二台阶开挖方法在双峰隧道洞身开挖中的应用分析

赵会强

（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津 300308）

在隧道洞身开挖中经常会用到二台阶开挖方法，需要多步开挖，并多次爆破才能顺利完成开挖任务。在具体开挖过程中，上部台阶钻眼和下部钻眼出碴可同时进行，既能降低对隧道围岩土层造成的扰动，提升其稳定性，也可以降低人工施工劳动强度，提升作业效率[1]。但在具体施工中，需要进行多次应力再分配，因此在具体开挖过程中，隧道围岩变形时刻存在，任何一个环节控制不当，都会对施工的安全性造成较大威胁，如果情况严重，甚至会引发大规模的地质灾害[2]。固此，工程安全尤为重要，有必要进一步探讨二台阶开挖方法在隧道洞身开挖中的应用要点及注意的事项。基于此，本文以双峰隧道工程为参照，借鉴其施工经验，做了如下探讨。

一、工程概述

图1 双峰隧道总体施工方案图

宜丰县双峰隧道为分离式隧道,其起止桩号为ZK15+195-ZK18+475/YK15+190-YK18+450,隧道长度为3280/3260米(本标段范围为ZK15+195-ZK16+500/YK15+190-YK16+500,长度为1305/1310米),净空宽×高为10.25×5米。按照《公路隧道设计规范》中的规定和要求，本隧道工程属于特长隧道，为满足施工要求，采用了灯光照明，通风方式选择了高效机械通风，为施工提供了便利的条件。从走向上来看，本隧道呈现东向走向，纵坡坡度在0.5%～1.45%。洞门形式均为削竹式。其中，左线Ⅲ级围岩180m,占比例30.1%；Ⅳ级围岩730m，占比例49.9%；Ⅴ级围岩375m,占比例20.0%。右线Ⅲ级围岩240m,占比例28.5%；Ⅳ级围岩670m，占比例52.0%；Ⅴ级围岩385m,占比例19.5%。

二、双峰隧道总体施工方案分析

双峰隧道总体施工方案图如图1所示。

隧道洞口执行“早进晚出”原则，隧道洞口段先行施作排水系统，再行分层开挖，并随挖随护，洞口临时坡面采用喷锚支护。洞口段超前支护完成后，方可开始正洞的施工。隧道洞身开挖时为保证施工效率和安全性，在循环开挖时，上部台阶围岩支护时采用1榀钢架；边墙Ⅴ级围岩均不得大于2榀钢架，仰拱开挖每循环进尺不得大于3m，开挖前完成拱脚墙脚钢架锁脚锚杆。隧道开挖完成后，要立即做支护处理，并封闭成环，通过湿喷法做初次衬砌。衬砌过程中，要严格落实工法要求和工序间隔规定，并遵循“隧底超前施作、拱墙衬砌一次立模浇筑”的原则，软弱及不良地质地段，应及时加强支护和尽早施作加强衬砌结构[3]。衬砌和撑子面之间的距离要合理控制，等初期支护彻底稳定之后，再进行拱墙衬砌。

三、二台阶开挖方法在双峰隧道洞身开挖中的应用分析

（一）开挖

双峰隧道工程土质结构相对比较紧密，壁立性比较好，具有很强的自稳定性，局部存在坍掉块的可能。因此，在具体开挖过程中，要做到施工工序紧凑，封闭及时，否则易发生喷层开裂或者局部掉块问题（本工程二台阶开挖及安全红线步距图示意图如图2所示）。

利用上一循环架立的钢架施做隧道超前支护。弱爆破开挖①部，施做①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架。为保证开挖质量和安全性，还要合理设置锁脚钢管，并进行锚杆支护。确认达到设计要求之后，再复喷混凝土到设计厚度。如果情况特殊，还可以在①部位置竖向支撑，在距离①部位置一定的距离，通过弱爆破的方式开挖，②部导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，重复①部开挖工作[4]。进行仰拱部分混凝土灌注，及隧道底部充填施工，按照施工现场测量的结果，通过衬砌台车进行一次性浇筑。从中可以看出，二台阶开挖法的关键为：严格控制台阶开挖的长度，开挖完成之后立即进行支护操作，并及时封闭成环，然后跟进仰拱，及时完成二次衬砌。

图2 二台阶开挖及安全红线步距图示意图

（二）初期支护

1.初喷混凝土

喷混凝土也要分两次进行，每喷射4.0cm立即封闭围岩，初喷需要在开挖之后2小时内全部完成，避免风化造成大面积掉块问题。喷射混凝土时采用专用的湿喷机，混凝土在洞外集中拌合，通过运输车运输到工作面[5]。其中，上导坑采用提前挖好喷射平台进行喷射作业，而下导坑则采用自制作业平台进行喷射，保证喷射方向和喷射面的垂直度。

2.超前长管棚施工

长管棚超前支护是本工程采用的主要支护方法。为保证施工质量，合理布置超前长管棚施工的导向墙，本工程采用C30混凝土来制作导向墙，并在导向墙内部设置了33榀工字钢架，钢架外缘按设计间距和角度焊接导向管[6]。

长管棚隔孔钻设，先钻设奇数号注浆花管管棚，注浆后再钻设偶数号注浆花管管棚。为保证钻孔方向准确，在钻进过程中采用光耙测斜仪量测钻孔的偏斜度。钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15cm，钢管接头相互错开。

3.锚杆施工

普通砂浆锚杆杆体采用高强全螺纹实心杆体，可任意切割和连接，方便狭小空间施工，长度根据围岩状况及设计确定，系统锚杆根据设计要求布置。砂浆强度等级不低于M20，砂灰比宜为1∶1～1∶2（重量比），水灰比宜为0.38～0.45。砂浆拌合均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完[7]。注浆过程中，严格控制注浆管和孔底之间的距离，避免发生沉渣上浮问题，控制在5～10cm之间即可，随着注浆的速度，缓慢提升注浆管，注浆管拔出后如果发生溢流问题，要及时做补浆处理，杆体插入孔内长度不应小于设计长度的95%。锚杆安装后，不得随意敲击。

4.复喷混凝土

复喷射混凝土同样采用湿喷法施工，锚杆支护完成之后，应立即喷射混凝土，尽快封闭岩面[8]。施工中，严控原材进场检验，优化配合比，严格混凝土搅拌，加强拌合物性能试验频率，正确选用速凝剂及优化掺量，加强喷射混凝土的养护，以保证喷射混凝土的强度。

（三）仰拱

从仰拱开挖到支护完成之间，隧道洞身处于最不稳定状态，开挖仰拱会产生边墙内挤或者下沉问题。如果隧道工程围岩条件比较差，则要减少一次开挖长度，并促使初期支护快速封闭。仰拱施工和掘进施工可平行进行，为更好地解决仰拱施工和其他工序施工之间存在的干扰问题，可采用仰拱便桥，构建立体化交叉施工体系。在应用二台阶开挖法时，仰拱开挖距离到工作面的距离可控制在18m之内，二次衬砌工作面的距离可控制在40m之内，大大提升了二台阶开挖的安全性[9](具体二台阶临时仰拱法横断面图见图3)。

图3 二台阶临时仰拱法工序横断面图

四、施工体会

第一，在隧道洞身开挖过程中，必须做好保护工作，严防洞室坍塌，最好选择利于快速施工的支护体系，必要情况下可做二次衬砌。

第二，在隧道洞身开挖时，要尽量降低对围岩造成的扰动，针对地质条件比较差的地段，可采用微震爆破技术，并做好减震辅助工作。必要时可以采取一定的加固措施，以保证岩层的稳定性和支护结构的安全性，确保洞身开挖工作安全高效地完成[10]。

第三，上台阶开挖时极易引起拱顶变形。因此，在具体施工中,可采用二次衬砌、锚杆支护、超前长管棚施工等来抑制拱顶围岩变形。

综上所述，本文分析了二台阶开挖方法在双峰隧道洞身开挖中的应用。分析结果表明，二台阶开挖方法是隧道洞身开挖的主要方法之一。在具体施工中，为保证施工质量，降低安全隐患，需要切实做好支护工作，并选择震动较小的爆破技术，降低对围岩造成的扰动。为今后类似工程施工提供了良好的参考及借鉴。