浅埋软岩公路隧道开挖施工技术优化措施初探

李莉

山西路桥建设集团有限公司 山西太原 030006

隧道里程的不断延长使越来越多的隧道面临浅埋软岩问题，这无疑给隧道开挖施工提出了更高要求，如果所用开挖方法不适宜或支护不到位，则具有可能引发安全问题。因此，有必要结合浅埋软岩隧道实际情况，对其开挖施工技术进行深入分析，并提出相应的优化措施。

1 工程概况

某浅埋软岩隧道实际埋深在13-38m范围内，而且ZK93+870～ZK93+960段、ZK94+020～ZK94+140段、ZK94+ 390～ZK94+440段、K94+410～K94+510段与K93+857～K94+140段地势相对较低，沟壑被汇水直接冲刷。以上各段最大埋深只有12m，局部埋深甚至小于2m，导致开挖施工难度很大，需制定合理可行的施工技术及其优化措施。

2 施工方法与工艺

考虑到隧道结构松散、岩质偏软且埋深较浅，施工中由于产生扰动所以难以形成可靠的自承体系，容易发生松弛导致张裂破坏，故如果所选施工方法不当或支护不到位，将导致坍塌，甚至引起冒顶事故。对此，在充分考虑以往其它工程施工经验的前提下，开展技术攻关，通过对各项新技术的引入，对施工方案予以优化，并科学组织现场布置与施工，提高过程控制力度，严格遵循短进尺、强支护与勤量测相结合的基本原则开展施工，对地表存在的冲沟及陷穴等可能对隧道开挖造成的影响引起高度重视，根据相关调查结果，制定针对性措施加以处理。通过施工质量与安全等方面的综合对比，并充分考虑工程施工图纸及相关规范提出的要求，最终将开挖方法决定为双侧壁导坑法，同时采取增设锁脚锚杆的方法保证支护结构体系的可靠性与稳定性。

隧道开挖施工借助小型挖掘机进行，局部由人工使用风镐提供必要的辅助，尽可能减少或避免由于开挖不当引起的围岩失稳，最大限度发挥围岩自身具有的承载力；在此基础上，使仰拱施工与掌子面的开挖紧跟，对围岩直接暴露的时间予以严格控制，在整个施工过程当中做好监控量测工作，同时保证锚杆支护质量。

开挖按照以下顺序进行：对左侧导洞进行超前预支护→开挖左侧导洞→对左侧导洞进行初期支护，具体方法为架设钢支撑与锚喷混凝土，然后进行侧壁墙的施工→对右侧导洞进行超前预支护→开挖右侧导洞→对右侧导洞进行初期支护，具体方法为架设钢支撑与锚喷混凝土，然后进行侧壁墙的施工→对上半断面进行超前预支护→开挖上半断面→对上半断面进行初期支护，具体方法为架设钢支撑与锚喷混凝土→开挖下半断面→对下半断面进行初期支护，具体方法为架设钢支撑与锚喷混凝土→拆除侧隔壁墙→在仰拱处灌注混凝土→沿环向设置盲沟与防水板，并对二次衬砌结构进行混凝土灌注。以上各步施工都要在预支护措施到位且强度符合要求后进行，预支护措施包括超前小导管与注浆及长管棚[1]。

3 具体实施与优化措施

（1）在洞口段的开挖施工开始前，需在做好洞口段截水沟施工的同时对洞口土方和边仰坡进行有效防护。对于洞口段的土方，主要采用挖掘机与装载机相配合的方式按照从上到下的顺序分层开挖，开挖产生的土方由自卸车外运，同时对形成的边坡坡面予以防护，每开挖完成一段便进行一段的防护。明洞的开挖方式为明挖法，在开挖到明暗分界线的位置后，立即进行护拱施工，浇筑护拱混凝土，之后为暗洞进行超前长管棚的施工，然后对明洞进行衬砌结构的施工，待明洞衬砌结构成型且强度达到要求后，方可进入到暗洞进行施工，最后在明洞的混凝土实际强度切实达到要求后对明洞的洞顶予以回填。

（2）根据衬砌结构的具体类型，在洞身开挖开始前应先在掌子面上喷射一层厚度为5cm的混凝土，混凝土的强度等级为C25，喷射完成后布置超前小导管，共布置两层，然后通过注浆形成超前支护体系，导管以热轧钢管为宜，单段长度为4m，按40cm的环向间隔距离设置，纵向按照1m的长度进行搭接，环向内、外侧的插入角度分别按照5°-10°和10°-15°的范围控制。在开挖结束后，通过初喷强度等级为C25的混凝土予以有效支护，喷射厚度按5cm控制，以此缩短围岩直接暴露的时间；在初喷结束后，尽快开始安装锚杆，锚杆为砂浆锚杆，单段长4.5，按照0.5m的纵向与环向距离进行安装，安装完成后应呈梅花状。具体安装方法为：先用凿岩机凿出锚杆孔，然后利用压缩空气清孔，检查锚杆孔的方向是否与岩面保持垂直，清孔与检查均完成后，按外露长度不超过5-10cm的要求将锚杆安装到锚杆孔中，并尽快进行钢筋网的挂设。钢筋网由双层钢筋网片制成，其环向与纵向距离相同，均为15cm。施工中为达到施工要求，需通过加工使钢筋网形成一个长度为1.2m、宽度为0.9m的整体网片，相邻两个网片之间的搭接长度按照钢筋直径30倍以上控制，通过点焊相连。网片的铺设要根据岩面具体起伏情况进行，并且和锚杆之间的连接必须达到牢固，在露出的锚杆上使用钢垫块将钢筋网扣住，然后用螺栓将其固定，使锚网系统实现良好的整体受力。将锚网系统安装到位后，即可开始对钢支撑进行架设。

（3）在以上浅埋段当中，因围岩质地较软，所以为防止掉块现象的发生，决定在原设计基础上对钢架支护的设置进行加密，从之前的每50-80cm设置1榀调整到均按30cm的间隔距离设置，同时将超前支护提前到进入至浅埋段之前5-10m。在超前支护体系中，预支护方法以长管棚为主，其具体长度以浅埋段在纵向上的分布距离确定，同时对提前防护范围的具体距离进行充分考虑。管棚主要为无缝钢管，相邻两个管节之间使用丝扣相连，其长度为15cm。对管棚进行安装的过程中，两个相连的孔洞，其接头应交错布置。将管棚安装到位后，尽快灌注纯水泥砂浆，直到饱满[2]。

（4）待长管棚施工结束后，根据衬砌结构类型及其各项支护参数开始施工，对于初期支护中的钢架，其施工主要采用对锁脚锚杆进行加密设置的方法来固定拱部钢架，避免掉拱问题发生。将锁脚锚杆的数量从原设计确定的4根增加到12根，其单根长4m。在安装锁脚锚杆之前，先对钢架的整体制作质量进行检查，确认其强度与刚度能否达到要求。在安装每一拼钢架之前，均要做好测量定位工作，确保安装精度达到要求。正式安装开始后，连接板之间的结合应达到紧密和对齐，在没有特殊要求的情况下使用螺栓相连，而接缝应使用焊接的方法将其连接牢固。在相邻两个钢架之间主要使用螺纹钢相连，其环向间隔距离按照1m控制，两端要有足够的长度和钢架之间完成焊接，以确保钢架保持稳定，实现整体受力；钢架的拱脚处应支撑于稳固的垫块上，如果存在松散层，应将其清除到保持在稳定状态的层面，在拱脚和层面之间，使用强度等级相同的混凝土通过喷射完全填充，同时将拱脚裹住，最后在拱架的周围利用混凝土垫块将其楔紧。

（5）为保证整个施工过程的安全，必须严格开展超前地质预报，并对围岩的变形量进行实施观测，通过及时和施工现场的沟通，为开挖及支护方法的正确采用及修改优化提供可靠依据，进而达到预期的安全和质量目标。由于浅埋段的覆盖层厚度很小，在开挖完成后围岩无法实现自稳成拱，导致地表发生塌陷。对此，为保证浅埋段隧道开挖安全，还需对地面进行严格的沉降观测。在观测过程中，点位的布置需严格按照以下原则进行：对于埋深在40m以内的段落，需沿隧道走向轴线以5-10m的间隔距离布点，并在横向结合实际情况确定适宜的主断面，在主断面上进行测点的布设，用于掌握地表沉降沿横向分布情况和具体的影响范围。在获取大量监控量测成果后，将其作为二次衬砌结构施工的参考依据，其施工方法以先墙后拱法为主。在二次衬砌结构浇筑过程中使用的混凝土均在拌和站中通过集中拌和而成，拌和完成后及时运输到现场采用输泵送泵入，期间安排专人通过台车窗口对浇筑完成的混凝土进行振捣，振捣需在两侧同时进行，与确保相差的高度达到要求。

（6）为保证浅埋段开挖安全，开工前需对全体人员予以安全培训，以此增强人员自身安全意识，杜绝不安全和不规范操作的发生。开挖施工必须严格按照相关规定进行，若需要对原设计进行变更，需按照相应的程序提交申请，通过后方可变更。开挖施工前还需对地表中线周围做全面的勘察，统计不良地质数量和情况，包括冲沟、滑塌与陷穴，然后结合隧道的里程桩号进行登记，在施工中每逢到达这些不良地质段便加强监控量测，以保证隧道开挖能够安全且顺利的完成。每个循环都要做好测量放样工作，对超欠挖进行严格控制。定期检查并复核各个测量控制点，防止因隧道底部下沉或上鼓等原因导致控制点被破坏。开挖结束后，根据规定的项目和频率开展围岩量测工作，并对量测的信息进行及时反馈[3]。

（7）在暗洞分部开挖过程中，需在满足规范与工程设计，以及安全质量相关要求的基础上，优先考虑适合采用机械设备进行施工的工艺方法，对分部尺寸进行的划分应科学合理，不同分部的施工应尽量做到平行作业，以此加快施工速度，缩短整个工期。在弃渣过程中，应安排专人进行指挥，保证弃渣的堆放达到整齐，且边坡保持平整，同时还要在弃渣场中设置好挡墙等设施。隧道施工中禁止随意倾倒弃渣，在施工结束后，需对弃渣场进行平整，并切实做好绿化与防护，以免发生水土流失。隧道施工的全过程当中，现场作业环境要达到以下基本要求：对于空气中的氧气含量，若按体积计应达到20%以上；对于粉尘容许浓度，单位体积空气中不低于10%的游离态二氧化硅粉尘含量不能超过2mg，单位体积空气中不超过10%的游离态二氧化硅粉尘含量不能超过4mg；一氧化碳浓度不能超过30mg/m3，若有需要，施工人员必须进入到工作面时，一氧化碳浓度可达到100mg/m3，但持续工作时间要控制在30min以内；二氧化碳浓度若按体积计不能超过0.5%；氮氧化物换算成二氧化氮后的浓度不能超过5mg/m3；隧道内的气温和噪声分别不能超过28℃、90db。施工中为防止粉尘污染，可进行撒水处理，以此减少对周围环境造成的破坏[4]。

4 结语

综上所述，浅埋软岩隧道因埋深较浅且围岩质地偏软导致其开挖难度和风险都高于普通隧道段落，所以在施工中一方面要根据现有资料和相关施工经验编制施工方案，另一方面则要在施工开始前及过程中结合现场实际情况对方案进行必要的优化调整，同时全面加强施工安全控制，只有这样才能安全、顺利的完成浅埋软岩段开挖施工。