灰岩中大跨度隧道开挖方法探讨

宋志鹏++张扬++王喜悦

摘 要：龙鼎隧道跨度大、进口围岩风化严重、围岩破碎、施工条件复杂。以拱顶下沉位移和水平收敛位移为判定标准，探究了龙鼎隧道在灰岩地质Ⅳ级围岩中CD法开挖的可行性。结果表明龙鼎隧道开挖施工中，拱顶下沉位移和水平收敛位移均是开始快速增大，一定时间后增速变缓趋于稳定，此时围岩变形约为最终变形80%。以此变化趋势可以有效指导二衬施工，加快施工进度。此次探讨可为灰岩中或相似地质中大跨度隧道开挖提供实例参考。

关键词：大跨度 CD法 拱顶下沉位移 水平收敛位移 龙鼎隧道

中图分类号：U451 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0063-02

根据国家“十三五”发展计划，基础设施建设在全国范围内大规模兴起，公路隧道建设已进入大跨度时代。随着跨度的增大，高跨比的减小，对隧道开挖方法的选择提出了更高的考验，然而目前关于公路隧道的开挖方法规定尚不够明确，尤其是对于大跨径公路隧道在不同围岩等级情况下的开挖施工方法尚无具体规范规定。《公路隧道施工技术规范》5.2.2.5规定：单侧壁导坑法适用于围岩较差、跨度大、埋层浅、地表沉降需要控制的场合[1]。但是对于不同隧道开挖方法所适用的跨度大小、围岩等级、埋深值等尚未做出详细规定，隧道的开挖方法对隧道工程施工过程中的安全性具有重要意义，因此，该文依托京沪高速济南连接线龙鼎隧道工程对灰岩中双向八车道隧道在Ⅳ级围岩情况下的开挖方法进行了可行性分析，为我国相似隧道开挖技术提供成功案例，具有一定的参考价值。

龙鼎隧道位于济南市龙鼎大道南端以东1 km处，洞身开挖宽度为19.55 m，开挖高度为13.10 m。隧道总长约2 200 m，属长隧道，为山东省内跨度最大隧道之一。龙鼎隧道是洞口处岩石风化严重，Ⅳ级围岩里程YK7+010-YK7+075。

1 隧道进口开挖施工工艺

参考《公路隧道施工技术规范》规定，小净距四车道大跨度的龙鼎隧道选用CD法，即中隔壁法开挖。

1.1 CD法开挖施工步骤

第一步，施作先行导坑上台阶1超前小导管，预注浆加固围岩。

第二步，开挖先行导坑上台阶1部，循环进尺1.6 m，施作拱架Ⅰ、中隔壁Ⅱ及锚喷砼（上部）。

第三步，落后1部3 m后开挖先行导坑下台阶2，循环进尺1.6m，施作拱架Ⅰ、中隔壁Ⅱ及锚喷砼（下部）。

第四步，施作后行导坑上台阶3超前小导管，预注浆加固围岩。

第五步，落后2部15 m后开挖后行导坑上台阶3部，循环进尺1.6m，施作拱架Ⅰ及锚喷砼（上部）。

第六步，落后3部3 m后开挖后行导坑下台阶4部，循环进尺1.6m，施作拱架Ⅰ及锚喷砼（下部）。

第七步，围岩和初支变形稳定后，一般Ⅳ级围岩距离掌子面90 m以内，逐段拆除中隔壁，铺挂防水板，绑扎二衬钢筋，浇筑二衬混凝土。（如图1）

1.2 CD法开挖施工控制要点

（1）上部导坑的開挖循环进尺控制为1榀钢架间距0.8 m，下部导坑的开挖进尺可依据地质情况适当加大。

（2）中隔壁法施工时，初期支护完成后方可进行下一分部开挖，各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺，应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后再进行另一侧开挖，左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15 m；当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。

（3）中隔壁的拆除应滞后于仰拱，并应于围岩变形稳定后才能进行，一次拆除长度应根据量测数据慎重确定，拆除后应立即施作二次衬砌。

2 隧道开挖围岩稳定判定指标及标准

2.1 围岩稳定判定指标确定

隧道开挖过程中，围岩变形，特别是拱顶位移增加，严重时可直接危及隧道围岩和支护结构的稳定与安全[2]。同时，隧道围岩收敛位移速率是隧道围岩应力状态变化的最直观反映[3]。因此，隧道开挖过程中，采用拱顶下沉位移和水平收敛位移两个指标作为判定依据，判定龙鼎隧道进口Ⅳ级围岩开挖时围岩稳定情况，进而评价开挖方法的可行性。

2.2 围岩稳定性判定标准

（1）根据拱顶沉降位移判定。围岩稳定性首先根据实测位移值不大于隧道的极限位移，将隧道设计的预留变形量作为极限位移。（见表1）

（2）根据位移速率判断。速率大于1 mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护；速率变化在0.2～1.0 mm/d时，应加强观测，做好加固准备；速率小于0.2 mm/d时，围岩基本达到稳定。

（3）根据位移速率变化趋势判断。当围岩位移速率不断下降时，围岩处于稳定状态；当围岩位移速率变化保持不变时，围岩尚不稳定，应加强支护；当围岩位移速率变化上升时，围岩处于危险状态，必须立即停止掘进，采取应急措施。

3 Ⅳ级围岩变形监控量测

龙鼎隧道进口进行开挖时在拱顶和两侧拱脚分别埋设围岩位移观测点，持续进行围岩位移测量记录。

3.1 围岩拱顶沉降位移量测

围岩拱顶沉降位移记录结果见图2。设计预留变形量为140 mm，拱顶沉降位移最大为13.1 mm，远小于设计预留变形值1/3。

3.2 围岩水平收敛位移量测

围岩水平收敛位移记录结果见图3。隧道开挖过程中，各断面围岩水平收敛趋势相同，开始发展较快，于28 d左右开始趋于稳定，水平位移增加速度较小并小于0.2 mm/d。各断面水平收敛位移最大值为8 mm。

4 围岩监控量测变形规律

（1）围岩拱顶沉降和水平收敛均是前期发展迅速，后期缓慢趋于稳定，YK7+010-YK7+075段Ⅳ级围岩1部沉降位移为9.4～13.1 mm。

（2）开挖时，拱顶沉降位移于60 d左右趋于稳定，进入缓慢发展阶段，且发展速度均不大于0.2 mm/d，拱顶沉降持续受各部开挖施工影响。

（3）围岩拱顶下沉位移受围岩破碎程度有关，YK7+040-YK7+050段围岩较破碎，是Ⅳ级围岩段拱顶沉降位移，是加强支护的重点之处。

（4）开挖掘进方向为沿桩号减小方向，围岩水平收敛位移受隧道埋深影响，随埋深增加水平收敛位移终值减小。

（5）隧道开挖初支稳定时间，即二衬施工开始时间，可通过拱顶下沉位移和水平收敛位移趋于稳定的较晚日期进行确定。

5 结语

根据龙鼎隧道进口开挖过程中拱顶下沉位移和水平收敛位移监测结果，可以判定灰岩地质中洞身开挖宽度为19.55 m，开挖高度为13.10 m的大跨度扁平隧道采用CD法进行Ⅳ级围岩的开挖掘进是可行的。同时，隧道二衬施工时间可以根据围岩拱顶下沉位移和水平收敛位移的发展时间提前确定，方便指导施工管理，为今后灰岩地质中隧道施工提供成功的案例参考以及相似的工程经验借鉴。

参考文献

[1] JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2] 程崇国，王新平.对三车道大断面公路隧道问题的思考[J].公路交通技术，2002（3）：74-77.

[3] 范俊萍，王选祥.隧道围岩收敛量测技术的应用[J].山西建筑，2003，29（3）：251-252.