在软土地段，用“斜面插板法”进行隧道开挖

黄嘉润

摘 要：隧道进出口、浅埋段、断层破碎带或局部的流沙地段，通常围岩软弱，地下水丰富，在开挖过程中如果支护不当，极易发生塌方冒顶事故。笔者在多年实践中发现，在地下水丰富的软土地段，必须采取管棚等措施先护后挖，开挖后及时使用钢拱架等措施进行强力支护；但是，采取了上述支护措施后，塌方事故仍然时有发生，究其原因，一是隧道开挖时通常将掌子面挖成垂直面，掌子面坍塌后引起管棚失稳而导致塌方；二是地下水引排不畅，导致管棚上方水压力过大而将管棚压垮。笔者在软土地段改用斜面开挖法，并改用槽钢（朝上）作插板进行超前支护（兼排水），简单而又安全有效地解决了问题。

关键词：隧道；软土地段；斜面开挖；槽钢；插板支护

中图分类号：U456.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0116-01

1990～2010年间，笔者先后在东深供水三期扩建工程雁田隧洞、东深供水改造工程走马岗隧洞、越南广南省昆江2水电站引水隧洞、广东省乐昌峡水利枢纽导流隧洞等工程中从事隧道开挖技术工作，在多年实践中，笔者体会到，隧道进出口、浅埋段和斷层破碎带，其共同点，是在软土围岩中进行隧道开挖。软土地段属于V类围岩，像豆腐般娇嫩，没有地下水还好，有地下水时通常是边挖边塌，甚至不挖也塌。其施工难点有二：

（1）掌子面塌方。

（2）拱顶与侧面塌方。

笔者在施工中使用“斜面开挖法”和“插板支护法”，能较好地解决这个问题，兹简介如下，并请有关专家指正。

1 软土地段、掌子面塌方的特点与对策（斜面开挖法）

隧道开挖正面，俗称掌子面。在隧道开挖中，掌子面通常开挖成垂直面。为什么掌子面要开挖成垂直面呢，没人深究。

笔者发现，在软土地段，掌子面若开挖成垂直面，必然塌方。而掌子面又不宜支护，因为下一步还要继续开挖。那么，最简单而且最有效的办法，就是将掌子面开挖成斜面——这个方法，俗称隧道“斜面开挖法”。

据笔者经验，在硬土地段，无地下水时，掌子面宜保持1：0.5～1：0.7的坡度；有地下水时，掌子面宜保持1：0.7～1：1.0的坡度。

在软土地段，无地下水时，掌子面宜保持1：0.7～1：1.0的坡度；有地下水时，掌子面宜保持1：1.0～1：1.5的坡度。这样做可以保持掌子面的临时稳定，使拱顶与侧面的支护施工有充裕的时间。

斜面开挖法的最大缺点，就是钢拱架要紧贴掌子面倾斜安装，才能为已开挖出来的拱顶与侧面提供及时支护，而钢拱架倾斜安装是一种离经叛道的做法，直观感觉就是倾斜的钢拱架本身处于一种不稳定状态，所以参建各方往往难于接受。实际上，在软土地段，通常使用钢拱架、超前锚杆（或插板）、径向（横向）锚杆与喷砼进行联合支护，钢拱架虽然倾斜安装，但与插板（或超前锚杆）焊接后，是稳定的。为增强钢拱架的稳定性，可用槽钢做斜撑，与钢拱架用电焊连成一体。如图1所示。

2 软土地段、拱顶与侧面塌方的特点与对策（插板支护）

软土地段地质娇嫩，在隧道开挖时必须先护后挖，通常要用超前锚杆、超前管棚、超前固结灌浆等措施进行超前支护，以防止拱顶或侧面出现塌方。

先护后挖的观点是正确的。问题在于，当有地下水时，软土变成泥浆，用超前锚杆（或超前管棚）往往支护不住；用超前固结灌浆，效果也很差。

笔者在实践中，使用“插板法”来代替超前锚杆，效果不错。做法如下：

（1）插板制作。插板用8#槽钢制作，插板长度要大于2倍钢拱架的间距，如钢拱架的间距为1m，则插板长度为2.4m。插板头部切割成尖形即可。如图2所示。

（2）插板安装。插板安装在钢拱架上方，凹面朝上，用液压法压入（或用锤击法打入）。用液压法时，常将挖掘机卸去挖斗，借用挖掘机前臂油缸来顶入。插板压入后，插板与钢拱架之间用电焊连接。

插板安装坡度为：

插板安装坡度=（拱架的钢梁高度+插板槽钢高度）/拱架间距

施工中插板常用8#槽钢制作，钢拱架常用20#工字钢制作，当钢拱架的间距为1m时，插板安装坡度为1：0.25。插板安装后，进行隧道开挖时，插板下方的岩土必然塌落，相应的隧道技术性超挖厚度为0.25m，超挖部位宜用喷砼回填。

3 软土段隧道开挖的工艺流程（斜面插板法）

3.1 开洞口的工艺流程

（1）坡面修整——（2）在坡面浅挖洞口——（3）安装首个钢拱架（斜放在坡面）——（4）安装插板（代替超前锚杆）、并与钢拱架焊接——（5）钢拱架周边喷砼加固。

3.2 软土段隧道正常开挖的工艺流程

（1）挖掘机开挖（注意掌子面保持斜面）——（2）隧道周边规格修整（注意洞型、尺寸、轴线、标高要符合设计要求）——（3）安装钢拱架（斜放在掌子面），并焊接斜撑——（4）安装下一排的插板、并与钢拱架焊接——（5）径向锚杆钻孔、注浆、插锚，并与钢拱架焊接——（6）钢拱架之间（包括拱上超挖部位）用喷砼填满。

4 施工要点

用斜面插板法，在软土地段进行隧道开挖，其施工要点是：

（1）要先护后挖，使用插板（槽钢制作）作超前支护。

（2）用挖掘机开挖，掌子面要挖成斜面，并保持斜层推进；要遵循短进尺、勤支护的原则，视地质条件，每个循环开挖进尺控制在0.5～1.0m之间，并与钢拱架的间距相等。

（3）开挖后及时用钢拱架、径向锚杆以及喷砼等进行联合支护。要注意，插板和径向锚杆的排距，要与钢拱架的间距相等，如不相等，要通过监理提请设计单位酌情修改。要注意插板、钢拱架、径向锚杆之间要电焊连接。

（4）由于钢拱架是倾斜安装，当隧道（或隧道上部）为圆形时，钢拱架（或上部钢拱架）应变为椭圆形。

（5）为增强钢拱架的稳定性，钢拱架之间宜用槽钢作斜撑，斜撑与钢拱架之间要电焊连接。软土地段结束时，最后三个钢拱架应逐步调整到垂直状态。