大跨径隧道开挖施工技术研究

杨永强

（中铁十七局集团城市建设有限公司，贵阳 550000）

1 引言

在经验积累、技术创新、设备革新过程中，大跨径隧道开挖施工技术进步明显，相比于传统小块、多次分割断面的挖掘方法，其施工过程更加快速与安全，并且能符合大跨径隧道开挖施工的基本需求。为了更好地应用大跨径隧道开挖施工技术，对其进行研究十分必要。

2 工程案例

黄家屋基隧道工程隧道区附近海拔1 889.4～2 078.8 m，地貌类型为溶蚀、侵蚀、剥蚀低山地貌。场地位于六盘水市水城县发箐乡大河镇村境内，隧道进出口及洞身段均有乡村公路可达，交通便利。本高速公路隧道设计时速80 km/h，建筑限界净宽、净高分别为10.25 m 与5.0 m，设计荷载为公路-Ⅰ级。为分离式长隧道，隧道进口及洞身段测设线间距约30 m，出口段测设线间距19 m。右幅隧道起讫桩号为YK15+552～YK17+528，长1 926 m，最大埋深约124 m。左右幅隧道进口及洞身平面线形为直线，左幅出口段位于R=1 300 m 的圆曲线上，右幅出口段位于R=1 200 m 的圆曲线上。左右幅隧道进口段为上坡，坡度分别为2.478%及2.5%，洞身及出口段为下坡，纵坡坡度分别为-0.84%和-0.86%[1]。

该项目属于大跨径隧道，在开挖过程中需注意诸多要点，要求做好大跨径隧道开挖施工技术控制，确保施工质量。

3 工程地质条件

3.1 地层岩性

隧道区上覆残坡积层（Qel+dl）粉质黏土；下伏二叠系下统栖霞组一段（P1Q1）砂岩夹泥岩；下伏二叠系下统栖霞组二段（P1Q2）灰岩；下伏石炭系中统黄龙群组（C2hn）灰岩；下伏石炭系下统大塘组（C1d）灰岩；下伏石炭系下统摆佐组（C1b）灰岩。

3.2 岩石物理力学性质指标

粉质黏土夹碎石、强至中风化灰岩。粉质黏土夹碎石结构松散，易垮塌；强至中风化灰岩，中厚层状，节理裂隙发育，岩体破碎～较破碎，围岩呈碎裂结构，隧道围岩易发生松动变形、掉块，拱部无支护时可产生坍塌。

强风化砂岩夹泥岩：薄～中层状，节理裂隙极发育，结构面结合性极差，岩体极破碎，且软弱。该层风化深度、程度大。中风化砂岩夹泥岩：薄～中层状，节理发育，受夹层影响，结构面结合性差至一般，岩体完整性差。

本次勘察利用初勘试验成果资料，结果见表1。

表1 岩体物理力学试验指标统计表

4 大跨径隧道开挖施工技术控制要点

4.1 隧道进出口工程地质评价

4.1.1 隧道进洞口边（仰）坡稳定性评价

隧道进口地形缓，无高仰坡存在。但覆盖层较厚，隧道开挖后，岩基岩面可能发生坍塌、滑移，且岩体节理裂隙发育，岩体破碎，自稳定性较差，可能危急隧道施工及运营安全，须加强仰坡防护及洞内支护。

4.1.2 隧道出洞口边（仰）坡稳定性评价

隧道出口地形稍陡，无高仰坡存在。覆盖层较薄，岩体节理裂隙极发育，岩体极破碎，自稳定性差，须加强仰坡防护及洞内支护[2]。

4.1.3 隧道施工对环境影响评价

隧道穿越山体，地表水不发育，无居民居住，地表大部分为荒山、少量旱地，地下水埋藏深，位于隧道底板以下，隧道开挖后对地下水环境影响微弱。隧道开挖弃渣应合理利用或合理堆放，以免对环境产生破坏[3]。

4.2 炮眼布置参数

在工程中采取光面爆破，在极硬岩中周边眼间距为50~70 cm、周边眼最小抵抗线为60~80 cm、装药集中度为0.3~0.35 kg/m，硬岩周边眼间距为45~65 cm、周边眼最小抵抗线为60~80 cm、装药集中度为0.2~0.3 kg/m，软质岩周边眼间距为35~50 cm、45~60 cm、0.07~0.12 kg/m。

4.3 隧道衬砌设计

以新奥法原理指导隧道洞身衬砌设计，初期支护采取复合式衬砌方式，由于围岩级别不同，可采取超前支护措施，二次衬砌材料为模筑混凝土或钢筋混凝土，将1.5 mm 厚EVA蜂窝式防水板及350 g/m2无纺土工布敷设在初期支护与二次衬砌之间[4]。采用工程类比法对衬砌结构尺寸进行设计。根据围岩级别和洞室埋深条件拟定相应的支护参数（见表2）[5]。

表2 隧道复合式衬砌支护参数

4.4 隧道施工方法

选择明挖法处理隧道明洞段，在边坡稳定的基础上可就地全断面整体模筑钢筋混凝土；采用新奥法对暗洞进行施工，采用无轨运输的方式处理隧道出渣；采用模板台车进行二次衬砌浇筑[6]；采用环形开挖留核心土法对Ⅴ级围岩地段进行处理；采用台阶法与全断面法处理Ⅳ级、Ⅲ级围岩；采用湿喷工艺处理隧道初期支护喷射混凝土，整体模筑混凝土处理二次衬砌；工作面可使用上部留核心土支挡，这样能确保工作面的稳定性，确保在安全支护下进行操作。环形开挖进尺需控制在0.5～1.0 m。

4.5 隧道施工监控量测

4.5.1 拱顶下沉

全～强风化Ⅴ级围岩段10～15 m 布设1 个断面，一般情况Ⅴ级围岩地段每10～20 m 布设1 个断面，Ⅳ级围岩地段每20～40 m 布设1 个断面，Ⅲ级围岩地段每30～50 m 布设1 个断面，测点原则布设在拱顶中心线上，当围岩较差时在拱顶设置3 个测点。

4.5.2 周边位移

测点布置应与拱顶下沉量测布设在同一断面，每个断面根据开挖方法布置1～3 对测点（每台阶1 对测点）；底鼓测点一般在Ⅴ级围岩地段每20～40 m 布设1 个断面，测点原则布设在仰拱中心线上，且测点布置应与拱顶下沉、水平收敛量测布设在同一断面。在变形较大区域要加密测点和观测频率。

4.5.3 地表沉降

将10～15 m 的断面设置在隧道洞口浅埋段，每个洞口的断面至少为1 个，将测定设置在断面隧道拱部，将测点间距、拱部两侧测点间距分别控制在2～3 m、3～4 m，洞室稳定状态和评价隧道变形特征可采取洞口浅埋段地表变形量测来实现。测点布置应尽量与洞内拱顶下沉、周边位移量测布设在同一断面；洞口段、浅埋段或地表有建（构）筑物时，必须进行地表下沉量测。浅埋偏压隧道洞口除沉降外要同时测量水平和纵向位移；监测发现位移量过大、边仰坡开裂或者速度无稳定趋势时要加密观测频率。

5 结语

在大跨径隧道开挖施工技术的应用过程中，要求能了解工程地质条件，做好隧道进出口工程地质评价、隧道平、纵线形设计、隧道衬砌内轮廓等各个环节与要点的控制，确保施工质量。本研究方案在实际应用中能有效提升施工效率，降低施工难度，同时也能在应用过程中减少施工阻力，可以为类似项目工程提供理论与实践依据。