工经验，对隧洞工程的施工安全管理提供合理有效的实践依据，使工程做到保安全、促效益。