大断面隧道施工与支护技术研究

黄 毅

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)

1 工程概况

1.1 曹河隧道

曹河隧道起讫桩号为ZK13 + 772～ZK16 + 930、YK113 +754～YK16 +965，位于不设超高的曲线上，洞门进出口为端墙式。左线有Ⅴ级围岩88 m，Ⅳ级围岩470 m，Ⅲ级围岩2 563.2 m;右线有Ⅴ级围岩111 m，Ⅳ级围岩500 m，Ⅲ级围岩2 604.3 mm。

1.2 狮子凸隧道

狮子凸隧道起讫桩号为ZK17 + 169～ZK17 + 336、YK117 +170～YK17 +326，位于不设超高的曲线上，洞门进口为削竹式，出口洞门为端墙式。左线有Ⅴ级围岩72 m，Ⅳ级围岩40 m，Ⅲ级围岩55 m;右线有Ⅴ级围岩66 m，Ⅳ级围岩40 m，Ⅲ级围岩50 mm。

2 洞口及洞身的施工技术

2.1 进洞施工

大断面隧道的洞口施工，应尽量避开雨季，而且在开展施工之前应确保排水系统已完善。曹河、狮子凸隧道的洞口施工方案，运用由上至下、分层开挖与支护的方法。为了提高施工的工作效率，曹河、狮子凸隧道的明洞与仰坡开挖工作需在同等时段进行，而且采取整体浇筑的混凝土施工方式。在进洞的过程中，运用超前管棚和混凝土加固的方式完成，在施工作业时，将钢质支架紧紧贴在断面位置上，形成钢拱架，并在断面打入钢管，最后进行混凝土浇筑。

2.2 明洞施工

在开展明洞施工之前，现在洞口的边坡位置挖出一条截水沟，将此截水沟与隧道外路面上的排水系统进行连接。曹河、狮子凸隧道的明洞开挖运用从里至外、由上至下的分层施工方法，在开挖的深度达到标准以后，对开挖完成段的路基进行适当的处理，处理完成且检验合格以后，立即安装模板并对钢筋进行绑扎，钢筋绑扎完毕以后，搭建隧道明洞的外部模板，最后进行混凝土浇筑。待混凝土的强度已满足相关要求以后，安装防水板。隧道明洞回填用土、石分层并夯实的方法，在回填的过程中，要确保洞口与仰坡能够很好的搭接。

2.3 大断面隧道的洞身开挖

由于曹河、狮子凸隧道属于典型的大断面隧道，所以其截面是很大的，使得隧道在逐渐开挖的过程中应力分布较为不均衡，隧道底端应力过于集中，拱顶难以维持平衡，因此在实际情况中，隧道周边土质发生改变的现象时有发生。为了杜绝隧道施工中出现安全事故，提高安全性，在施工时应结合各项影响因素，制定最佳的施工方案。对于曹河、狮子凸隧道而言，由于隧道地层的岩性相对较好，所以运用了台阶洞身开法进行施工。

3 大断面隧道支护技术

3.1 超前支护

(1)大管棚

曹河、狮子凸隧道的地下水资源较为丰富且断层较多，因此运用大管棚法对隧道实施超前支护，在隧道开挖的工作面建立一定尺寸的棚幕和壳体，以此得到超前支护的目的，确保施工安全，有效减少坍塌事故的发生几率。大管棚钢花管的结构如图1 所示。大管棚由Φ108 热轧无缝钢管组成，并在管身进行钻孔，每个孔洞之间的距离为0.5 m，孔洞的直径维持在6～8 mm 以内，按照梅花分布原则进行钻孔，从而提高混凝土在管棚中的渗透作用。钻孔完成以后，将事先处理妥当的钢管全部插入，使用水泥对管口的周边进行封堵，待水泥强度达到标准以后，将水泥混凝土压进钢管中，管内的混凝土会由孔洞向四周渗透，从而到达加固的目的。

图1 大管棚钢花管结构示意图

(2)超前小导管

首先，运用混凝土喷射方法对隧道的开挖面实施封闭。封闭完成以后，需在水泥混凝土面上进行钻孔，孔洞之间的距离不得超过0.4 m，直径应保持在20 mm 左右，以备小导管插入，小导管为40 mm 热轧无缝钢管，为了便于安装，小导管的顶端已经被处理成锥形。小导管安装完毕以后，向管内灌满水泥混凝土，随时检验水泥混凝土的灌注效果，以免出现灌浆不合理现象。

3.2 初期支护

(1)混凝土喷射

在曹河、狮子凸隧道的初期支护施工过程中，为了到达更好的支护效果，在混凝土喷射时运用湿喷法，所用水泥混凝土的标号是32.5 常规硅酸盐水泥，为了进一步提高水泥混凝土的凝结性能，在喷射之前向水泥混凝土中添加了一定量的速凝剂，以此加快凝结。在所有准备工作均完成以后，将水泥混凝土直接喷射在隧道的内壁上。

(2)锚杆施工

锚杆具有极强的支撑和固定的作用，在洞室开挖其预喷混凝土均已经完成且检验合格之后，需在指定位置尽早安装锚杆。本工程运用具有极高抗张力的热轧无缝钢管作为锚杆，并采取自钻式的安装方法。首先在确定所用锚杆以后，在锚杆的一端加设钻头，使其在钻入的过程中完成安装，安装完成以后，从底端开始向其内部灌注混凝土，完成锚杆施工。

(3)钢拱架

钢拱架需在室外加工成型之后，在进行安装和使用。为了保障安全，应严格控制实际偏差，对于本工程而言，钢拱架翘曲的误差不得超出20 mm。分片形式的钢拱架需在隧道的开挖位置进行组装，成型以后利用螺栓进行固定，然后在对其实施安装，在本工程中，为了增加钢拱架的牢固性，安装完以后在所有接头位置都安装了一个锚杆，此锚杆是由砂浆制成。

(4)钢筋网

将成型配套的钢筋网焊接在钢支撑的外端焊点上，在安装完成以后认真检查，防止漏焊，以此提高隧道初期支护的安全性。

(5)防水层

本工程要求在水泥混凝土的喷射层和衬砌层中间安装防水层，从而防止外界的水分渗入到隧道中。本工程选用的防水层由土工布和塑料板组成，在安装防水层之前，对安装面进行细致的抹平工作，确保不存在明显的尖锐和凸起之后在进行安装。

3 大断面隧道混凝土衬砌

在隧道初期支护结束以后，应对其进行混凝土衬砌。衬砌需在围岩量测净空转变速度在0.2 mm/d 以内时进行施工，此外围岩的实际形变量必须已经完成设计要求的八成以上，而且存在十分明显的减弱趋势才能进行衬砌施工。本工程在衬砌的过程中，运用衬砌台车完成，工艺为水平分层，方法为混凝土对称浇筑。在衬砌完成后10～20 h 内，应对其实施养生，本工程的实际养生时间为15 d。在实际衬砌工作中，为了便于后续施工，预留了一定数量的孔槽，为隧道内照明设备、通风设备的安装与使用创造了很便利的条件。

4 大断面隧道突水状况的预防与处理

4.1 注重地质预报

在大断面隧道施工中，相关人员应对地质预报引起足够的重视。本工程使用钻孔车进行了一系列的钻探任务，掌握了地质条件等全方位信息，进一步明确了施工的重点和要点，为质量控制和安全施工打下了深厚的基础。为了预防突水状况，本工程的实际探水长度确定在7.5 m，隧道没挖5 m，就预留2.5 m 的距离用于探水。本工程整个施工过程未发生突水状况。

4.2 注浆堵水

本工程施工过程中，发现隧道中的实际涌水量过大，经测量，已经超出了限制，经过及时的分析、研究和组织，工程决定立即对断面进行注浆，以此堵住水分渗入。所选水泥标号为42.5#常规硅酸盐水泥，水泥的凝结时间不固定。通过及时的注浆排水，隧道内的涌水现象得到了很好的改善，此方法的堵水效果显著。

5 总 结

综上所述，大断面隧道的施工难度是很大的，隧道底端较为集中的应力分布使其拱顶也处于十分不稳定的状况，在施工或使用过程中有发生坍塌的危险，一旦发生安全事故，后果将不堪设想。曹河、狮子凸隧道施工中，超前与初期支护技术十分完善、系统，不仅提高了隧道施工的安全性，而且方法简单、效果显著，为后续施工提供了很大的便利。此外，在施工队伍积极的努力与配合之下，工程施工组织与管理也都达到了较高的水平，施工全过程质量控制均达标，使工程顺利完成，并具有极高的经济、社会效益。

［1］杨海芹，李俊才，陈志宁，等.浅埋暗挖隧道施工中纵向地表下沉的规律［J］.南京工业大学学报(自然科学版)，2011，30(3):56－60.

［2］中华人民共和国行业标准.公路隧道设计规范(JTG D70－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.