软弱围岩隧道洞身开挖施工技术研究

龙晓荣，徐国卫，杨 爽

(浙江正方交通建设有限公司，浙江 金华 321000)

0 前 言

随着建设的发展,隧道穿越软弱围岩地区逐渐成为地下工程施工中遇到的热点问题。与普通隧道的开挖不同,因特殊的施工环境为软围岩隧道洞身开挖带来许多施工难题,造成了人员危害、周围作业环境不能满足施工要求。软弱围岩隧道洞身开挖研究与实际工程紧密相关,促进软弱围岩隧道洞身开挖的发展与研究。本文依托浙江省安吉至洞头公路义乌赤岸至永康交界段工程焦山隧道和枫坑隧道洞身开挖工程,通过对软弱围岩洞身开挖施工进行介绍,总结了有关软弱围岩隧道开挖施工的几个方案,为其他类似软弱围岩隧道洞身开挖工程施工提供科学依据。

1 工程概况

安吉至洞头公路义乌赤岸至永康交界段工程起点位于赤岸镇南杨村附近的义武公路(义武公路桩号K10+198)，起点桩号为K24+265.730，路线在南杨村、后金宅村之间穿过，往南跨过枫坑溪后，绕过谷谷山，在毛店村公墓东侧经过，路线继续往南，在市中小学生劳动基地西侧、枫坑水库东侧设置隧道穿越山岭，进入永康市，终点位于义乌与永康交界的枫坑隧道内，终点桩号为K29+788，路线长5.522 km。工程采用双向六车道一级公路标准，设计速度80 km/h。整体式路基宽度33 m，分离式路基宽度2×16 m。项目工程地理位置如图1所示。

图1 工程项目地理位置图

2 隧道概况

本项目工程设焦山隧道和枫坑隧道两座隧道，隧道的概括如表1～2所示。

表1 焦山隧道概况表 单位：m

表2 枫坑隧道概况表 单位：m

3 洞身开挖施工方案

隧道洞身开挖需要进行爆破施工，由于本工程焦山隧道和枫坑隧道的左右洞间距较小，爆破会对相邻隧道洞身的稳定性产生影响。

因此，在洞身开挖方案的设计上，同一掘进掌子面掘进作业时应错开50 m以上，从而保证施工的安全。

把“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”作为隧道洞身开挖的原则。隧道洞身开挖各围岩级别的开挖方式如表3所示。

表3 隧道施工工艺统计表

3.1 中隔壁法

中隔壁法是指隧道开挖时需要在中间修筑一道隔壁，对隔壁左右两侧土体进行分侧开挖，每侧的土体在进行分层分部开挖，施工时先开挖左半部分土体，左半部分开挖完成后在左右分界面上修筑一道中隔壁，隔壁修筑完成后再对右半部分土体进行开挖的洞身开挖方法。

其施工步骤见图2，具体为：①小导管超前支护(管棚支护)；②左侧洞上部分开挖；③左侧洞上半部分支护；④左侧洞下部分开挖；⑤左侧洞下半部分支护；⑥右侧洞上部分开挖；⑦右侧洞上半部分支护；⑧右侧洞下部分开挖；⑨右侧洞下半部分支护；⑩浇筑仰拱；铺设防水层、模筑二次衬砌；沟槽路面施工。

图2 中隔壁法施工工序横断面及纵断面示意图

3.2 预留核心土法

预留核心土法是指先预留出中部核心土，再对预留之外的土体进行开挖，开挖时采用分层开挖的方法，先开挖土体的上部分，开挖完成后进行上部支护，支护完成后开挖下部分土体，开挖完成后进行下部支护，最后再对预留的核心土体进行开挖作业的方法。其施工步骤见图3，具体为：①小导管超前支护；②上部环形开挖；③上部初期支护；④核心土开挖；⑤下部开挖；⑥边墙初期支护；⑦浇筑仰拱；⑧铺设防水层、模筑二次衬砌；⑨沟槽路面施做。

图3 预留核心土法施工工序横断面及纵断面示意图

3.3 台阶法

台阶法是指先对隧道断面的上半部分进行开挖，先把上部分土体开挖一短距离，再开挖隧道下部分的土体，上、下两部分一上一下同时向前推进施工。上部分土体高度应为2.5 m，装渣机械及时清运开挖出的土体，并用锁脚锚杆控制上部分钢架的下沉和变形。如果开挖部分的岩土体不稳定，这时应减小开挖距离，先支护边墙，支护完成后在进行开挖；左右错开或拉中槽完成后再开挖隧道边墙的方法。其施工步骤见图4，具体施工内容为：①上半部分开挖；②上半部分初期支护；③下半部分开挖；④下半部分初期支护；⑤防水层、二衬施工；⑥沟槽路面施工。

图4 台阶法施工工序横断面及纵断面示意图

3.4 全断面法

全断面法是指隧道采用全断面开挖完成后隧即进行喷射混凝土作业，对隧道进行初期支护，然后根据监测的数据结果确定边墙及拱部应采用的二次混凝土浇筑方案，及早使隧道衬砌封闭成环的方法。其施工步骤见图5，具体施工方法为：①全断面开挖；②初期支护；③防水层、二衬施工；④沟槽路面施工。

图5 全断面法施工工序横断面及纵断面示意图

3.5 Ⅲ级围岩紧急停车带(紧-Ⅲ)施工

Ⅲ级围岩紧急停车带法是指需要提前确定紧急停车带隧道的开挖尺寸，先将紧急停车带的尺寸确定下来，再对隧道洞身土体进行开挖作业，该实例工程中将紧急停车带的尺寸定为宽度19.22 m，高度9.62 m，确定好尺寸后采前文中提到的预留核心土法对隧道土体进行开挖作业的方法。其施工步骤见图6，具体施工方法为：①超前锚杆支护；②开挖；③初期支护；④开挖；⑤初期支护；⑥开挖；⑦衬砌。

图6 Ⅲ级围岩紧急停车带(紧-Ⅲ)示意图

4 总 结

本文对安吉至洞头公路义乌赤岸至永康交界段工程焦山隧道和枫坑隧道洞身开挖施工进行介绍，从围岩等级的角度出发，对软弱围岩隧道洞身开挖施工技术做了较为全面的分类，针对不同的工况采用不同的开挖作业方式进行施工。通过制定不同围岩条件下的隧道洞身开挖方案，有效地保证了施工的安全，开挖方案能够满足隧道开挖施工的要求，机械设备与施工人员在软弱围岩区域能正常作业，提高了隧道洞身施工的工作效率和质量，保证了焦山隧道和枫坑隧道施工的顺利进行，同时也为其他软弱围岩隧道洞身开挖施工提供了较为科学的依据，以指导类似工程的施工。

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