隧道工程洞身施工重点技术分析

摘要 隧道工程洞身施工是隧道建设中的核心环节，其技术要点涉及多个方面，包括开挖方法、衬砌施工、超前小导管施工等。文章重点分析隧道洞身施工中的关键技术：在开挖方法上，根据围岩级别的不同，灵活采用全断面法、台阶法等多种方法；在支护技术方面，注重超前导管支护、格栅或型钢钢架的应用。通过深入分析此类技术要点，为类似隧道洞身施工提供一定技术支持。

关键词 隧道工程；洞身施工；重点技术；

中图分类号 U455 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）19-0109-03

0 引言

随着城市化进程的加速和交通需求的日益增长，隧道工程在城市建设和交通网络中发挥着越来越重要的作用。隧道洞身施工涉及众多技术要点，在实际施工中，仍然面临着诸多挑战和难点，如开挖、混凝土喷射、格栅钢架制作与安装工艺的控制等，文章旨在通过深入分析隧道工程洞身施工的重点技术，总结施工经验和技术创新，为相似隧道工程的建设提供有益的参考和借鉴。

1 工程概况

桂花隧道位于四川省南充市顺庆区桂花乡。该隧道为双线隧道。洞内纵坡为（14‰，3 122 m）、（−3‰，100 m）的人字坡。桩号DK22+728～DK25+950，中心里程DK24+339，隧道全长3 222m。该隧道多处下穿水塘、房屋、道路，其中隧道出口下穿DK25+878～DK25+885水泥公路，埋深16 m，节理裂隙发育，粉质黏土覆盖层厚，存在塌方风险。整体而言，隧道安全风险、环境风险较高，施工难度大。

2 洞身施工

2.1 洞身开挖

台阶法开挖施工方法：先进行上部开挖，进行上部喷锚支护，再进行下部开挖，随即进行下部初期支护。开挖台阶长度根据施工机具条件与围岩情况确定，当围岩自稳能力较好时，台阶长度宜控制在10～50 m以内，围岩稳定性较差时，台阶长度宜控制在31788a0924718b9824ecab270d33b9b5ee40a982b60aa950d6dac734b36e6a2a9～10 m[1]。施工工艺见图1所示：

开挖中，各台阶长度、循环进尺、上下台阶高度应严格控制：开挖上台阶高度约5 m，上台阶长度约5 m，开挖下台阶高度约3 m，下台阶长度宜为20～30 m，仰拱开挖约2 m；在针对V级围岩的台阶法开挖过程中，每个循环的开挖支护进尺须严格控制，不得超出单榀钢架设定的间距。边墙的开挖支护进度也需遵循相应规定，每循环的开挖支护进尺不超过两榀钢架间距的限制。在仰拱开挖作业开始前，钢架锁脚锚杆的固定工作已经完成。每个循环的开挖进尺必须严格控制在3 m以内。隧道开挖后，初期支护工作应迅速展开并及时封闭成环，确保V级围岩的封闭位置距离掌子面的距离不超过35 m。此外，二次衬砌的施工与掌子面之间的距离也应得到有效控制，不得超过70 m的限制。

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针对不同级别的围岩，开挖方法的选择至关重要。在面临Ⅴ级围岩的洞口段和浅埋偏压段时，优先采用三台阶临时仰拱法进行施工，对于一般Ⅴ级围岩的深埋地段，考虑地质条件的相对稳定性和施工效率的需求，则选择采用三台阶法施工；Ⅳ级围岩地段采用三台阶法施工；Ⅲ级围岩地段采用台阶法。施工方法应根据地质条件、监控测量结果进行适时转换，并根据围岩情况，及时修正爆破参数，以期达到最佳爆破效果，并形成整齐准确的开挖面。

2.2 喷射混凝土

隧道初期支护喷射混凝土全部采用湿喷工艺。紧跟掌子面及时施作，并尽快封闭。将骨料、水泥、合成纤维和水充分搅拌混合均匀，各组分之间的比例和混合均匀度会直接影响到喷射物的强度、耐久性和其他物理特性。利用湿喷射机将混合均匀的物料压送到喷头处。在喷头处，需要再次添加速凝剂。通过喷头将添加了速凝剂的混合物料喷出，形成所需的喷射层。这一步骤需要精确控制喷头的喷射角度、距离和速度。在施工过程中，密切关注混合物的状态、喷射机的运行状态以及喷射层的质量，及时调整施工参数，施工人员也需做好个人防护，避免吸入粉尘或接触有害物质。喷混凝土料由洞外自动计量拌和站生产，混凝土搅拌车运输，湿喷机喷射，喷射混凝土必须做无底试件或大板试件，贯入法测一天的强度。湿喷混凝土施工工艺流程见下图2所示：

2.3 工字钢和格栅钢架制作与安装

工字钢钢架与连接板接头处焊缝及加强肋（角钢）要求焊缝饱满密实。型钢钢架对接接头应设置加筋板满焊密贴保证钢架受力。在洞内用高强螺栓连接成整体。洞内安装在初喷混凝土后进行，与定位筋焊接。钢架之间设纵向连接筋，钢架间湿喷混凝土填平。钢架拱脚必须安放在稳固的基础上（现场一般要求垫设钢板），拱脚两侧设锁脚锚杆（管），架立时钢架横向、纵向偏差、垂直度均需符合设计规范要求。当钢架和围岩之间间隙过大时设置混凝土楔形垫块（与初喷混凝土同强度）揳紧，再用喷射混凝土喷填。

Ⅴ级围岩工字钢架由12个单元组成，全环设置；Ⅳ级围岩格栅钢架由7个单元构成，拱墙设置；Ⅳ级围岩工字钢架由12个单元构成，全环设置。Ⅲ级围岩格栅钢架由7个单元组成，拱墙设置。钢架单元在洞外预制，由主筋、联系筋、角钢（厚度12 mm）焊接而成，焊接接头处焊缝为10 mm，各单元间以螺栓连接，螺栓孔眼中心间距公差不超过+0.5 mm，格栅钢架单元在施工时根据实际情况调整单元长度，并相应调整接头位置。格栅钢架与初喷混凝土间务求紧密接触，空隙处用混凝土垫块揳紧。钢架架设时可利用系统锚杆作为定位钢筋，并在钢架拱脚位置设置锁脚锚杆，钢架脚必须放在牢固的基础上。钢架在初喷后架设，再复喷至设计厚度。复喷支护面与二衬之间空隙用于二衬同级混凝土回填。

衬砌类型为Ⅴa的段落在架立钢架后，设置I18临时横撑；衬砌类型为Ⅴb、Ⅴc架立上台阶钢架后，设置I18临时钢架（横撑），喷临时仰拱。I18横撑连接处或与钢架连接处均设置钢垫板（240×200×16mm），I18横撑为临时支护，施工中倒换使用。

2.4 超前小导管施工

（1）小导管采用Φ42 mm热轧无缝钢管加工，长度为3.5 m，环向每米3根，其纵向搭接长度不小于1 m，并注水泥砂浆预加固围岩[2]。小导管施工工艺流程见图3所示：

（2）施工方法：采用风动凿岩机进行钻孔作业是高效且精准的方式。人工安装超前小导管，并与钢架焊接固定，注浆作业采用注浆泵，注入水泥单液浆，注浆压力控制在0.8 MPa。小导管前端为尖锥形，便于顶入孔中；尾部焊接有φ8 mm钢筋加劲箍，增强了其结构强度；管壁上每隔15 cm交错钻眼，眼孔直径为6～8 mm。

导管外露部分不超过20 cm。进浆速度要进行严格的把控，每根导管内的浆液进量维持在每分钟不超过30升的范围内。在处理软弱围岩地段时，特别注意小导管的安装，小导管应沿格栅钢架的中部打入，与钢架进行焊接，从而形成一个稳定的预支护体系。在注浆操作之前，为了防止浆液外泄，要在掌子面上均匀地喷射一层5～10 cm厚的混凝土，形成一道止浆墙。在注浆过程中，关注单孔注浆量的变化。一旦单孔的注浆量达到预设的设计注浆量标准，即表示该孔的注浆作业已完成，可以结束注浆操作。

2.5 衬砌施工

（1）仰拱施工

桂花隧道为III、IV、Ⅴ级围岩，衬砌采用曲墙带仰拱衬砌断面形式，仰拱及其与边墙的连接形式是影响隧道结构整体强度的重要因素，Ⅴ级围岩距掌子面距离小于35 m。为保证洞内车辆和机械的通行，在施工地段设仰拱栈桥，仰拱栈桥采用工字钢制作，一端支撑在枕木垛上，另一端支撑在已浇筑完的混凝土上，下面设橡胶垫对混凝土面进行保护。仰拱栈桥移动利用机械牵引，桥下预留满足仰拱、填充及铺底钢筋绑扎或混凝土浇筑施工需要的空间。浇筑前，对隧底进行清理，经监理工程师检查合格后浇筑。为保证仰拱曲率，该隧道采用大块定型钢曲模，曲模上口采用丝杠调整开口尺寸，通过钢管、顶托与栈桥相连防止曲模上浮。混凝土浇筑采用罐车直接浇筑，从前到后一次浇筑成形，附着式振捣器捣固。

（2）仰拱填充

仰拱和填充分次浇筑，待仰拱混凝土强度达到规定要求后进行填充混凝土施工，为提高仰拱混凝土的早期强度，仰拱混凝土在拌制时可按试验确定的配合比掺加早强剂。

（3）拱墙衬砌施工

在洞外设立搅拌站，对混凝土进行集中拌制，通过混凝土搅拌运输车运输至洞内，混凝土在运输过程中防止出现离析、分层等现象。在泵送过程中，控制好泵送速度和压力，避免对模板和钢筋造成过大的冲击。插入式振捣器可以通过振动使混凝土中的气泡排出，振捣过程中，注意控制振捣时间和强度。灌注时采用两侧对称灌注的方式，控制两侧灌注高差，防止因侧压力过大而导致台车移位。

当混凝土灌注至拱顶时，采用挤压式泵送混凝土灌注。输送泵在供混凝土时应尽量保持连续运转。输送管的布置应尽量保持直线，减少转弯。在泵送前，对管道进行润滑处理，以减少摩擦阻力，提高泵送效率。此外，根据气候条件、混凝土强度等因素制定合理的养护方案。

3 结论

隧道洞身施工的成功与否，关键在于是否根据地质条件和围岩级别的不同，灵活选择和应用开挖方法。全断面法、台阶法等多种开挖方法的合理运用，能够有效提高施工效率。支护技术在隧道洞身施工中占据重要地位。超前导管支护、格栅或型钢钢架等支护措施的有效实施，对于防止围岩变形具有至关重要的作用。

参考文献

[1]吴杨.公路隧道洞身开挖施工技术[J].交通世界，2024（Z2）：209-211.

[2]莫振谨.不同围岩级别下的隧道洞身开挖施工方法分析[J].西部交通科技，2018（8）：151-155.

收稿日期：2024-06-13

作者简介：唐刚（1992—），男，本科，工程师，主要从事铁路施工工作。