大断面公路隧道洞身开挖施工设计探讨

摘 要：文章结合某高速公路隧道建设工程，重点探讨了台阶分步开挖法在Ⅳ级围岩大断面隧道中的应用，并就对应的开挖支护方案进行分析，望为相关隧道工程建设提供借鉴。

关键词：大断面隧道；洞身开挖；台阶分步法；支护

1 工程概况

某高速公路隧道全长256m，属于短隧道。工程隧道处于平曲线线上，纵坡为-3.0%下坡，起止桩号为：K20+120-K20+376。工程勘测隧道围岩等级主要为Ⅳ级，部分为Ⅲ级围岩，围岩呈弱风化、微风化岩、节理裂隙密集带，岩石呈碎石状压碎结构，拱部无支护时可产生较大坍塌，侧壁有时失去稳定。

2 洞身开挖施工方案

2.1 洞身开挖方法

采用台阶分步法进行施工，台阶长度取5-8m，各部开挖方式如下：（1）上台阶弧形导抗的开挖，应安排工作人员手持YT28高速风钻和简易开挖台架钻孔相结合的施工方式，将孔深控制在0.5-1.0m的范围之内，使用5台风钻，其中2台风钻的主要作用是锚杆孔钻眼，其他3台风钻的主要作用是掌子面钻眼。在施工的过程中也要注意对周边眼间距进行控制，将可接受范围控制在0.5m左右。当出现弧形导坑内围岩较软弱的情况时，可以采取风镐直接开挖的施工方式。（2）上台阶核心土及下部中槽也应该安排工作人员手持风钻钻孔，将孔深保持在1.5-2.0m的范围内，同时将下部中槽和上台阶核心土爆破。（3）马口的施工应该采用跳槽开挖的施工方式，每进尺应控制在0.8-1.5m的范围内。

2.2 开挖支护施工顺序

洞身开挖支护施工顺序为：（1）对洞口的加强段进行超前支护？准42注浆小导管的施工。（2）？准22注浆锚杆1′→开挖上弧形导坑。（3）对拱部锚喷支护，架立起格栅拱。（4）开始挖中核。（5）和下部中槽。（6）跳槽开挖马口。（7）边墙架立格栅拱，锚喷支护。（8）灌注仰拱及铺底。（9）铺设环向盲沟及防水板，整体灌注二次衬砌砼。

2.3 Ⅳ级围岩开挖

根据Ⅳ级围岩地质特点采用微台阶法进行施工，台阶长度取2.0-2.5m，孔眼均采用微差网络爆破。上台阶开挖采用人工手持风钻配合简易开挖台架钻孔，孔深控制在1.5-2.0m，周边眼间距控制在0.5m左右。在对上半断面爆破排烟后，当观察到地质观察围岩稳定性较差时，应该采取在碴堆上反复喷射砼的措施，将喷射厚度依据地质厚度加厚至10-15cm。观察到围岩基本稳定，应该马上进行钢支撑施工和锚杆的工程。在施工下半断面的情况下，应该在格栅拱的各个足部都施工2-3根锚杆，把格栅拱足部和锚杆牢固的焊接起来来保证上部格栅拱的稳定性，把下半断面孔深控制在1.5-2.0m的范围内。当下半断面爆破后，应该马上对初喷射砼，施工锚杆并架设格栅拱。

在施工的过程中应加强对拱顶沉降、地质情况和周边收敛等的监控量测，并且要做好超前地质预报的工作，实时地了解支护和围岩变形情况，保证数据的准确性和及时性，增加工程的安全度。根据之前测得的数据资料，对钻爆设计进行合理的修改，将台阶长度确定下来。爆破应采用弱爆破，严格控制装药量和周边眼间距，把误差降低到最小。

2.4 Ⅲ级围岩开挖

Ⅲ级围岩的开挖应该采用全断面法来施工。把人工手持风钻和自制简易开挖台架钻孔两种措施结合起来，把孔深控制在3.0～3.5m的范围内。爆破采用非电毫秒微差网络起爆，采用直眼掏槽。

3 超前支护与初期支护

3.1 超前注浆小导管

超前小导管的主要作用是隧道超前支护。超前注浆小导管采用？准42中空注浆小导管。拱部环向间距为40cm，外插角为10°。水泥应该使用普通425#水泥，水灰的比例应该在1：1～1：1.2的范围内；当遇有水地带的情况时，应该掺用水玻璃，水泥浆和水玻璃体积比应该控制在1：1～1：0.8的范围内；胶凝时间应该控制在30秒～60秒的范围内。超前注浆工艺应该采用小导管钻孔采用人工手持YT28风钻配简易开挖台架钻孔的施工方法，采用？准80钻头，每次施作超前注浆小导管采用5台风钻从两拱脚和拱顶开始钻孔。安设完导管之后，从两端朝拱顶注浆。当相邻两孔串浆时，实施跳管注浆，注浆压力控制在0.5-1.5MPa的范围内，从到达压力值时持续15分钟时就可以停止注浆。

3.2 初期支护施工

施工初期的支护施工流程：初喷不小于3～5cm厚封闭砼→钻锚杆孔→设置锚杆及注浆→安设钢支撑→复喷砼至设计厚度。

3.2.1 喷射砼。隧道开挖后应该马上对岩面喷射砼，防止岩体出现松弛的情况。隧道喷射砼施工采用干喷法，喷射混凝土采用C20混凝土，Ⅳ级围岩段喷射23cm厚砼，Ⅲ级围岩段喷射10cm厚砼。在施工开始之前应该先送风，然后打开速凝剂也可以再加入定量防腐剂，紧接着进料。应该依据受喷面部位和岩面光滑潮湿的实时情况，合理地调节风压和速凝剂掺量，应该以使弹量的次数最少为标准。

首先要埋设标志或利用锚杆外露长度来控制喷射混凝土的厚度。然后应该喷射混凝土，喷射过程该应分段、分片进行，并按照由下而上顺序进行施工，如果遇到岩面有较大凹洼的情况时，应该先喷凹处找平。后一层喷射应该在前一层混凝土终凝后实施，当终凝后间隔超过1小时再次喷射时，应该用风或水对受喷面进行清洗。喷嘴应与受喷面垂直且与受喷面保持1.0～1.5m的距离，应该按规定洒水养护来保证新喷射混凝土的耐久性和承载能力。

3.2.2 锚杆。系统锚杆型号采用？准25普通砂浆锚杆，Ⅳ级围岩段L=3.0m，@100cm×100cm；Ⅲ级围岩段L=2.5m，@130×110cm。安装锚杆前，应首先核实对锚杆的位置、方向、孔深、杆体及垫圈等进行检查与核实，保证锚杆达到设计和规范的要求，锚杆孔的钻孔深度误差应该控制在50mm以内，孔位允许偏差控制在±15mm，为方便安装托板，应该保证保证锚杆的外露端长度为100mm。用高压风清除孔内积水和残余物，保证锚杆顺利。为保证注浆饱满，止浆塞应该密贴孔口。为保证锚杆支护效果，锚杆外端挂设？准6.5钢筋网。

3.3 洞身衬砌

洞身衬砌采用的是自行式全断面液压衬砌台车的方法，每节段长度为12m，洞外设置自动计量拌合站拌制砼，由砼搅拌运输车负责运送。使用HBT60B型砼输送泵灌注。附着式振动器插入捣固器捣固相配合，墙拱一次灌注完成。为使隧道拥有良好的整体承载能力，有坚固的承载结构，施工中应额外注意两方面的内容：一方面，在有仰拱地段，仰拱开挖操作应超前于衬砌施工。另一方面，在无仰拱地段先施工调平层，调平层的施工应分两次进行，先施工一股车道，待强度达到标准后，再对另一股车道进行施工。

4 预防隧道塌方的措施

为了保证工程的安全进行，要求隧道开挖必须及时采取应急措施，防止塌方的发生。（1）爆破开挖后应马上完成对开挖轮廓面的初喷工作。（2）应根据现场地质条件对围岩中的节理密集带、小断层带进行支护。（3）在控制对爆破震动时，应该考虑震动对围岩中局部节理密集带和软弱带产生的影响。（4）应该对先行洞作好地质编录工作，以便于后行洞支护参数和开挖方式的选取进行指导。

5 结束语

相比其他隧道开发方法，台阶分部开挖发具有最强的安全性与稳定性，但其所对应的施工难度较高，施工工序也相对比较复杂。台阶分部开挖方法因其功能的优异性，在众多隧道开挖中取得了良好的应用效果，施工中并未出现塌方等事故，隧道建成后围岩支护体稳定性较高，围岩变形量在安全允许范围内，工程效果优异。

参考文献

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作者简介：王帆（1981，11-），男，湖南浏阳人，毕业于辽宁工程技术大学，本科，助理工程师，研究方向：试验检测。