高速公路隧道洞身开挖施工与初期支护措施

李 科

中交二公局第六工程有限公司，陕西 西安 710075

1 工程概况

某隧道左右线分别长2474m、2490m，地质条件较差（隧道围岩Ⅲ级占67.6%，Ⅳ级占16.7%，V级占15.7%）。单1∶3开挖支护距离长，洞口段埋深程度较浅，全部的隧道洞渣均作为路基填料。

2 隧道工程施工方案分析

开挖方案需参考施工区域，不同的施工区域采取不同的施工方法。例如，洞口加强段、浅埋段及断层地段适合采用短台阶分部法，初期支护需要重点关注的是封闭问题，在施工过程中，机械和人工的施工进度约为每循环进尺0.5～1.0m。下台阶采用左右交错开挖。

采用台阶法实施开挖作业时，上台阶与下台阶的开挖工作需要注意的关键点不同，前者需要一次成型，后者需要左右交错，但上、下台阶均需要采取光面爆破；光面爆破Ⅲ级围岩后，使用全断面法。紧急停车带地段、车行横洞和人行横洞等区域，光面爆破后再开挖，施工过程中主要采取台阶法与全断面两种方法。施工过程中应该保证每个步骤符合标准。

3 隧道洞身开挖施工

3.1 开挖方法及步骤

隧道洞身开挖包括超前支护施工和初期支护施工。超前小导管主要采用YT28风机，超前支护采用MKG-5S型管棚钻机，注浆设备采用HFV-5D。

（1）针对施工区域选取不同的开挖方法，洞口加强段、浅埋段及断层地段采用短台阶分部法开挖，台阶长度＞6m，每循环进尺控制在0.5～1.0m，主要由人工或机械开挖，初期支护要注重封闭问题。采用左右交错方法开挖下台阶（或拉中槽，两侧留台阶土），及时完成初期支护。

（2）按照循环进尺2.O～3.0m的频率采用台阶法开挖Ⅳ级围岩。

（3）按照循环进尺3.0～4.Om的频率开挖Ⅲ级围岩地段，光面爆破采用全断面方法，钻孔台车钻孔。

（4）紧急停车带地段循环进尺2m，用侧壁导坑台阶法开挖；行车横洞、行人横洞进行光面爆破，用风动凿岩机钻孔，开挖频率按照循环进尺2～3m。行人横洞利用装载机进行人工出碴，自卸车将堆放在主洞的渣运输至弃碴场[1]。

3.2 光面爆破

（1）爆破设计。光面爆破主要采用2号岩石硝铵炸药。炸药按照间隔在周边眼不耦合装药，斜眼掏槽。底眼及有水地段炸药的药卷直径：周边眼φ20cm，辅助φ32mm（台车钻孔φ50mm）。主要采用炸药，非电毫秒雷管起爆（跳段使用），引爆火雷管。

（2）施工要点。①放样布眼：钻眼前测量人员用红油漆标记炮眼的位置，将偏差控制在5cm范围内，确保精准度。开挖主要参考平面的中线和轮廓线。②开眼：确保钻孔的精准度。主要参考炮眼布置图定位，钻杆与隧道轴线除了呈平行状态，也要将偏差控制在规定范围之内。③钻眼四周有精准的外插角：用自制的多功能钻孔台车钻眼，两茬炮交界处台阶误差控制在10cm范围内[2]。④清孔：装药前将炮眼里的石屑处理干净，用炮钩向炮眼中输入高压风，确保设备直径小于炮眼直径。⑤装药：堵塞炮眼的炮泥长度＞20cm，装药量严格按照炮眼设计图的规范，按照自上而下分片分组操作。⑥联结起爆网路：联结起爆网路时，杜绝导爆管发生打结和拉细的情况，并且确保起爆网路的精确程度，采用黑色的胶布包裹引爆雷管。⑦瞎炮的处理：检查瞎炮的原因。如果是孔外的导爆管损坏，那么去除导爆管损坏的部分，再重新连接导爆管。⑧其他注意事项：在具体施工过程中，结合现场的监测结果，可根据情况使用临时竖向支撑等方式，对开挖的方式与支护的参数进行合理的调整与修改，并结合具体的情况做二次衬砌，保障现场施工的安全。

施工过程中需要严格遵循超前支管，注浆严密，进尺短，爆破程度轻，及时测量相关参数，尽早封闭等要求。同时，尽早预测地质情况，设计合理的方案，确保测量数据在可控范围内；严密观察开挖面围岩的情况，强化测量洞径周围掌子面的相关参数，准确记录测量结果，并对信息进行及时反馈，为后期的调整与修改工作提供可靠依据；结合监测结果，合理确定二次衬砌的施工时间，确保结构处于安全状态。开挖的孔径与相关标准可根据现场施工情况进行合理的调整，并确保人员与机械设备的调度合理。此外，还需注意钢架的稳固性，确保现场施工的安全[3]。

4 隧道洞身开挖初期支护

4.1 超前大管棚施工

（1）施工方法。超前大管棚采用节长3m、6m的φ108mm热轧无缝钢管，导向端呈尖形，壁厚8mm。管壁按照梅花形钻孔，φ8mm孔之间间隔φ25cm。钻孔主要采用管棚专用钻机，清孔作业需要高压风设备，顶管推至孔底按照1∶1注水泥砂浆，注浆量达到设计要求后立即停止注浆，注浆压力最初为0.5～1.0MPa，最终为2.0MPa。

（2）施工工艺。①精确测量固定后的钻机，标记钻孔位置。②钻机开孔时以较低的速度钻深20cm后，恢复正常钻速。③当第一节钻杆钻入岩层尾部剩余约20～30cm时，立即停止钻进。固定钻杆后，以较低的速度实施反向钻进。将钻机与钻杆分离后，按照导轨的路线缓慢退回至初始位置，然后人工装入联接套，准备第二节钻杆，准备工作达标后，再将钻机以较低的速度推进至第一根钻杆的尾部。④更换钻杆时检查钻杆的弯曲程度、损伤情况、中心水孔畅通问题等，及时更换不符合要求的钻杆。⑤引导孔直径比管棚外径宽15～20mm的间隙。⑥钻孔深度符合标准，将钻机退至初始位置，拆除钻杆装置。⑦钻进工作结合大孔引导和棚管技术，引导孔的直径＞棚管的直径。钻出引导孔后，借助钻机的冲击和推力，将安有工作管头的棚管沿引导孔钻进至孔底。⑧将钢管顶迸联接套安装在钻机上，保持与管棚直径符合。⑨在钻机上安装钢管，仔细对准引导孔后，保持较低的速度完成推进作业，冲击压力与推进压力分别控制在18～20MPa、4.0～6.0MPa。⑩推进第一根钢管直至孔外留有30～40cm后，开动钻机反转，钻机退回原位前脱离顶进联管接套与钢管，然后人工安装第二节钢管并对正，以较缓慢的速度推进钻机，人工持链钳将两节钢管联成一体。

4.2 超前小导管施工

超前小导管的导向端主要呈尖形，采用φ50mm的钢管。导管壁的厚度达5mm。管壁上按照梅花形钻孔，φ8mm孔之间间隔25cm。采用气腿式风动凿岩机钻孔，清孔作业需要高压风设备，顶管推至孔底后注水泥砂浆。

4.3 系统锚杆、钢筋网及拱架施工

（1）锚杆。系统锚杆主要采取中空注浆锚杆和早强砂浆锚杆，人工安装，采用风动凿岩机钻孔。

（2）钢筋网。结合断面开挖的具体形状，在现场或者场外规定地点制作网片。如果现场为比较规则的断面，并且断面比较平整，可在场外制作网片，现场完成拼接工作；如果现场为形状不一的断面，具有较大的起伏，需要在现场制作网片，并完成拼接工作，安装时必须与岩壁紧贴，预留保护层厚度。采用简易台架做挂网作业。

该隧道主要采用规格为20cm×20cm的φ8mm钢筋网，洞外分块加工，洞内铺挂。为了避免喷混凝土时出现激烈的晃动，降低回弹率，需要与锚杆、钢拱架焊接牢固。

（3）加工钢拱架、PS格构梁。①在洞外分段加工钢拱架、PS格构梁，用冷弯机械加工钢拱架。在制作PS格构梁的过程中，需要利用平台，同时借助电焊将锁脚锚杆与钢拱架、PS格构梁牢固，掌子面主要在人工与装载机相互配合的情况下安装完成。②施工方法。用混凝土喷射机逐层喷射，每一层喷射的混凝土厚达5～8cm。采用自动计量拌合站在洞外拌和混凝土后，将混凝土输送运料。③施工工艺。喷射混凝土时严格控制喷射厚度，保证喷头与喷面之间互相垂直，同时将距离控制在0.8～1.2m。在施工过程中，技术人员需要调节风压系统，通常压力值为0.5MPa，并且风量需超过10m3/min。喷初支钢拱架、钢筋网时，喷头的状态一定要处于倾斜状态。施工时主要按照不同区域、不同路段完成，主要采取“S”形。

5 结束语

综上所述，在隧道洞身开挖施工时，需要严格把控初期支护与回填注浆的工作，避免出现渗漏水情况。该项工作采取平行作业、分段进行。合理的施工对隧道工程的质量产生直接影响。为此，以具体工程为例，分析了隧道洞身开挖施工与初期支护措施，为类似工程提供一定的参考。