導語：如何才能寫好一篇隧道開挖要求，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：三臺階七步開挖法 大斷面 淺埋 施工工藝

0 引言

三臺階法又稱弧形導坑留核心土法。上部留核心土可以支擋開挖工作面，利于及時施做拱部初期支護增強開挖工作面穩(wěn)定。核心土及下部開挖在拱部初期支護下進行，施工安全性較好。三臺階開挖法能及早的使支護結(jié)構(gòu)形成閉合斷面，更利于控制隧道的內(nèi)空變位速度和變位量，更利于控制地表下沉量。實際施工中，臺階長度可根據(jù)需要適當調(diào)整。

下面以老寨隧道為工程實例，詳細介紹三臺階開挖法在軟巖隧道中的應用。

1 工程概況

老寨隧道為分離式隧道，左幅隧道起訖樁號為ZK38+425～ZK38＋870，L＝445m，最大埋深約83m；右幅隧道起訖樁號為YK38+440～YK37+815，L=375m，最大埋深約75m。隧道區(qū)地處貴州高原東南部山區(qū)向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，隧道位于從江縣獨洞鄉(xiāng)北西1.10km處，因處于黔東南山區(qū)，交通條件較差。

區(qū)域內(nèi)地下水為基巖裂隙水，地下水主要靠大氣降水沿巖層層面及風化節(jié)理面垂直下滲補給。雨季，大氣降水一部分順坡面向東運移向地勢低洼處的沖溝兩側(cè)以散狀徑流排泄，一部分向西運移向地勢低洼處的沖溝兩側(cè)以散狀形式徑流排泄。隧道區(qū)基巖風化節(jié)理裂隙發(fā)育，且存在東、西沖溝內(nèi)兩側(cè)地下散水排泄，雨季可能出現(xiàn)突發(fā)性涌水。地表未見泉點出露。隧道區(qū)內(nèi)巖性組合較簡單，場地穩(wěn)定性較好，隧道出口左幅存在一定偏壓，經(jīng)處理后適宜隧道建設。

2 施工方案與方法確定

如果施工斷面大，則一定要根據(jù)施工原則選擇合理的施工方案，即重地質(zhì)、管超前、短開挖、強支護、快封閉、早成環(huán)，我們主要采用三臺階七步開挖法進行老寨隧道的開挖。

三臺階七步開挖法進行隧道開挖，主要包括上、中、下臺階及仰拱四項分部工程，前后左右7個不同的開挖面相互錯開同時開挖，構(gòu)成整體的支護，以節(jié)省作業(yè)循環(huán)時間，盡快向縱深挖掘。拱部進行環(huán)形開挖將中部的核心土留出來，使掌子面保持穩(wěn)定狀態(tài)。另外，中、下部的開挖同樣也采用環(huán)形開挖的方法，預留中部土體，以穩(wěn)定掌子面。下面簡要分析三臺階七步開挖法的特點：

2.1 施工空間大，多個作業(yè)面中大型施工機械可平行施工，工作效率高?？刹捎猛诰驒C對于有的軟巖地段的下半部斷面進行開挖，無需爆破，盡量不對圍巖造成太大的擾動。

2.2 有的隧道工程處于地質(zhì)構(gòu)造比較復雜的地段，施工時要適時根據(jù)實際情況調(diào)整施工方案，盡量不拖延施工進度。

2.3 適應多種斷面形式和不同跨度，初期支護工序操作便捷。

2.4 混凝土仰拱超前施作，便于初期支護及時閉合不承載。

2.5 為取得預期的施工效果，應全斷面一次施作防水層和灌筑混凝土襯砌。

2.6 對設備沒有特殊的要求，操作性強，節(jié)省建設資金，可廣泛應用到開挖施工中。

2.7 當圍巖變形較大或突變時，可盡快調(diào)整閉合時間。

對施工方案進行分析比選之后，最后決定通過三臺階七步開挖法進行老寨隧道的開挖施工。

3 施工工藝

3.1 工藝要求

3.1.1 本隧道穿越Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ級圍巖，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復雜，隧道系統(tǒng)錨桿選用D25中空注漿錨桿，錨桿必須設置墊板，施工時錨桿墊板必須與圍巖密貼。

3.1.2 鋼支撐尺寸圓順，架立準確，且密貼圍巖，其橫向和高程允許偏差±50mm，垂直度允許偏差±2°。

3.1.3 噴射混凝土采用濕噴工藝。

3.1.4 二次襯砌施作時必須先澆筑仰拱，然后進行拱、墻部二次襯砌澆筑。

3.1.5 二次襯砌澆筑應采用模板臺車泵送混凝土整體澆筑，以保證二次襯砌的密實。

3.1.6 小導管注漿壓力為0.5～1MPa，管棚注漿壓力為1～2MPa，壓力穩(wěn)定時間為1～5分鐘，漿液配合比及注漿量可根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況酌情調(diào)整。

3.1.7 防排水嚴格執(zhí)行《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2001），防水板接頭要嚴格密封并充氣，采用標準荷載檢測，各類施工縫、沉降縫防水構(gòu)造安裝準確、到位。

3.1.8 施工過程中加強監(jiān)控量測，及時分析處理數(shù)據(jù)，調(diào)整支護參數(shù)。

3.1.9 左幅隧道榕江段應按照相關(guān)設計圖對邊仰坡及擋墻、護拱等施作后方可進洞。

3.2 工藝原理

通過三臺階七步開挖法進行隧道開挖施工，主要采用弧形導坑開挖預留核心土的施工方案,它包括上、中、下三個臺階七個開挖面；同時，采用沿隧道縱向錯開和平行推進的方法進行各個分部工程的開挖和支護施工。

3.3 工藝流程

3.4 三臺階七步開挖法施工步驟

3.4.1 上部弧形導坑開挖：進行拱部超前支護后，采用環(huán)向開挖的方法開挖上部弧形導坑，并預留3～5m的核心土，核心土的寬度最好是隧道開挖寬度的1/3～1/2。按初期支護鋼架之間的距離確定開挖循環(huán)進尺的長度，并將其控制在1.5m以內(nèi)，開挖后盡快初噴3～5cm混凝土。上臺階開挖后盡快開始噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護的施工，同時架設鋼架，鋼架拱腳往上30cm的地方要打設鎖腳錨桿，注意使其與鋼架兩側(cè)貼緊，根據(jù)厚度要求進行混凝土的覆噴。

3.4.2 左、右側(cè)階開挖：開挖進尺必須按照初期支護鋼架之間的距離而定，一般要控制在1.5m以內(nèi)，高度不得超過3～3.5m，左側(cè)臺階與右側(cè)臺階應錯開2～3m的距離，開挖后要初噴3～5cm混凝土，還要盡快開展噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護施工，接長鋼架，在鋼架墻腳向上30cm的地方，按30°的下傾角緊貼鋼架兩側(cè)打設鎖腳錨桿，鋼架和鎖腳錨桿的焊接要牢固可靠，最后根據(jù)施工要求復噴混凝土。

3.4.3 左、右側(cè)下臺階開挖：按初期支護鋼架之間的距離來確定開挖進尺的長度，且不得超過1.5m的既定范圍，開挖時保持3～3.5m的高度，左側(cè)臺階與右側(cè)臺階錯開2m～3m，開挖后盡早初噴3～5cm混凝土，并在最短的時間內(nèi)開始噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護施工，接長鋼架，在鋼架墻腳向上30cm的地方，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設鎖腳錨桿，要牢固焊接鎖腳錨桿和鋼架，再按厚度要求完成混凝土的復噴。

3.4.4 上、中、下臺階預留核心土：上、中、下臺階開挖時要預留核心土，且各個臺階開挖進尺長度要和循環(huán)進尺長度相同。

3.4.5 隧底開挖：每循環(huán)開挖長度最好是2～3m，開挖后盡快進行仰拱初期支護的施工，兩個隧底開挖和支護循環(huán)結(jié)束以后，就開始仰拱的開挖，并將仰拱分段長度控制在4～6m。

3.5 三臺階七步開挖法施工注意事項

3.5.1 采用三臺階七步開挖法施工的隧道，應將超前地質(zhì)預報納入施工工序，及早封閉成環(huán)以保證施工安全。

3.5.2 施工中，為避免圍巖松弛，提高隧道開挖施工的安全系數(shù)，應提前了解當?shù)氐乃牡刭|(zhì)狀況，根據(jù)設計規(guī)范做好超前支護。斷層、破碎帶等某些施工地段地層自穩(wěn)性不好，需要根據(jù)施工要求加強超前支護。

3.5.3 采用三臺階七步開挖法進行隧道開挖施工必須注意以下幾點：①以機械開挖為主，需要時強輔以弱爆破；②弧形導坑的開挖必須順著開挖輪廓線環(huán)向進行，同時預留核心土，開挖后還要及時進行支護施工。③采取平行開挖的方法進行其余分步的開挖，初期支護也要平行施作，以確保其緊密銜接，然后封閉成環(huán)。④結(jié)束下臺階的開挖后及時進行仰拱開挖，使其盡快封閉成環(huán)，構(gòu)成整體支護。⑤實時監(jiān)控開挖過程，對支護參數(shù)進行合理的調(diào)整，并預留變形量，提高施工的安全系數(shù)。⑥為避免拱墻腳基礎被地下水浸泡，洞內(nèi)必須設有臨時防排水系統(tǒng)。

4 施工安全、質(zhì)量控制措施

4.1 洞頂、洞口防排水系統(tǒng)要在隧道進洞前就設置妥當。鋪砌洞口和洞頂?shù)呐潘疁希⒂蒙皾{抹面，以免下滲的施工用水及地表水對結(jié)構(gòu)安全造成破壞。

4.2 運用三臺階七步開挖法開展隧道施工活動，為防止長時間暴露而影響圍巖穩(wěn)定性，上下工序必須緊密銜接。

4.3 臺階不宜過長，開挖時要預留3～5m的核心土，其寬度最好占隧道開挖寬度的1/3～1/2。

4.4 運用三臺階七步開挖法進行隧道開挖，必須按設計要求確定開挖長度，一般控制在1.5m以內(nèi)，循環(huán)進尺長度要按實際圍巖地質(zhì)狀況而定；開挖后初噴3～5cm混凝土，避免圍巖長時間暴露。

4.5 超前支護必須符合施工要求，其外插角的控制是重點，按注漿工藝加固地層，做好超前支護后再進行隧道開挖。

4.6 中、下臺階左、右側(cè)錯開2～3m再開挖，不允許對開。

4.7 人工開挖隧道四周預留的30cm的地方，然后用機械進行其余部位的開挖；開挖時通過弱爆破的方法進行局部爆破，為避免對圍巖造成大的擾動，注意不要超挖。

4.8 根據(jù)施工要求制作鋼架。在堅實基面上架設鋼架，注意不要用虛碴回填拱（墻）腳或使其懸空，牢固焊接鎖腳錨桿（管）和鋼架。

4.9 超挖的部分一定要回填密實，初期支護背后不允許有空洞。為確保圍巖和初期支護密貼，也可采用注漿回填。

4.10 開挖時可通過擴大拱（墻）腳初期支護基礎，安裝拱（墻）腳槽鋼墊板和鋼架拱（墻）腳部位縱向連接筋、加強拱（墻）腳承載力、增設拱（墻）腳鎖腳錨桿（管）等施工方法對變形進行有效的控制。

4.11 根據(jù)施工要求嚴格進行監(jiān)測工作，并參照監(jiān)測數(shù)據(jù)對支護參數(shù)做出適當?shù)恼{(diào)整，合理安排二次襯砌的施作時間，推行信息化施工管理。

4.12 隧道施工應加強洞內(nèi)通風，作業(yè)環(huán)境應符合職業(yè)健康及安全標準。

4.13 進一步完善洞內(nèi)臨時防排水系統(tǒng)，注意防止拱（墻）腳被積水浸泡或隧道開挖現(xiàn)場積水漫流而影響基底承載力。反坡施工時，應設置集水坑將水集中抽排。如果地層含水較多，最好在上臺階開挖工作面周圍增設一條橫向水溝，使水沿兩側(cè)的排水溝或由隧道中部排出；還可以結(jié)合井點降水等方法，使地下水位下降到隧道仰拱以下，以確保正常開展施工活動。

5 監(jiān)控量測

隧道按照《噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范》的要求以量測資料為基礎及時修正初期支護參數(shù)，實施動態(tài)設計、施工。圍巖量測采用BJSD-2型激光隧道限界檢測斷面儀和NA28水準儀等進行周邊水平收斂和拱頂下沉量測。將洞內(nèi)外觀察、凈空水平收斂量測和拱頂下沉量測列為必測項目，必要時在隧底增設隧底上鼓量測及地表沉降量測項目。量測斷面間距5～10m。

6 結(jié)語

對大斷面淺埋偏壓隧道施工特點進行分析之后，根據(jù)理論計算，施工單位決定利用三臺階七步開挖法開挖老寨隧道。這種施工方法后幫助施工單位攻克了多項技術(shù)難題，施工中有助于對各道工序進行有效的控制，提高了作業(yè)安全系數(shù)、保證工期的前提下，也取得了預期的施工效果；施工月平均進尺85m，真正做到了大斷面隧道快速掘進。這項工程也能為其他地質(zhì)復雜的大斷面軟巖隧道開挖提供有借鑒價值的資料。

參考文獻:

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關(guān)鍵詞: 隧道開挖; 方法；開挖技術(shù); 要點分析

中圖分類號：u45文獻標識碼： A

引言

我國是一個多山的國家, 在山區(qū)修建高速公路必然產(chǎn)生大量的隧道工程。目前, 仍然沒有十分完善的地下結(jié)構(gòu)理論來指導隧道工程的設計和施工, 有時候仍然避免不了工程事故的發(fā)生。因此, 應該根據(jù)不同的地質(zhì)條件, 采用相應的施工技術(shù), 確保隧道的施工安全和使用安全。

一、隧道開挖方法的選擇極其適用條件

1、在當前的施工實踐中，從施工造價及施工速度考慮，施工方法的選擇順序為：全斷面法、臺階法、環(huán)形開挖留核心土法、中隔壁法、交叉中壁法、雙側(cè)壁導坑法；從施工安全角度考慮，其選擇順序應反過來。如何正確選擇，應根據(jù)實際情況綜合考慮，但必須符合安全、快速、質(zhì)量和環(huán)保的要求，達到規(guī)避風險、加快進度和節(jié)約投資的目的。

2、適用條件：I～IV 級圍巖，在用于Ⅳ級圍巖時，圍巖應具備從全斷面開挖到初期支護前這段時間內(nèi)，保持其自身穩(wěn)定的條件。有鉆孔臺車或自制作業(yè)臺架及高效率裝運機械設備。隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短，根據(jù)經(jīng)驗一般不應小于lkm ，否則采用大型機械化施工，其經(jīng)濟性較差。

二、隧道開挖的具體方法探究

1、全斷面開挖法全斷面開挖法就是按照設計輪廓一次爆破成形，然后修建襯砌的施工方法。其施工特點有：開挖斷面與作業(yè)空間大、干擾小。有條件充分使用機械，減少人力。工序少，便于施工組織與管理，改善勞動條件。開挖一次成形，對圍巖擾動少，有利于圍巖穩(wěn)定。

2、臺階法是先開挖上半斷面，待開挖至一定長度后同時開挖下半斷面，上、下半斷面同時并進的施工方法；按臺階長短有長臺階、短臺階和超短臺階三種。近年由于大斷面隧道的設計，又有三臺階臨時仰拱法，甚至多臺階法。至于施工中究竟應采用何種臺階法，要根據(jù)以下兩個條件來決定，一是初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，閉合時間要求越短；二是上斷面施工所用的開挖、支護、出碴等機械設備施工場地大小的要求。在軟弱圍巖中應以前一條為主，兼顧后者，確保施工安全。在圍巖條件較好時，主要是考慮如何更好的發(fā)揮機械效率，保證施工的經(jīng)濟性，故只要考慮后一條件。

臺階開挖法的優(yōu)缺點：臺階開挖法可以有足夠的工作空間和相當?shù)氖┕に俣?。但上、下部作業(yè)有干擾；臺階開挖雖增加對圍巖的擾動次數(shù)，但臺階有利于開挖面的穩(wěn)定。尤其是上部開挖支護后，下部作業(yè)就較為安全，但應注意下部作業(yè)時對上部穩(wěn)定性的影響。

3、環(huán)形開挖留核心土法環(huán)形開挖進尺宜為0.5～1.0m ，核心土面積應不小于整個斷面面積的50% 。開挖后應及時施工噴錨支護、安裝鋼架支撐，相鄰鋼架必須用鋼筋連接，并應按施工要求設計施工鎖角錨桿。圍巖地質(zhì)條件差，自穩(wěn)時間短時，開挖前應按設計要求進行超前支護。核心土與下臺階開挖應在上臺階支護完成后、噴射混凝土達到設計強度的70% 。中隔壁法中隔壁法是在軟弱圍巖大跨度隧道中，先開挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁，然后再開挖另一側(cè)的施工方法，主要應用于雙線隧道Ⅳ級圍巖深埋硬質(zhì)巖地段以及老黃土隧道地段。

4、交叉中隔壁法

交叉中隔壁法是在軟弱圍巖大跨隧道中，先開挖隧道一側(cè)的一或二部分，施作部分中隔壁和橫隔板，再開挖隧道另一側(cè)的一或二部分，完成橫隔板施工；然后再開挖最先施工一側(cè)的最后部分，并延長中隔壁，最后開挖剩余部分的施工方法。采用短臺階法難確保掌子面的穩(wěn)定時，宜采用分部尺寸小的交叉中隔壁法，該工法對控制變形是比較有利的。

5、新奧法隧道開挖

新奧法隧道開挖的基本原則是在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖的擾動前提條件下，選擇恰當?shù)拈_挖方法，并應盡量提高掘進速度。即在選擇開挖方法時，一方面應考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式，另一方面應考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅硬程度，選擇能快速掘進，并能減少對圍巖的擾動方法。光面爆破在隧道工程中的應用己經(jīng)十分廣泛，它不僅能提高隧道的掘進速度，科學有效的控制爆破，還能避免過大的超欠挖，保證后期支護效果。光面爆破的實質(zhì)就是在隧道掘進設計斷面

的輪廓線上布置加密的周邊眼，減小藥包直徑，減少裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以控制炸藥爆破能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值作用，削減它在巖石中引起的應力波強度，避免在炮孔周圍產(chǎn)生壓碎區(qū)，而使爆破作用集中到需要爆落的一側(cè)巖體上，減弱對原巖體的破壞作用。

新奧法支護方法噴射混凝土向洞室內(nèi)表面圍巖噴射混凝土，能使被裂隙分割的巖塊體粘接起來，保持巖塊體的咬合和鑲嵌作用，通過提高巖塊體的粘接力和摩擦力來有效的防止圍巖松動，并避免或緩和了應力集中現(xiàn)象的發(fā)生，而且給圍巖表面以抗力和剪力，使圍巖處于有利于穩(wěn)定的三軸應力狀態(tài)，并通過噴混凝土層自身的結(jié)構(gòu)剛度，來阻止不穩(wěn)定體的坍塌。噴射混凝土自身有一定的剛度，能夠抵抗巖土體的坍塌，并且往往和其它支護方法共同作用，承受支護結(jié)構(gòu)的受壓變形，因此噴射混凝土支護方法是現(xiàn)代隧道施工最常用的方法之一。

三、隧道開挖要點技術(shù)的探究分析

1、為了確保隧道施工的安全與穩(wěn)定，在軟弱圍巖地段施工中必須遵循“弱爆破、少擾動、短開挖、強支護、勤量測、緊襯砌”的原則，在施工中應采取以下措施:

（1）在隧道工程開挖施工過程中嚴格遵循管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤測量的方針。開挖嚴格控制超挖、減少超挖, 保持土體的原狀結(jié)構(gòu), 減少對周邊土體的擾動。開挖過程中, 加強觀察附近已有建筑或構(gòu)筑物、道路、管線及監(jiān)控量測工作，注意觀察有無下沉和變形，以便發(fā)現(xiàn)施工安全隱患, 并通過監(jiān)測反饋及時調(diào)整開挖程序, 及時采取防護措施。施工中經(jīng)常檢查初支情況, 如發(fā)現(xiàn)初支有松動、開裂等情況, 應及時加固。測量組應定期對平面控制樁、水準點、隧道中線、水平標高等復測檢查。

（2）每次開挖循環(huán)進尺以設計的兩榀鋼架間距為限，并即時施作支護，以達到短、開挖，強支護的目的。

（3）采用短臺階法開挖，以利快出碴快循環(huán);加強圍巖監(jiān)控量測，及時分析處理測量數(shù)據(jù)，以利進行下一階段施工預控制，對隧道施工實行動態(tài)技術(shù)指導，確保施工的安全和隧道穩(wěn)定。

2、以上內(nèi)容介紹了軟弱圍巖地段隧道開挖法，下面主要分析的是與軟弱圍巖不同的Ⅰ--Ⅲ類隧道圍巖的光爆開挖。在施工中主要措施有：采用人工風動鑿巖機鉆孔，砼噴射機械手、濕噴機濕噴混凝土、挖裝機裝碴。施工中合理調(diào)整工序，實行“鉆爆、裝碴、運輸”機械化一條龍作業(yè)。

I類圍巖地段采用全斷面鉆進式注漿錨桿或管棚預注漿加固圍巖并堵水，短進尺、微臺階開挖，全斷面設鋼架結(jié)合掛網(wǎng)、錨噴混凝土初期支護。及時做仰拱形成閉合環(huán)，鋼筋混凝土模筑襯砌。

II類圍巖地段采用小導管預注漿或鉆進式注漿錨桿、短進尺，微臺階開挖，全斷面設鋼架結(jié)合掛網(wǎng)，錨噴混凝土初期支護，及時施做仰拱形成閉合環(huán)，二次模筑砼襯砌。采用短進尺，微臺階法施工，上弧導先行超前三至五米。開挖后，加設型鋼鋼架，網(wǎng)噴混凝土支護。下導坑開挖先拉中槽，然后跳邊墻挖馬口，對應上弧導，架設型鋼鋼架，網(wǎng)噴混凝土支護。

Ⅲ類圍巖采取全斷面方法開挖。在施工中應采取以下措施：每次開挖循環(huán)進尺以設計的兩榀鋼架間距為限，并即時施作支護，以達到短開挖，強支護的目的； 采用短臺階法開挖，以利快出碴快循環(huán)；加強圍巖監(jiān)控量測，及時分析處理量測數(shù)據(jù)，以利進行下一階段施工預控制，對隧道施工實行動態(tài)技術(shù)指導，確保施工的安全和隧道穩(wěn)定；根據(jù)隨時掌握的圍巖動態(tài)和掘進所提示的工程地質(zhì)情況，對地質(zhì)發(fā)生變化的特殊不良地段可進一步采取加強支護措施，如加密鋼支撐，噴自私自利射砼封閉掌子面，超前錨桿，小鋼管、小導管注漿臨時仰拱封底等多種行之有效的措施加以綜合治理。

結(jié)束語

隧道的施工方法很多，我們要根據(jù)不同的地質(zhì)情況進行選擇。隧道開挖是施工的重要工序,開挖方法的選擇不僅決定隧道的施工進度,而且嚴重影響到施工安全,科學合理的選擇隧道開挖方法十分重要。因此，必須加快基礎設施建設的步伐，然后對隧道的建設采用正確的開挖方法，最后要在隧道施工的過程中把握好施工技術(shù)的要點。隨著隧道建設的需求，盾構(gòu)隧道的大深度地下利用、各種 斷面形式盾構(gòu)機的研制和盾構(gòu)施工的安全性、經(jīng)濟性等成為盾構(gòu)施工今后的發(fā)展方向，也只有做到了以上幾點就一定能實現(xiàn)我國交通運輸?shù)母咚倩椭剌d化。

參考文獻:

[1]陳亮.隧道洞身開挖施工方法比選[ J].商品與質(zhì)量, 2009(S1): 31- 33.

篇3

【關(guān)鍵詞】 石質(zhì) 大斷面擴挖隧道 開挖方法優(yōu)化

中圖分類號： C35 文獻標識碼： A

1、前言

福州市二環(huán)路金雞山隧道位于福州市主城區(qū)，是福州市二環(huán)線的一部分，是城區(qū)通往火車站的主要通道。金雞山既有隧道為分離兩車道市政公路隧道，為滿足通行要求將原有隧道拆除擴建為四車道，該隧道擴建工程是大跨度小間距既有隧道拓寬工程，該隧道施工技術(shù)難度大、安全風險高、工程工期緊、社會影響大。由于隧道穿越地層地質(zhì)主要為強風化-中風化花崗巖，巖體受原隧道施工應力釋放后破碎程度進一步加強，屬中硬巖，開挖時需要分斷面鉆爆作業(yè)。原設計開挖方案為CRD（交叉中隔壁）開挖方案。CRD開挖的臨時支撐對上下臺階交通干擾影響，爆破作業(yè)對臨時豎撐和橫撐的破壞，對隧道整體安全產(chǎn)生較大影響，按照原方案施工作業(yè)難以開展。為能解決上述問題，針對原設計的CRD開挖方法進行優(yōu)化，總結(jié)出適合類似巖層大斷面隧道開挖方法。

2、原設計開挖方案

隧道原設計開挖方法為：V級、V級加強段采用交叉中隔壁（CRD）施工法施工，IV級段采用中隔壁（CD）法施工，中隔壁及臨時仰拱均采用I14工字鋼+18cm厚C25噴射混凝土，其中IV級圍巖地段不設臨時仰拱， V級圍巖地段交叉中隔壁原設計開挖施工工序詳見下圖：

3、原設計開挖方案存在的制約

1、按照原設計先開挖既有隧道側(cè)，上臺階臨時中隔壁I14工字鋼拱腳落在既有隧道初期支護背后圍巖松散區(qū)，該處由于圍巖出現(xiàn)不同程度松散，在豎向荷載作用下下沉變形大，不利于中隔壁穩(wěn)定，為此我部經(jīng)優(yōu)化后將臨時中隔壁置于既有隧道襯砌混凝土上，能提高臨時中隔壁豎向承力能力有效控制初期支護沉降量。同時若按照設計弧度設置中隔壁，對既有襯砌產(chǎn)生水平向圍巖推力，由于背后有松散空洞區(qū)，容易將襯砌混凝土推裂造成中隔壁失穩(wěn)，為此將原設計弧形中隔壁調(diào)整為垂直中隔壁，有利于豎向荷載的傳遞。優(yōu)化方案如下圖所示：

2、本隧道均為石質(zhì)圍巖，需要進行爆破作業(yè)，爆破時對已完成的臨時支撐影響極大，極易造成對已施工的永久支護松動脫落，造成重大安全風險。

3、原方案中上臺階開挖支護時就安裝臨時仰拱，臨時將上下臺階分隔成兩個空間，機械設備無法到作業(yè)掌子面施工，各作業(yè)面僅能靠人工開挖及支護，施工效率低下，一般土質(zhì)隧道CRD方法開挖月進尺30米左右。石質(zhì)隧道若沒有大型設備出渣，施工進度將比土質(zhì)隧道CRD開挖方法慢的多，工程進度難以保障。

土質(zhì)隧道CRD施工照片

4、針對制約問題優(yōu)化后的施工方案

開挖方案優(yōu)化原則：在保證隧道質(zhì)量、安全的前提下，以監(jiān)控量測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對隧道原設計CRD工法進行了局部優(yōu)化。保證優(yōu)化后的方案能滿足結(jié)構(gòu)安全要求，能有效控制隧道拱頂及兩側(cè)收斂，同時便于大型設備施工，以提高工作效率。首先對臨時支護進行調(diào)整，將原設計弧形臨時支撐優(yōu)化為直線型，使型鋼能較好的傳遞豎向或水平荷載；其次對開挖順序進行優(yōu)化，先后開挖施工上臺階兩個導洞，再開挖施工下臺階兩個導洞；由于下臺階爆破作業(yè)時是采取松動抬爆，對臨時橫撐造成沖擊從而對整個初期支護造成影響。若上臺階開挖施工時完成上臺階豎向支撐體系施工但不施工臨時仰拱，臨時橫撐待下臺階開挖支護一段后再施工，能保證上下臺階交通暢通，發(fā)揮大型設備的工作效率，施工工期能滿足要求。若按原設計的CRD施工方法，上臺階僅能靠人工進行開挖出碴工效低，若為土質(zhì)圍巖人工開挖施工可以實施，但本隧道圍巖均為石質(zhì)人工無法開挖。

優(yōu)化后施工順序為：

⑴先擴挖既有隧道側(cè)上臺階，并完成初期支護及臨時豎撐及橫撐施工，緊靠臨時支護側(cè)多開挖30-50cm，使臨時豎撐施工完畢后擴挖側(cè)巖壁與豎撐留有30-50cm空間，防止擴挖側(cè)爆破時沖擊臨時豎撐。洞口30m范圍內(nèi)盡量采用機械開挖，若有機械難以開挖的局部松動爆破后再使用機械開挖。

⑵滯后既有隧道上臺階10米左右開挖擴挖隧道上臺階部分，并完成上臺階初期支護施工，此時隧道初期支護兩側(cè)拱腳垂直落底具有較好的承力能力。臨時豎撐能有效支撐拱頂位置，減少拱頂下沉收斂。兩側(cè)鋼支撐在豎向壓力下產(chǎn)生水平向外的推力，能有較好的抵抗兩側(cè)圍巖向內(nèi)收斂。建議臨時橫撐不施工噴射混凝土，左側(cè)導洞增加2排縱向I14工字鋼連接，右側(cè)導洞增加3排工字鋼連接。以減輕臨時橫撐重量。

⑶既有隧道上臺階進尺30米左右后，開始開挖既有隧道側(cè)下臺階。洞口段開挖逐榀開挖逐榀支護，待洞口段支護5-10米后可進入正常開挖支護，正常每次保持在2-3榀一次。下臺階鋼架拱腳加長30cm，拱腳深入隧底基巖內(nèi)起到臨時仰拱作用。下臺階開挖時加強對拱頂及兩側(cè)監(jiān)控量測，一旦發(fā)現(xiàn)下沉及收斂過大時停止施工，并采取有效措施進行加固。待洞口段施工30m左右后，通過監(jiān)控量測觀察圍巖下沉收斂情況，若初支處于穩(wěn)定狀態(tài)，可將臨時仰拱滯后至下臺階開挖后再施工。

⑷該側(cè)下臺階開挖5米后開挖另一側(cè)下臺階并完成支護。

⑸滯后左側(cè)臺階5米左右開挖左側(cè)隧底，施工隧底支護并將豎撐接長至隧底，使左側(cè)導洞封閉成環(huán)。洞口段隧底開挖一次控制在2-3榀，洞內(nèi)段控制在3米左右。 臨時豎撐在仰拱及填充段內(nèi)不施做噴射混凝土，施工仰拱時將工字鋼澆筑在仰拱及填充內(nèi)。

⑹滯后右側(cè)5米左右開挖既有隧道側(cè)隧底并完成隧底支護，隧底開挖一次控制在3米以內(nèi)，開挖后立即完成隧底支護，使隧道支護封閉成環(huán)。

⑺待隧道初期支護落底成環(huán)后拆除臨時橫撐，每拆除6-9米后利用仰拱棧橋分幅澆筑仰拱及填充。

⑻待仰拱填充完成一段后，開始逐榀拆除臨時支撐，臨時支撐拆除要逐步推進，及時完成防水板、鋼筋布設，并立即澆筑襯砌混凝土，要求拆除的臨時至已完成的二襯混凝土距離不超過20米。同時加大對臨時支撐拆除段支護監(jiān)控量測頻率，一旦發(fā)現(xiàn)支護下沉收斂加劇后立即停止拆除，并采用剛度較大的300*6的鋼管支撐，并對支護后圍巖進行注漿加固。

優(yōu)化后方案對施工順序?qū)Ф撮_挖順序、中隔壁進行了優(yōu)化，同時根據(jù)洞口段施工情況再適當調(diào)整臨時橫撐的施工時間，即洞口段開挖上臺階后施工臨時橫撐，待施工30米后且圍巖變形收斂趨于穩(wěn)定時，將臨時橫撐滯后至下臺階開挖后再施做，有利于上下臺階通行，使得上臺階能充分利用機械設備。能大大加快施工進度同時隧道施工安全也能得到保證。

5、優(yōu)缺點比較

安全風險比較：原設計方案為標準隧道CRD開挖方法，對于土質(zhì)軟巖隧道更為適合，能有效控制軟弱圍巖下沉量及收斂，但對需爆破的石質(zhì)隧道來說，臨時橫撐及豎撐緊貼巖面使得原有巖體臨空面封閉增加爆破難度，臨時支撐緊貼待爆破巖面，爆破時爆破能量及震動直接通過巖體作用到臨時支撐上，極易造成臨時支撐移位、變形甚至破壞，從而導致永久支護松動損壞，對安全不利。優(yōu)化后方案臨時支撐沒有與巖面接觸，不受爆破施工影響，另外豎向支撐自開挖至隧道初期支護成環(huán)始終能保持豎向持力，對控制隧道拱頂下沉較為有利，隧道開挖下臺階邊墻收斂最不利時及時加上橫撐，能有效控制隧道邊墻收斂值。

施工進度比較：原方案受臨時橫撐影響將隧道上下臺階隔斷，上臺階與下臺階無法通行交通，上臺階施工僅能依靠人工和小設備施工，正常土質(zhì)隧道全斷面施工進度在20-30米/月，石質(zhì)隧道施工進度將更受制約，按30米每月計算，右線隧道V級圍巖423米，IV級圍巖144米，按照原設計方法隧道雙頭掘進V級圍巖需要7個多月，IV級圍巖需要1個月，開挖施工需要近9個月時間。優(yōu)化后方案上下臺階間能夠通行，大型設備可在掌子面作業(yè)，施工較為便利，除洞口段施工進度在40米左右外，洞內(nèi)施工進度在60-90米/月（V級與IV級基本一致），雙頭掘進隧道5個月能實現(xiàn)貫通。

社會和經(jīng)濟性比較：原方案上臺階支護材料均需要人工從下臺階搬運至上臺階，上臺階出渣需要小型機具倒運至下臺階處再裝運，增加多次倒運費用，且由于上臺階不能使用大型設備僅靠人工和小型機具作業(yè)，施工效率極低。若采用原方案施工，施工費用將成倍增加，且施工工期也成倍增加，對于原本擁堵的市區(qū)內(nèi)環(huán)線將形成很不好的社會影響，施工單位、建設單位、交通主管部門和政府等各級部門壓力極大。

6、實際施工效果

圍巖下沉收斂情況：右幅隧道開挖支護已完成，監(jiān)控周報顯示各監(jiān)測斷面拱頂下沉速率在0.15mm/d左右，周邊收斂速率在0.2mm/d左右，地表下沉最大速率在0.4mm/d左右，其中累計拱頂最大下沉50mm、累計周邊最大收斂均小于25mm。說明優(yōu)化后施工順序較為合理，能有效控制隧道支護的下沉及收斂。

施工進度情況：該隧道自2014年4月19日開始爆破作業(yè)，在出口因拆遷問題8月份開始爆破，僅進口端掘進的前提下，通過7月份中間開口后，于9月10日上臺階全部貫通，下臺階于9月20日全部貫通，各個作業(yè)面每月全斷面掘進進度在70米左右，大大縮短了施工工期。

經(jīng)濟效益情況：通過優(yōu)化方案隧道上下臺階各個作業(yè)面都能按照正常爆破作業(yè)，大型設備出渣，不存在人工出渣和倒運材料的情況，大大提高了工作效率，工程施工成本得到有效控制。

7、結(jié)束語

通過對金雞山隧道擴建CRD開挖方法進行優(yōu)化，找出了石質(zhì)大斷面隧道采用傳統(tǒng)CRD開挖方法的不足，通過優(yōu)化使得隧道施工更安全、高效，在不到5個月的時間完成576米隧道開挖支護，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。通過該隧道的施工探尋了石質(zhì)大斷面隧道開挖方法的一些規(guī)律，為今后該類隧道施工起到一定的參考作用。

參考文獻：

【1】趙鵬社《關(guān)于大斷面隧道施工CRD工法的優(yōu)化》 鐵道建筑 2010年第8期

【2】錢東升《公路隧道施工技術(shù)》人民交通出版社

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關(guān)鍵詞：隧道；仰拱；安全

1 概述

隧道塌方安全事故中，開挖仰拱時發(fā)生的隧道失穩(wěn)塌方是最危險的一種。這種塌方失穩(wěn)具有規(guī)模較大，發(fā)生突然的特點，往往直接掩埋仰拱作業(yè)人員造成重大人員傷亡，或形成隧道“關(guān)門塌方”事故，即仰拱前方掌子面作業(yè)人員因塌方阻隔受困在隧道里面等待搶險救援。今年發(fā)生的多起鐵路隧道安全事故大多發(fā)生在仰拱開挖施工中。因此對鐵路隧道仰拱施工過程進行力學分析，研究塌方發(fā)生的原因，采取有效措施進行安全控制，防止隧道失穩(wěn)塌方，具有十分重要的意義。

由于我國地質(zhì)條件的多樣性和復雜性，圍巖巖土性質(zhì)及應力變化的復雜性和不確定性，隧道工程仰拱設計施工尚且存在諸多問題。本文針對上述問題，從隧道施工過程力學機理分析人手，詳解了目前隧道仰拱施工塌方原因，提出了相應設計施工安全控制關(guān)鍵措施，以供鐵路隧道建設各方進行安全管理時參考。

2 仰拱施工過程力學機理分析

隧道施工中，仰拱作為襯砌結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對維護隧道整體穩(wěn)定有著重要的作用。隧道仰拱能明顯地提高支護結(jié)構(gòu)的整體剛度，有效地約束圍巖的變形，改善整個襯砌的受力狀態(tài)，并減少隧道結(jié)構(gòu)病害的發(fā)生。軟弱圍巖及不良地質(zhì)隧道常采用分部開挖、分部支護的方式施工，圍巖壓力、圍巖變形、支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力隨著施工動態(tài)過程在空間及時間上發(fā)生動態(tài)變化。從隧道施工過程力學的角度來看，仰拱施工又恰恰是隧道成隧過程中最不利、最危險的時刻，其力學機理如下。

2．1 成隧過程及體系轉(zhuǎn)換

開挖仰拱前，隧道初期支護體系還沒有封閉成環(huán)，拱墻初期支護抵抗側(cè)向壓力以及豎向承載能力均較差。仰拱施工完畢才形成完整閉合的隧道支護，圍巖與支護內(nèi)力重新分布調(diào)整，隧道支護體系轉(zhuǎn)換完成。

分部開挖、分部支護的成隧過程，其力學實質(zhì)是一個對圍巖反復卸載、加載的過程。圍巖荷載、圍巖應力、初期支護內(nèi)力等將隨著應力歷史和應力路徑的變化，會發(fā)生荷載變化、應力重分布、應力集中、應力損傷、塑性區(qū)開展及破壞等現(xiàn)象。

以臺階法為例，施工過程數(shù)值模擬計算及實踐表明，開挖上臺階時，塑性區(qū)主要集中在拱腳部位；上臺階開挖支護完畢，開挖下臺階部分后，塑性區(qū)范圍由上臺階的拱腳處擴展到下臺階拱腳部位，仰拱開挖后塑性區(qū)范圍進一步擴大。

2．2 最不利狀態(tài)

仰拱開挖一般是隧道的最后一步開挖，此時，隧道洞室尺寸達到最大值，圍巖荷載達到最大值。數(shù)值計算及監(jiān)控量測表明，此時洞周圍巖應變、初期支護彎矩軸力等達到最大值，塑性區(qū)范圍最大，拱腳出現(xiàn)塑性區(qū)和應力集中，拱頂下沉、收斂變形量測值急劇增長。當應力增長超過巖體強度，支護與圍巖形變超過極限平衡狀態(tài)時，隧道就會失穩(wěn)坍塌。

研究表明 ，隧道有仰拱比無仰拱時．周邊圍巖內(nèi)塑性區(qū)范圍減小30％ 以上(圖1)，

，洞周位移特別是拱頂和仰拱部位的位移減小55％ 以上，隧道二次襯砌安全系數(shù)提高了22％ 以上。因此在仰拱開挖后，仰拱初期支護噴射混凝土達到強度前隧道處于最不利的荷載條件。

2．3 時空效應

隧道逐循環(huán)向前開挖的施工過程中，荷載的增加取決于開挖面推進速率和噴混凝土剛度增加的速率以及開挖和支護的設置過程。隧道洞室一方面由于開挖而導致圍巖變形，同時，也會受未開挖圍巖和深部圍巖的挾制以及支護的限制作用而趨于穩(wěn)定。一般認為，隧道的空間效應范圍約在(1．5～2)D。

初期支護巖體與時間空間相關(guān)的特征以及施工過程如果在隧道支護的設計和施工中未加以考慮和重視，其結(jié)果就會造成仰拱開挖面附近的安全問題。

3 仰拱施工塌方原因分析

隧道是建于巖土介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)物，由于巖土介質(zhì)本身的復雜性以及巖土介質(zhì)與結(jié)構(gòu)共同作用的不確定性，隧道設計施工判斷和措施與實際狀態(tài)仍然可能存在較大的偏差，隧道仰拱開挖過程中仍然可能出現(xiàn)意外的塌方事故。通過對近年來發(fā)生的鐵路隧道仰拱開挖塌方事故進行分析，可以總結(jié)出以下主要原因。

3．1 初期支護不力。導致仰拱施工時結(jié)構(gòu)失穩(wěn)

初期支護不力，不能有效抑制和平衡圍巖變形，仰拱開挖后就會發(fā)生塌方。塌方的原因可能是設計措施不強，也有可能是施工措施不力。

當前設計通行的隧道結(jié)構(gòu)設計計算，一般采用荷載結(jié)構(gòu)模型，平面桿系有限元法。支護參數(shù)的確定以工程類比為主，輔以結(jié)構(gòu)數(shù)值分析檢算。計算時，初期支護為主要承載結(jié)構(gòu)。Ⅱ ～Ⅲ級圍巖二次襯砌作為安全儲備，按承受圍巖荷載的30％ 檢算，Ⅳ 一V級圍巖二次襯砌作為承載結(jié)構(gòu)，分別按承受圍巖荷載的50％ ～70％檢算，得出荷載與結(jié)構(gòu)安全系數(shù)、配筋量關(guān)系曲線，并與工程類比法相互佐證，合理確定參數(shù)值，計算中考慮仰拱與襯砌共同作用。

隧道工程與一般地面結(jié)構(gòu)在力學機制上不同，由于巖體初始應力不易確定、巖體材料非均質(zhì)非線性各向異性、巖體力學參數(shù)難以準確獲取、巖體與開挖支護相互作用的不確定性等特點，在實際隧道設計過程中，如果支護設計參數(shù)采用工程類比或套用規(guī)范、通用圖，如果設計分析檢算采用對完整隧道一次性平面模型計算，當圍巖與實際狀態(tài)存在較大的差異時，通常就會在仰拱開挖這個最不利環(huán)節(jié)發(fā)生塌方。其原因可用收斂約束原理解釋(圖2)。

當然，如果施工過程中偷工減料，出現(xiàn)鋼架與圍巖不密貼等質(zhì)量缺陷，初期支護剛度由于施工質(zhì)量不能達到設計要求，通常也會在仰拱開挖時結(jié)構(gòu)安全系數(shù)急劇下降而發(fā)生整體隧道失穩(wěn)塌方。

3．2 忽視上部結(jié)構(gòu)變形對下部施工的影響

支護壓力是隧道收斂閉合的函數(shù)，監(jiān)控量測可以反饋圍巖和初期支護結(jié)構(gòu)動態(tài)，通過量測數(shù)據(jù)優(yōu)化支護參數(shù)，保證施工安全。施工中，上下臺階開挖支護后，圍巖支護變形應該進入基本穩(wěn)定狀態(tài)，荷載位移達到穩(wěn)定值，仰拱開挖后，支護結(jié)構(gòu)在一定時間內(nèi)尚能保持穩(wěn)定或平衡。這時，仰拱施工才會安全。

如果仰拱開挖時，拱墻變形不穩(wěn)定或剛剛處于極限平衡狀態(tài)，此時開挖仰拱必然會導致結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不足，隧道整體失穩(wěn)塌方。

3．3 未及時調(diào)整施工步距和措施

隧道工程成敗的關(guān)鍵在于設計和施工人員依據(jù)圍巖地質(zhì)狀況，正確判斷，選用合適的支護系統(tǒng)和開挖方式，并不斷根據(jù)監(jiān)控量測信息進行支護修正和工法改良。

即使上下臺階斷面開挖支護時圍巖應力狀態(tài)保持平衡狀態(tài)，如果仰拱一次開挖長度過長，開挖處縱橫向空間“橋冠”作用減弱消失，圍巖應力迅速重分布，初期支護變形急劇增加，導致仰拱開挖段的初期支護先發(fā)生破壞，接著帶動兩側(cè)支護一起破壞而發(fā)生嚴重塌方事故。

3．4 施工組織不合理、施工管理不到位

隧道安全事故發(fā)生可劃分為三個層次：一是由于自然的復雜性人們沒有正確的認識；二是認識了，沒做好，能力有限；三是無知者無畏，不按規(guī)程、規(guī)范和作業(yè)指南施工。施工組織不合理、施工管理不到位，當隧道施工碰到較差的地質(zhì)條件，在最不利的環(huán)節(jié)，出現(xiàn)塌方事故的概率就迅速增大。

4 設計施工控制關(guān)鍵技術(shù)

由于地下工程巖體具有非均質(zhì)、各向異性及非連續(xù)的特性，所以采用連續(xù)體力學計算時，由于其假設條件與實際巖體不符，因而其計算結(jié)果往往是隧道拱、墻、頂、底均勻變形。而非連續(xù)體數(shù)值模擬結(jié)果與工程實踐均證實，地下工程開挖后，地下工程圍巖位移量并不是均勻的，而是首先從地下工程某一個或者某幾個部位開始位移破壞，從而導致整個地下工程支護體失穩(wěn)，這些首先破壞的部位就是支護的“關(guān)鍵部位”。進行隧道仰拱施工安全控制應做好以下關(guān)鍵方面工作。

4．1 設計加強措施

(1)軟弱圍巖及不良地質(zhì)隧道設計檢算時，應進行施工過程檢算。設計應充分考慮下臺階、仰拱開挖時支護體系轉(zhuǎn)換對支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，采取相應的加固措施，如擴大拱(墻)腳、鎖腳錨桿(管)、鋼架基礎加固等。

(2)施工過程中，設計應根據(jù)地質(zhì)條件變化和監(jiān)控量測信息，及時調(diào)整支護參數(shù)、施工工藝及工序。

(3)施工圖設計中應明確管棚、小導管、鎖腳錨桿(管)注漿，鋼架基礎加固等施工要求。

4．2 施工加強措施

(1)仰拱開挖前，必須按設計完成拱墻鎖腳錨桿、鋼架、鋼架連接及噴射混凝土等初期支護施工。

(2)仰拱施工中，應加強上部初期支護變形的監(jiān)控量測。變形速率異常時，應暫停仰拱及掌子面施工，并及時分析原因，采取處理措施，對上部初期支護進行補強后方可繼續(xù)進行仰拱施工。

(3)仰拱及下部施工時，應配置專職安全員，控制仰拱開挖預留量、隨時觀察洞身初期支護的情況。挖裝機械作業(yè)必須配專人指揮，嚴禁大型機械開挖時觸碰或鉤掛鋼架腳部和鎖腳錨桿(管)。

(4)初期支護與圍巖間應密貼，對空洞、脫空現(xiàn)象必須進行初支后充填注漿。

(5)富水、軟弱圍巖地段仰拱開挖后，必須采用噴射混凝土及時封閉，并強化排水、嚴禁長時間浸泡基底。

(6)鎖腳錨桿(管)應按設計要求進行注漿，注漿應飽滿密實。

(7)仰拱一次開挖進尺不得過大，便于施工展開和快速封閉。仰拱開挖后應立即快速施做初期支護封閉，一般應于12～18 h內(nèi)完成仰拱開挖、架設鋼拱架、噴射混凝土封閉作業(yè)，確保仰拱快挖、快支、快速封閉。

4．3 安全管理措施

(1)仰拱施工應制訂安全應急措施。針對仰拱開挖易發(fā)生塌方的風險，制定相應的防范預案和物資材料儲備，并保證安全投入到位。

(2)優(yōu)化施工組織，合理安排施工工序，加強施工技術(shù)交底和現(xiàn)場指導，保證人員、機具設備、材料和混凝土等要素到位，實現(xiàn)仰拱施工的連續(xù)性和及時澆筑。

5 結(jié)論

隧道在開挖過程中的變形受到諸多非確定性因素的影響。圍巖是非確定性系統(tǒng)，常規(guī)試驗方法獲取圍巖物理力學參數(shù)進行穩(wěn)定性分析和設計必然會產(chǎn)生較大誤差。開挖分步方式和順序會影響圍巖支護構(gòu)件的應力重分布或集中。本文從仰拱開挖破壞的力學機理角度人手，提出了加強隧道仰拱施工安全的關(guān)鍵措施。

(1)仰拱開挖作為最后一道隧道開挖工序，力學機理分析和監(jiān)控量測實踐表明，此時隧道支護最不利狀態(tài)出現(xiàn)。隧道設計施工應把握仰拱施工過程力學機理，重視仰拱開挖面附近的安全性問題，采取有力的控制措施。

(2)鋼架接頭固定和縱橫向連接、拱墻腳擴大或注漿處理、鎖腳錨桿(管)、基礎排水避免浸泡軟化、噴混凝土密實、鋼架密貼圍巖等是防止隧道失穩(wěn)破壞的關(guān)鍵所在，針對性采取設計施工加強措施對于仰拱施工安全控制非常有效。

(3)隧道仰拱施工安全與圍巖條件、分步開挖方法、支護順序及拱墻支護變形密切相關(guān)。仰拱閉合成環(huán)的時機既要考慮到仰拱距開挖面的距離，又要考慮到上部拱墻變形基本穩(wěn)定。仰拱施工中應加強拱頂沉降和拱墻收斂變形等的監(jiān)控量測，當變形速率異常時，應首先對拱墻初期支護進行補強處理，不能盲目開挖仰拱。

(4) 對于軟弱圍巖及不良地質(zhì)隧道，仰拱一次開挖進尺控制在3 m有利于施工展開和快速封閉。仰拱施工應遵循快挖、快支、快速封閉的原則，開挖后應立即快速施作初期支護封閉，一般應于12～18 h內(nèi)完成仰拱開挖、架設鋼拱架、噴射混凝土封閉作業(yè)，確保隧道體系轉(zhuǎn)換安全。

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關(guān)鍵詞：城市隧道；淺埋；微震動；免爆破；開挖

Abstract: Within the city of tunnel construction, neighboring living population is more, DongDing residents dense, tunnel shallow, cannot use the blasting excavation, with pneumatic picks excavation of large amounts of artificial construction, low efficiency, long time limit, can't meet the schedule and cost requirements of the situation, adopting micro shock from blasting excavation method, for cemented gravel soil city tunnels for excavation, solve the construction problems excavation.

Keywords: the city tunnel; shallow buried; vibration; avoid blasting; excavation

中圖分類號：U45文獻標識碼：A 文章編號：

蘭州市南山路伏龍坪隧道位于蘭州市城關(guān)區(qū)市區(qū)，為上下行分離的雙管暗挖隧道，道路等級為城市主干道，全長1308米。由于地理環(huán)境復雜，隧道周邊居住人口較多，尤其洞頂居民密集，一般沒有地下深基礎，對于施工安全、環(huán)境的保護及水土保持有相當高的要求，同時隧道埋深較淺，埋深最深處為69m，最淺處僅為10m。圍巖破碎，以Ⅳ級為主、局部Ⅲ級，夾雜大量膠結(jié)砂礫土，整體潮濕，局部有少量裂隙水。

對這一特殊環(huán)境下隧道的施工，不能用爆破開挖施工，我們盡心組織，認真研究，提出了微震動免爆破開挖方法，克服開挖施工難題。

1、研究隧道特點，不能采用常規(guī)開挖方法

伏龍坪隧道除了地理環(huán)境復雜，隧道周邊居住人口較多的特點外，還有隧道斷面設計形式多，跨度大，二車道加寬斷面凈寬12.22m，三車道加寬斷面凈寬16.46m，這種二、三車道漸變的隧道施工難度大、安全要求高；地質(zhì)條件復雜，隧道穿越地層在地貌單元上屬黃河南岸Ⅳ級階地，主要為填土、粉土、碎石、膠結(jié)砂礫土等。

這些地質(zhì)和環(huán)境特點，應用隧道施工常規(guī)技術(shù)，采用爆破方法開挖Ⅳ級圍巖嚴重影響隨到周圍居民房屋的安全，也造成噪音污染，從施工安全、環(huán)境保護、危害社會穩(wěn)定等方面都有較大負面影響。應用風鎬開挖人工施工工作量大、效率低，工期長，成本高，不能滿足建設單位的工期要求。因此認真研究提出新的開挖方法成為施工人員面臨的當務之急。

2、采用微震動免爆破開挖方法，克服開挖施工難題

為解決常規(guī)開挖方法的不利因素，針對圍巖夾雜大量膠結(jié)砂礫土的現(xiàn)狀，兼顧分離式隧道開挖應遵循的“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則，我們提出了微震動免爆破開挖方法，對膠結(jié)砂礫土城市隧道進行開挖施工，解決開挖施工難題。

膠結(jié)砂礫土城市隧道微震動免爆破開挖方法的主要工藝原理為：在城市淺埋隧道的施工中，對于類似膠結(jié)砂礫土地層，由于用風鎬難以開挖，而采用鉆爆法施工又會對地表建筑物和附近居民產(chǎn)生較大擾動，此時可采用佩戴破碎錘的挖掘機對巖體進行振動沖擊破碎。

3、微震動免爆破開挖有科學的工藝流程和質(zhì)量安全保證

3.1 施工準備

在開挖施工前，除了常規(guī)的測量準備、組建試驗室、物資準備、人員準備外，機械的準備是重中之重，將本著“先進、適用、合理、配套”的原則配置機械設備，具有良好性能、佩戴破碎錘的挖掘機是最關(guān)鍵的開挖機械。應注意在使用破碎錘前檢查螺栓和連接頭是否松動，液壓管路是否有泄漏現(xiàn)象；檢查活塞氮氣室壓力，如氮氣不足則應及時進行補充。各項機械性能檢查、施工條件具備、滿足施工要求后，方可組織施工。

3.2 巖體破碎

采用佩戴破碎錘的挖掘機進行巖體的振動沖擊破碎時，錘體下落要平穩(wěn)，禁止用錘體猛力沖擊石料；沿鋼釬方向壓實后進行擊打，嚴禁空打；不要用液壓破碎器在堅硬的巖石上啄洞；不得在液壓缸的活塞桿全伸或全縮狀況下操作破碎器；當液壓軟管出現(xiàn)激烈振動時應停止破碎器的操作，并檢查蓄能器的壓力；防止挖掘機的動臂與破碎器的鉆頭之間出現(xiàn)干涉現(xiàn)象；不要在同一位置進行1分鐘以上的長時間連續(xù)擊打作業(yè)；不要將鋼釬以外部位浸入水中或泥中進行作業(yè)；不要使用機體落下的方法來砸碎巖石；不要在挖掘機油缸行程末端狀態(tài)下進行擊打作業(yè)。

3.3 循環(huán)作業(yè)

巖體破碎后轉(zhuǎn)入下一破碎點，行走時，破碎錘體內(nèi)收，提至距地面40cm—50cm高度；行走過程中需要換向時，必須停車緩慢換向，嚴禁同時進行其他操作；履帶板上落有石塊時禁止啟動行走。

4、開挖施工不能盲目追求進度，還應注意相關(guān)事項

由于圍巖中有大量膠結(jié)砂礫土，破碎程度嚴重，穩(wěn)定性差，所以在微震動免爆破開挖施工過程中，把確保圍巖穩(wěn)定、杜絕坍塌放在首位，及時有效地做好初期支護工作，嚴禁盲目掘進。開挖后及時初噴，并在12小時內(nèi)完成初期支護。

4.1 保證施工機械停置于穩(wěn)固的地基上，施工中專人觀察，若地基較軟弱，在施工前應鋪設鋼板基礎。

4.2 施工中專人指揮機械，引導施工部位，隨時提高警惕，確保施工安全。

4.3 開挖0.5米-1.0米，立即進行鋼拱架支護，嚴格按照設計圖紙進行焊接。拱腳部位易發(fā)生塑性剪切破壞，該部位鋼架除栓接外，還四面幫焊，確保接頭的剛度和強度。

4.4 噴射混凝土應及時跟上，將拱架與巖面之間的間隙噴射飽滿，達到密實。

4.5 噴射混凝土應分層分次分段噴射完成，初噴混凝土盡早進行“早噴錨”，復噴混凝土在量測指導下進行，即“勤量測”的基本原則，保證噴射混凝土的復噴適時有效。

4.6 在進行下循環(huán)開挖前，認真組織質(zhì)量驗收和安全檢查。拱架間距每榀檢查，尺量；保護層厚度每榀檢查，自拱頂每3m一個點，鑿孔檢查；垂直度檢查每榀一查，用全站儀測量；安裝偏差和拼接偏差每榀檢查，用尺量。認真查看圍巖變形及滲水情況，雀斑安全后進行下循環(huán)作業(yè)。

5、微震動免爆破開挖工藝對綠色施工、降低成本的特點明顯

微震動免爆破開挖施工，在保證質(zhì)量、工期的前提下，降低了隧道施工對地表建筑物和居民的擾動，有效的控制了超欠挖，節(jié)約了施工成本，克服了傳統(tǒng)鉆爆法振動大、炸藥成本投入大等不利因素，在安全、造價、工期、技術(shù)等多方面取得良好效益。此方法多用于隧道穿越城市居民區(qū)、鬧市區(qū)及周邊有因爆破振動可能受損的重要建筑物，并且?guī)r體的巖性允許破碎錘破碎的場合。

用佩戴破碎錘的挖掘機進行巖體的振動沖擊破碎，由于施工便捷、速度快、環(huán)境擾動小、所需勞動力少，施工工期、質(zhì)量能夠得到保證，給全社會展現(xiàn)出了隧道開挖施工的機械化、快節(jié)奏、擾動小、高質(zhì)量、高效益的了彩色、環(huán)保、節(jié)約型施工風采。

6、結(jié)語

篇6

關(guān)鍵詞：施家梁隧道 大跨度 淺埋土質(zhì)段 管棚施工 臺階法施工

0 引言

施家梁隧道位于北碚區(qū)施家梁鎮(zhèn)境內(nèi)，是重慶外環(huán)高速公路北段項目的重點控制性工程之一，也是我國在建的最長的三車道大跨隧道。本文結(jié)合施家梁隧道進口端施工過程中采用的一些施工方法和技術(shù)參數(shù)來淺談大跨度隧道在洞口淺埋土質(zhì)地層段的施工技術(shù)方法。

1 工程概況及特點

施家梁隧道屬特長隧道，設計為雙洞六車道，隧道左線（LK43+107～LK47+410）全長4303m，右線（LK43+103～LK47+370.5）全長4267.5m。隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，圍巖破碎，Ⅳ、Ⅴ級圍巖占67.5%；進口淺埋段地層表面覆蓋第四系全新統(tǒng)崩坡積層、殘坡積層粘土，下伏巖層主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。隧址區(qū)由于地下水接受補給的來源單一，主要為大氣降水，故地下水動態(tài)變化同大氣降水密切相關(guān)，隨降雨量的變化而變化。左右線之間有一沖溝，每當暴雨發(fā)生，地表排水通暢，山洪暴發(fā)時消漲亦快。隧道最大開挖寬度17.82m，最大開挖高度12.47m（含仰拱），最大開挖斷面177.1m2。

設計荷載為公路—Ⅰ級，計算行車速度100km/h；建筑限界寬14.5m，高5.0m。隧道襯砌內(nèi)輪廓為三心圓曲墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)凈空面積100.69m2。隧道襯砌支護采用復合式襯砌，初期支護以錨、網(wǎng)、噴為主，并輔以超前小導管/超前錨桿及鋼支撐支護，二次襯砌為模筑混凝土（鋼筋混凝土）。左線設計路塹式明洞70m，右線18m。暗洞施工時首先采用50mφ127mm超前大管棚預支護作為施工輔助措施。

2 淺埋土質(zhì)地層段施工方案

2.1 基本原則

2.1.1 短進尺掘進：在隧道進口淺埋軟弱地段，人工配合挖掘機嚴格按短進尺開挖，局部堅石采用弱爆破掘進。

2.1.2 初期支護緊跟：尤其在軟弱圍巖段，地壓增長快，自穩(wěn)時間短。錨、網(wǎng)、噴及鋼支撐架設工作在爆破、排險后馬上施作，基本與出碴同時或交錯進行，尤其在地層破碎或構(gòu)造帶地段更要緊跟，以保證圍巖穩(wěn)定。

2.1.3 為維護開挖周邊穩(wěn)定，開挖必須形成平順的開挖輪廓，不但對維護圍巖穩(wěn)定有利，也為后續(xù)工序創(chuàng)造良好條件，同時有效地控制超欠挖，也是提高企業(yè)經(jīng)濟效益的有效途徑。

2.1.4 仰拱緊跟：根據(jù)本隧道地質(zhì)情況，拱、墻部初期支護形成之后要盡早施設仰拱，以使初期支護盡快形成封閉受力結(jié)構(gòu)，并為二襯施工的模板臺車軌道鋪設提供條件，同時仰拱及早鋪設也為洞內(nèi)運輸提供便利。一般仰拱與正面下部開挖面保持距離為40～50m左右，以保證開挖、裝碴機具活動場地。

2.1.5 及時施作二次襯砌：二襯不能緊跟初期支護。初期支護設置后，仍需對圍巖及初期支護變形進行不間斷量測。如圍巖及初期支護變形仍在急劇增長，則需補強初期支護，不能用加厚二襯的辦法作為結(jié)構(gòu)加強手段；直到圍巖及初期支護變形基本穩(wěn)定時（收斂小于0.1～0.2mm/d及拱頂下沉小于0.07～0.15mm/d時）則可施作二襯。但在Ⅴ級圍巖段，當變形得不到有效控制的情況下，應迅速施做二次襯砌，然后再進行長期檢測、觀察。

2.2 施工方案簡述 施家梁隧道明洞段在拉槽開挖的同時對邊仰坡進行支護，暗洞段在超前大管棚支護下短進尺掘進。隧道進洞采用上下臺階法，上臺階預留核心土施工，開挖后及時進行初期支護封閉巖面。開挖支護過程中重點進行隧道的周邊位移、拱頂下沉等量側(cè)項目的工作，根據(jù)量測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工方案，必要時上半斷面設臨時仰拱。上半斷面開挖約10~15m后，開挖下部。在施工過程中隧道防坍塌問題是本工程在洞口段的最大施工控制重點。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 洞口土石方施工 首先施工洞口邊仰坡頂?shù)慕厮疁?，開挖過程避開雨天進行。采用挖掘機開挖，孤石和挖掘機挖不動的巖石，采用小型控制爆破，裝載機或挖掘機裝碴，自卸汽車運輸。洞口段邊仰坡開挖嚴格按設計控制坡度，松軟地層開挖時從上至下，隨挖隨防護，隨時監(jiān)測、檢查山坡穩(wěn)定情況。邊仰坡上浮石、危石要清除，坡面凹凸不平處予以修整平順。

明洞段根據(jù)洞口地形地質(zhì)條件分為明挖段和暗挖段。明挖段采用拉槽開挖，臨時邊坡隨挖隨支護，支護參數(shù)為：普通砂漿錨桿長3.5m，按1.5×1.5m間距梅花型布置，Φ6.5鋼筋網(wǎng)網(wǎng)孔間距0.25m，C20噴射混凝土厚8cm。開挖到暗挖段時要求預留核心土體，待洞口超前支護、暗挖段附加套拱施工完成后再開挖進洞。

3.2 超前大管棚施工 超前大管棚作為洞口淺埋加強段的輔助施工措施，它通過管棚和注漿來穩(wěn)固地層，防止隧道開挖爆破時造成拱部坍塌。

施家梁隧道超前大管棚支護一環(huán)長50m，采用外徑φ127 mm，壁厚的4.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管前段呈錐形，尾部焊接φ10mm加勁箍，管壁四周鉆2排φ20mm壓漿孔。管棚的環(huán)向布置間距為35cm，共布置55根，外插角1～2度，在拱部120度范圍內(nèi)布置。

3.2.1 混凝土套拱施工 套拱即導拱，主要是起到管棚支撐及導向作用。套拱由五榀鋼拱架、55根2m長的Φ150×4mm導向鋼管及厚80cm、長2m的 C25混凝土護拱組成。管棚導向管安裝時，考慮到隧道圓曲線半徑及50m長度，外插角控制在1.5°。每根導向管安裝時均采用水平尺及儀器測量檢測，以保證鉆機鉆孔時不侵入隧道開挖凈空，并能很好地起到超前支護的作用。架立鋼拱架，在鋼拱架背部焊接2m長的Φ150×4mm導向鋼管后，安裝模板，澆注C25混凝土護拱。

3.2.2 管棚鉆孔及鋼管施工

①鉆孔：在套拱完成并養(yǎng)護3天后開始鉆孔，采用兩臺MGJ-50水平地質(zhì)鉆機從套拱兩側(cè)底部開始施鉆，并把每孔標號，方便施工時記錄每孔的成孔時間、頂管時間及注漿量，以保證超前管棚的施工質(zhì)量。在鉆孔施工時為了確保鉆桿接頭有足夠的強度、剛度和韌性，鉆桿聯(lián)接套應與鉆桿同材質(zhì)，兩端加工成內(nèi)螺扣（鉆桿首尾端外螺扣），聯(lián)接套的最小壁厚≥10mm。防止鉆桿在推力和振動力的雙重作用下，上下顫動，導致鉆孔不直，鉆孔時，把扶直器套在鉆桿上，隨鉆桿鉆進向前平移；鉆機開孔時鉆速宜低，鉆深20cm后轉(zhuǎn)入正常鉆速。第一節(jié)鉆桿鉆入巖層尾部剩余20-30cm時鉆進停止，用兩把管鉗人工卡緊鉆桿（不得卡絲扣），鉆機低速反轉(zhuǎn)，脫開鉆桿。鉆機沿導軌退回原位，人工裝入第二根鉆桿，并在鉆桿前端安裝好聯(lián)接套，鉆機低速送至第一根鉆桿尾部，方向?qū)屎舐?lián)接成一體。換鉆桿時，要注意檢查鉆桿是否彎曲，有無損傷，中心水孔是否暢通等，不符合要求的應更換以確保正常作業(yè)。鉆孔達到要求深度后，按同樣方法拆卸鉆桿，鉆機退回原位。同時詳細記錄前方的地質(zhì)巖層情況。

②頂管：利用改裝后鉆機的沖擊和推力，將安有工作管頭的棚管沿引導孔鉆進，接長棚管，直至孔底。管棚采用Φ127mm無縫鋼管，管棚接長時先將第一根鋼管頂入鉆好的孔內(nèi)，再逐根聯(lián)接。事先加工好的管節(jié)聯(lián)接套，要預先焊接在每節(jié)鋼管兩端，便于聯(lián)接。第一根鋼管前端要焊上合金鋼片空心鉆頭，以防管頭頂彎或劈裂。相鄰管的接頭應前后錯開，避免接頭在同一斷面受力。將鋼管安放在大臂上后，鑿巖機要對已鉆好的導向孔，低速推進鋼管，其沖擊壓力控制在18－22Mpa，推進壓力控制在4.0－6.0Mpa。當?shù)谝桓摴芡七M孔內(nèi)，孔外剩余30-40cm時，開動鑿巖機反轉(zhuǎn)，使頂進聯(lián)接套與鋼管脫離，鑿巖機退回原位，人工裝上第二節(jié)鋼管，大臂重新對正，鑿巖機緩慢低速前進對準第一節(jié)鋼管端部（嚴格控制角度），人工持鏈鉗進行鋼管聯(lián)接，使兩節(jié)鋼管在聯(lián)接套處聯(lián)成一體。鑿巖機再以沖擊壓力和推進壓力低速頂進鋼管。

頂進鋼管后即可安設加工好的鋼筋籠，起到管棚補強的作用。

3.2.3 管棚注漿 鋼管及鋼筋籠安裝后即封堵管口，留注漿孔、止回閥及止?jié){塞，即可進行注漿。根據(jù)地質(zhì)條件、圍巖特性及注漿目的的不同，注漿材料一般分為兩類：第一類為注水泥砂漿，其主要作用為增強鋼管強度；第二類為注水泥漿或水泥-水玻璃雙液漿等化學漿液，其主要作用為：①漿液通常超前壓注到巖體裂隙中經(jīng)過物力化學作用，即能將破碎圍巖或松散顆粒在短時間內(nèi)膠結(jié)成整體，起到超前預支護作用，為隧道開挖施工安全提供保障，又能增強圍巖的整體穩(wěn)定性；②漿液填充巖體空隙，凝結(jié)固化后，阻隔了地下水或雨水向隧道內(nèi)的滲入，起到了堵水防水的作用。

注漿前對管棚套拱周圍的地表進行8～10cm厚的噴射混凝土封閉，防止?jié){液從巖面裂隙中反滲。漿液通過過濾網(wǎng)用HVF-50注漿機進行注漿，首先從無滲水孔進行，然后再注有滲水孔。嚴格控制注漿壓力，既要有足夠的注漿壓力來克服巖（土）內(nèi)天然水壓力和地層裂隙阻力才能使?jié){液充分擴散填充，達到加固堵水的作用；也不能壓力太大而壓裂開挖面。配制的漿液要在規(guī)定時間內(nèi)用完，同時嚴格記錄注漿機吸管頭容器內(nèi)的原有漿液體積、中間加入的漿液體積、剩余漿液的體積，把握總體注漿量。

3.3 地表注漿 注漿法是利用壓力將能固化的漿液通過鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力學性能得到改善的一種方法。注漿法出現(xiàn)于19世紀初的法國，我國的注漿技術(shù)研究起步較晚，20世紀50年代以前所做工作很少，50年代開始初步掌握注漿技術(shù)。在隧道工程中，地表注漿主要應用于圍巖地質(zhì)條件差、偏壓、洞口及淺埋層土體的固結(jié)、加固洞周圍巖，來維護土體在施工過程穩(wěn)定，改善隧道成洞條件。

施家梁隧道右線進口處于土層中，且右側(cè)邊坡處于一崩坡積層滑坡體上，開挖跨度大，成洞困難，為預防隧道拱部上方出現(xiàn)拉應力而坍塌，多方研究決定采用地表預注漿技術(shù)對隧道周圍地層進行加固，以保證施工安全。

隧道開挖輪廓線以外的注漿管采用外徑Φ108mm，壁厚4.5mm的熱軋無縫鋼管加工制成，開挖輪廓線以內(nèi)注漿管采用外徑Φ42mm壁厚4.5mm的熱軋無縫鋼管制成，前端加工成錐形，垂直打入地層。水泥漿液采用P.O32.5水泥制作，水灰比采用W/C=1.0，注漿壓力控制在0.7～1.0MPa之間；通過鋼管周圍的Φ20mm的注漿孔擴散至圍巖層；注漿工藝同大管棚注漿施工。

3.4 暗洞開挖及支護 在超前大管棚及地表注漿達到設計強度后進行暗洞段的開挖、支護。在無較大構(gòu)造影響的一般地段，根據(jù)超前地質(zhì)預報確定的前方圍巖軟弱破碎程度，施工中及時調(diào)整開挖斷面及支護措施。在進口淺埋段均為Ⅴ級圍巖土質(zhì)地段，為適應鉆孔臺車掘進需要并縮短作業(yè)循環(huán)時間，采用大半斷面短臺階并預留核心土法施工的掘進方法，取得良好效果。

3.4.1 開挖方法 在軟弱圍巖的條件下，采用臺階法開挖。洞身拱部超前10～15m，以滿足施工工作平臺的需要，而后進行洞身的下半部爆破開挖，洞身開挖后，立即進行噴錨支護。圍巖非常破碎的情況下采用側(cè)壁導坑法施工，先開挖中夾巖側(cè)導坑上臺階，支護完成后開挖中夾巖側(cè)導坑下臺階及仰拱，并及時做好支護。導坑側(cè)壁安裝臨時鋼拱架支撐，保證隧道施工安全。其次開挖另側(cè)導坑上、下臺階及仰拱，及時支護，形成全斷面封閉支護環(huán)。仰拱開挖后及時進行仰拱、填充和邊墻基礎砼施工，與拱墻初期支護封閉成環(huán)。

施家梁隧道進口段地層極為軟弱，地層松散。由于開挖跨度大，開挖后洞體容易變形，周邊穩(wěn)定性較差，拱部極易坍塌。所以采用人工開挖，工人手持風鎬、鐵鍬配合挖掘機進行開挖，同時控制開挖進尺，開挖后及時進行初期支護。在人工無法開挖，確須爆破施工時，重點控制裝藥量，采取松動爆破，減少對周圍圍巖的擾動。隧道開挖時，要求施工淺孔爆破分部開挖，400m范圍內(nèi)安全震動速度控制在1.2cm/s，相當于Ⅵ級以下地震烈度。

3.4.2 噴射混凝土施工 噴射機安裝調(diào)試后先注水后通風，清通機筒及管路投料。連續(xù)喂料，經(jīng)常保持料斗內(nèi)料滿，料斗上設12mm孔徑的篩網(wǎng)一道，避免超徑骨料進入機內(nèi)，造成堵管。噴射時，先注水（注意噴嘴要朝下，避免水流入輸料管），后送風，然后上料，根據(jù)受噴面和噴出的拌和物情況調(diào)整注水量，以噴后易粘著，回彈小和表面呈濕潤光澤為度。

噴射順序：采取分段、分塊，先墻后拱，自下布上的順序，進行噴射作業(yè)。噴射時，噴嘴做緩慢的螺旋形運動，使噴射料束運動軌跡呈環(huán)形螺旋式移動，旋轉(zhuǎn)直徑約20～30cm，自噴射面的下部開始，水平旋轉(zhuǎn)噴射，噴料要一圈壓半圈，噴至段尾時上移返回，同時要求一排壓排，如此往復噴射。

為保證噴射砼密實度，減少回彈量，對于風壓、水壓及噴頭的噴射距離、噴射角度都應合理調(diào)整。噴嘴至受噴面距離以0.6～1.0m為宜，料束以垂直于噴射面為佳。

噴射料束放置速度及一次噴射厚度，以每2秒左右轉(zhuǎn)動一圈為宜，一次噴厚以不回落時的臨界厚度或達到設計要求厚度時向前移動，每次噴射厚度一般不小于5cm。若噴射要求厚度較大，一次不能達到時，第二次噴射應在第一層砼終凝1小時后進行。兩次噴射注意找平巖面，以便于鋪設防水層。

3.4.3 錨桿施工 開挖后先進行第一層噴射砼施工，待該層砼終凝并形成一定強度后，按設計要求布置錨桿，用紅油漆標示清楚位置后利用開挖臺架進行錨桿鉆孔。鉆孔完成后將制作好的錨桿插入孔內(nèi)至設計深度，安好墊板及螺帽，并安裝止?jié){塞。

注漿采用水泥砂漿，注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，并隨時排除孔中空氣，保證錨桿砂漿飽滿。

3.4.4 鋼筋網(wǎng)施工 按設計要求加工鋼筋網(wǎng)，隨受噴面起伏鋪設，并將鋼筋網(wǎng)同定位錨桿固定牢固，鋼筋網(wǎng)與受噴面的間隙以3cm左右為宜，砼保護層厚度應大于2cm。

3.4.5 鋼支撐施工 按測量給定的中線，水平標高，標準間距垂直架立，支撐鋼架應與圍巖盡量靠近，留2～3cm的間隙做保護層，當鋼架與圍巖間隙較大時，安設鞍形砼墊塊，確保巖面與拱架密貼。

控制鋼拱架受力情況的薄弱環(huán)節(jié)在于節(jié)點聯(lián)結(jié)螺栓，定位錨桿及縱向連結(jié)筋，因此，所有螺栓要上齊，旋緊、擰好，按設計焊連定位錨桿和縱向連接筋，確保安裝質(zhì)量。

鋼架的架設應由專人按規(guī)定的信號進行指揮，隨時觀察圍巖動態(tài)或噴射砼的情況，防止落石，坍塌引起傷人事故。

當緊固頂部連接螺栓，楔緊鋼架時，作業(yè)人員應以正確的姿勢站在平穩(wěn)，牢固的腳手架上，并配帶安全防護用具防止發(fā)生墜落事故。

3.4.6 隧道監(jiān)控量測 監(jiān)控量測的項目主要根據(jù)隧道工程的地質(zhì)條件、圍巖類別、跨度、埋深、開挖方法和支護類型等綜合確定。而且，在隧道工程中進行量測，絕不是單純地為了獲取信息，而是把它作為施工管理的一個積極有效的手段，因此量測信息應能確切地預報破壞和變形等未來的動態(tài)，對設計參數(shù)和施工流程加以監(jiān)控，以便及時掌握圍巖動態(tài)而采取適當?shù)拇胧＝Y(jié)合施家梁隧道的實際情況，將地質(zhì)與初期支護觀察、水平凈空收斂量測、拱頂下沉量測作為施工監(jiān)控量測項目。

4 結(jié)束語

目前三車道公路長大隧道正在建設的不少，并逐漸積累了豐富的經(jīng)驗。本文結(jié)合施家梁隧道設計，對大斷面單洞三車道公路隧道的洞口淺埋土質(zhì)段結(jié)構(gòu)支護參數(shù)、施工開挖方案進行了淺討，為今后大斷面公路隧道的施工積累了經(jīng)驗。但對這樣的大斷面隧道，施工中尚存在許多技術(shù)問題有待研究，例如隧道斷面形狀的優(yōu)化、支護參數(shù)的合理確定、開挖方法的正確選擇以及新技術(shù)、新材料的應用等，還需要進一步系統(tǒng)研究。隧道施工過程中，必須認真進行現(xiàn)場監(jiān)控量測，特別是圍巖壓力、洞周的位移、拱頂?shù)南鲁?、初次襯砌的應力、臨時支護的變形等應該作為監(jiān)控量測的重點，通過現(xiàn)場量測及時掌握圍巖和支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)支護參數(shù)和施工方案的動態(tài)優(yōu)化。

參考文獻

[1]JTJ 042-94.公路隧道施工規(guī)范[S].

篇7

關(guān)鍵詞：連拱隧道；偏壓、淺埋、大跨；施工技術(shù)；要點

中圖分類號：U45 文獻標識碼： A

0 前言

公路連拱隧道(Multi-arch Road Tunnel),最初是指兩座隧道連成一體的單線雙洞隧道,即現(xiàn)今的雙連拱隧道,也有人稱之為“M”隧道或“眼鏡”隧道。其特點，突出地表現(xiàn)在其形態(tài)上的兩洞緊緊相連，只有一中墻相隔，兩洞的拱腳共同建在鋼筋混凝土中墻之上。連拱隧道通常不長，多為中短規(guī)模，大多在500m以內(nèi)，因連拱隧道長度較短，導致其埋深淺，圍巖強風化、破碎，地質(zhì)條件較差等一系列特點。再因連拱隧道雙洞相連，導致開挖跨度大，2車道的跨度超過20m，3車道的跨度大于30m，且易產(chǎn)生偏壓，施工工序較多，導致施工難度增大。本文奉化三高連接線“牛角尖雙連拱隧道”施工中，為解決進口段“偏壓、大跨、淺埋”等施工技術(shù)難題，采取預留核心土施作管棚，挖機配合鎬頭機鑿巖開挖等施工技術(shù)。

1 工程概況

“牛角尖連拱隧道”位于浙江寧波奉化市蕭王廟鎮(zhèn)以南約200米處，連拱隧道進口樁號為AZK8+445，出口樁號為AZK8+615，長170米；隧道進口明洞長18米，出口明洞長15米，隧道進口段位于緩和曲線上，出口位于半徑R=1200米的圓曲線上，縱坡為0．5%。隧道單洞凈寬為10．25米，建筑界限凈高為5米。進口采用端墻式洞門，出口采用削竹式洞口。地貌以殘丘為主，地面植被茂密，以低矮灌木為主，坡度不大，一般不超過30°。表層為坡殘積的含礫亞粘土，層厚6～9米；以下為⑩層風化基巖，強風化層2～5米，巖體極破碎～破碎，弱風化層3～5米，巖體較破碎～較完整，再下為微風化夾泥巖礫巖或粉砂巖。該段圍巖整體性及穩(wěn)定性差，降水較大時可能出現(xiàn)積水。洞身圍巖以微風化基巖與弱風化基巖為主，中～厚層狀，層巖節(jié)理較發(fā)育～較不發(fā)育，洞頂以上覆蓋層厚度一般超過20米，其中微風化基巖一般超過14米，圍巖完整性相對較好，地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，以接受大氣降水及上部滲流為主，水量貧乏，開挖可能有局部滲漏水。根據(jù)地質(zhì)資料報告，隧道穿越山體的圍巖級別長度如下：Ⅳ級圍巖長106米，Ⅴ級圍巖長64米。隧道不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為隧道進出洞口洞頂以上分布厚度較大的第四系松散堆積層。隧道進出口圍巖均為第四系坡殘積成因的⑧1含礫亞粘土。該層結(jié)構(gòu)松散，圍巖穩(wěn)定性差，縱深、厚度較大，隧道開挖明洞和洞門時，邊坡極易產(chǎn)生坍塌，且其剛性較差，可能會產(chǎn)生差異沉降，隧道進口端地形左高右低，右洞洞頂覆蓋層厚度不超過2米，且為濕陷性黃土，極易坍塌，是典型的偏壓淺埋隧道，在這種特殊地形條件下，如何保證雙連拱隧道安全、經(jīng)濟、快速的進洞，施工方案極為重要。

2 施工方案及關(guān)鍵施工技術(shù)

針對上述地形特點，特制定專項施工技術(shù)方案：隧道施工采用三導坑法施工。施工中先從出口端開始向進口端方向開挖中導洞，邊開挖邊施作中導洞初期支護，開挖至離進口出洞還剩約15米時停止，由內(nèi)向外施作中隔墻，同時從進口方向開挖中導洞，使中導洞貫通，中隔墻施工完畢后，墻頂掛網(wǎng)噴射混凝土填實；然后從進口方向開始主洞開挖，考慮到右主洞偏壓、淺埋較突出，故選擇先施工左主洞，左主洞進洞30米后開始開挖右主洞，左右主洞采用平行交替開挖保持拉開距離30米左右；出洞時左洞直接穿出，右洞開挖離出洞口還有20米時停止開挖，采取從右洞出洞口進洞的方式在中間貫通。施工過程中根據(jù)監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場圍巖情況隨時調(diào)整開挖方案；左右洞縱向分別貫通后，進行仰拱開挖及回填，這道工序施工時要求一個“快”字，開挖后要求盡快回填，避免拱體下沉或不均勻變形。而且在進行仰拱開挖時左右洞要錯開，右洞開挖并回填后左洞才能開挖，尤其在進出洞口處更應注意，施工長度不宜過長，在圍巖軟弱時必要的話，采取跳碼口施工，即開挖十米，間隔十米，利用間隔十米的原狀土來支撐兩則拱腳，待回填的砼達到一定強度后，再進行間隔段的開挖回填施工，以確保洞身拱體的安全。仰拱施工完成后，方可施工二襯，路面，裝飾和機電。采用此方案施工隧道實際施工只花了不到10個月，其關(guān)鍵施工技術(shù)如下：

(1)中導洞與中隔墻施工。隧道中導洞開挖從出口向進口方向進行（出口圍巖情況相對較好），采取兩臺階法掘進，小導管進洞、超前錨桿、格柵鋼拱架及錨、噴、網(wǎng)聯(lián)合裝載機倒退出渣的方式作業(yè)。當中導洞施工進洞115米時，即停止掘進，開始施工中隔墻，中隔墻施工首先平整中隔墻基礎后立模澆筑20cm左右厚度的C25細石砼作為中隔墻基礎的墊層，在砼墊層上按設計圖紙要求施工基礎豎向錨桿和洞頂錨桿，然后按9米一模綁扎鋼筋，墻身模板采用組合鋼模，泵送砼入模的施工方式自洞內(nèi)向洞外依次施工。中隔墻施工的同時，隧道進口開始刷坡，作好中導洞進洞準備，進口中導洞進洞采取和出口導洞施工方式一樣，中隔墻砼澆筑完后立即對中隔墻頂噴射C30砼，回填密實，使中隔墻頂與圍巖密貼。

(2)隧道出口主洞進洞及主洞開挖施工。通過中導洞施工發(fā)現(xiàn)隧道圍巖為砂礫巖，巖質(zhì)軟弱但圍巖整體性較好，故主洞開挖仍采取出口端向進口方向掘進，且先施工左主洞，采用φ108管棚進洞，按設計要求先施工左右主洞管棚然后澆筑1米厚2米寬C30護拱砼。待護拱砼達到設計強度后，進行主洞開挖，主洞進洞開挖采用臺階法開挖，遵循“弱爆破（甚至不爆破）、短進尺、緊支護（早封閉）、勤量測”的原則，一炮一支護，每循環(huán)進尺嚴格控制在1.0～1.5米，對圍巖破碎的地方按設計要求,采用小導管或超前錨桿超前支護，同時V級圍巖用18號工字鋼間距50cm的鋼拱架進行加強支護。施工時嚴格控制鋼拱架的豎直度，并與圍巖開挖面密貼，用噴射砼噴射飽滿密實。左主洞進洞30米后開始開挖右主洞，左右主洞采用平行交替開挖，保持拉開距離30米左右。同時左右主洞做好監(jiān)控量測工作，位移速率大于20mm/日，需特殊支護：水平收斂值0.1-0.2mm/d，拱項下沉值0.07-0.15mm/d以下一般基本穩(wěn)定，左主洞開挖還剩2米時從中間開小口穿出，右主洞開挖離出洞還有20米時停止開挖，由進口端相向掘進至貫通通。

(3)隧道進洞口開挖及進洞施工。整個隧道施工的重難點全部集中在右洞進口，右洞進口處地質(zhì)條件極差，且距離進口12米的地方有一處民房，40米的地方有一處廠房，對爆破作業(yè)甚為不利。首先在進口右側(cè)順著明洞的方向豎立一道隔聲屏障，以防噪聲擾民。在隧道進洞口開挖采用挖掘機配合鎬頭機開挖的方式，當開挖到左右主洞正前方時，預留4米高7米寬3米厚的核心土，作為管棚施工的工作平臺及澆筑護拱砼的支撐受力基礎。待管棚施工完畢，左右護拱砼同時澆筑完成后，首先挖除左洞核心土，采用弱爆破擴洞支護，至此左洞洞口開挖支護完成。右主洞針對偏壓、淺埋的問題，采取先挖除核心土后，主洞從中間開始用挖機挖進60cm，再慢慢向下開挖，拱部以下開挖完成后再使用稿頭機配合挖掘機慢慢鑿除拱部黃土。挖進60cm時立即進行18號工字鋼鋼拱架施工，鋼拱架按25cm（設計為50cm）一道架立3榀，鋼拱架架設時，現(xiàn)場專職安全員全程監(jiān)測拱部土層變化，防止坍塌以保證施工作業(yè)人員人生安全，3榀工字鋼架立完成后馬上初噴一層4cm厚C20鋼纖維砼，再進行錨桿掛網(wǎng)作業(yè)及超前小導管施工，二次噴砼，初期支護完成，這樣就完成了第一循環(huán)的進洞作業(yè)。下一循環(huán)采用同樣的方法再掘進60cm，用此方法一直掘進4米以后土層消失，進入軟弱巖層，此時右洞進口停止掘進，再從出口方向向進口方向采用上下臺階方式開挖，同時支護緊跟，開挖還剩5米左右時候采用開挖左側(cè)導洞的方式貫通主洞，再分部開挖擴洞直至主洞開挖完成。

(4)后續(xù)施工。左右主洞開挖初支完成后，即進行左右主洞仰拱開挖支護回填，防水層施工及二襯砼澆筑，洞內(nèi)砼路面澆筑和裝飾及機電安裝施工。

3 結(jié)語

牛角尖連拱隧道施工過程中面對進洞難的問題，拋棄常規(guī)的隧道爆破作業(yè)方式采取機械掘進、人工鑿巖機配合進洞，避免了爆破振動可能導致坍塌的危險，成功的克服了偏壓淺埋的施工難題。同時使我們清醒的認識到：

(1)針對不同的連拱隧道要根據(jù)現(xiàn)場實際地形地質(zhì)情況制定合理的施工技術(shù)方案，確保安全、工程質(zhì)量的情況下合理的加快施工進度。

(2)今后爆破作業(yè)，可能離建筑物越來越近，如何運用科學的手段，既保障爆破作業(yè)的正常施工，又能保障周邊人員的安全，也不造成附近結(jié)構(gòu)物的損壞，這將值得我們?nèi)パ芯亢蜕钏肌?/p>

參考文獻

篇8

關(guān)鍵詞 ： 淺埋 三臺階 七步開挖

中圖分類號：U45文獻標識碼： A

1．前言

大斷面軟巖隧道施工中，傳統(tǒng)的施工方法有雙側(cè)壁導坑法、CD法、CRD法等，這些施工方法進度慢、功效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工機械的使用，基本靠人工開挖、速度慢，難以滿足快速施工要求；拆除臨時支護時，初期支護會因為突然卸載而出現(xiàn)大的變形，存在安全風險；各分部開挖面循環(huán)銜接性差，相互干擾大，施工質(zhì)量得不到充分的保證；臨時支護反復拆除，成本投入大等。而目前國內(nèi)大斷面軟巖隧道施工中，往往會面臨以下問題：對工期緊迫性的要求，需組織快速施工；工程水文地質(zhì)復雜，可變性大，須選擇一種能適應地質(zhì)變化而迅速過渡的施工方法；能較大限度的發(fā)揮大型施工機械的優(yōu)勢，以求最佳的施工進度。

2．工程概況

陳家店隧道位于大連市保稅區(qū)亮甲店街道辦事處陳家店村境內(nèi)，為低山丘陵，小里程進口處地勢較平緩，自然邊坡6o～10o，大里程出口地勢較陡，山體自然邊坡25o～35o，起伏較大。工點區(qū)多辟為耕地，沖溝發(fā)育，地表局部基巖裸漏，沿線暖濕多雨，水量充沛，水力資源豐富。沿線河流較多，遼南主要河流有青云河、登沙河等，均單獨入黃海，受季節(jié)性控制，平時河水流量不大，雨季流量較大。

隧道起訖里程為DIK51+660-DIK53+160，全長1500米，進口段有280米明洞，為雙線直線隧道，最大埋深為26米，最小埋深5米，屬淺埋隧道。其中Ⅴ級圍巖988米，Ⅳ級圍巖407米，Ⅲ級圍巖105米，隧道開挖斷面為135～140m2。因該隧道圍巖等級基本為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，巖層較為破碎，埋深較淺，為保證施工安全，采用三臺階七步開挖法施工，每個部位開挖循環(huán)進尺控制在2榀鋼架間距，即1.2米。

3．施工工藝

3.1工藝流程

先對開挖輪廓線進行準確的放樣施作超前支護上部弧形導坑開挖，施作超前支護并對圍巖穩(wěn)定性進行評判，修正支護參數(shù)左右側(cè)錯開挖階，施作初期支護并對圍巖穩(wěn)定性進行評判，修正支護參數(shù)左右錯開開挖下階，施作初期支護并對圍巖穩(wěn)定性進行評判，修正支護參數(shù)開挖上、中、下臺階預留核心土分段開挖隧底，施作初期支護并對圍巖穩(wěn)定性進行評判，修正支護參數(shù)施作仰拱施作仰拱填充。

3.2施工步驟及工序

第1步，上部弧形導坑開挖：在拱部超前支護后進行，環(huán)向開挖上部弧形導坑，預留核心土，核心土長度為隧道開挖寬度的1/3。開挖循環(huán)進尺為1.2米，開挖后立即初噴5cm混凝土。為保證施工安全，上部弧形導坑開挖的矢跨比設定為0.35（即上臺階開挖高度為2.8米，寬度為8米），預留的核心土頂面距拱頂1.8米，以利于鋼拱架的架設。導坑開挖后立即進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，架設鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角45°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復噴混凝土至設計厚度。

第2、3步，左、右側(cè)階開挖：開挖循環(huán)進尺為1.2米，開挖高度為3米，左、右側(cè)臺階錯開3米，開挖后立即初噴5cm厚混凝土，及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角45°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復噴混凝土至設計厚度。

第4、5步，左、右側(cè)下臺階開挖：開挖循環(huán)進尺為1.2米，開挖高度為3.5米，左、右側(cè)臺階錯開3米，開挖后立即初噴5cm厚混凝土，及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角45°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復噴混凝土至設計厚度。

第6步，上、中、下臺階預留核心土：各臺階分別開挖預留的核心土，開挖進尺與各臺階循環(huán)進尺一致。

第7步，隧底開挖：每循環(huán)開挖長度為3米，開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧底開挖、支護循環(huán)后，及時施作仰拱，仰拱分段長度為6米。

4．施工控制要點

（1）將超前地質(zhì)預報納入施工工序，并根據(jù)水文地質(zhì)變化情況，按設計要求做好超前支護，防止圍巖松弛，保證隧道開挖安全。在斷層、破碎帶、淺埋段等自穩(wěn)能性較差或富水地層中，超前支護應按設計要求進行加強。

（2）充分利用隧道各工作面，做到全員全過程要素配置充足，盡可能多工序平行作業(yè)，以上導作業(yè)為控制開挖循環(huán)時間關(guān)鍵工序線路，一切以保證上導坑作業(yè)為中心，盡一切可能保證上導坑連續(xù)作業(yè)，盡量把上導坑部分工序移到中、下導坑工作面完成，減少循環(huán)關(guān)鍵工序上導坑的作業(yè)時間。

（3）優(yōu)化工序，為提高施工效率，在保證安全的前提下，上、中、下三臺階宜同時開挖，形成分部平行開挖，平行施作初期支護，混凝土仰拱緊跟下臺階及時閉合構(gòu)成穩(wěn)固的支護體系。開挖時每臺階長度控制在3～5米范圍內(nèi)，嚴禁左右側(cè)對稱開挖，左右側(cè)錯開量不少于3榀鋼拱架間距，有受偏壓側(cè)先行。

5．結(jié)語

（1）采用三臺階七步法開挖，施工空間大，可引入大型施工機械，多作業(yè)面平行施工，功效高；部分軟巖地段或土質(zhì)可采用挖掘機直接開挖，減小對圍巖的擾動。由于工序簡單，各部位開挖及初支較容易控制，降低了施工難度。

（2）能適應不同跨度和多種斷面形式，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜多變、軟、硬圍巖相間的隧道施工中，便于靈活、及時的轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法。

（3）硬巖隧道爆破施工可分成多個作業(yè)面進行，將集中爆破化為分散爆破，既減少了對圍巖的擾動，又充分利用了時間空間，還增加了爆破臨空面，降低了炸藥消耗。

（4）由于工序少，工序間的距離減小，故能盡早使初支封閉成環(huán)，發(fā)揮支護效應，控制圍巖及支護變形；混凝土仰拱可提前施作，不僅便于初期支護及早閉合成環(huán)承載，而且改善了洞內(nèi)作業(yè)和運輸環(huán)境。

（5）安全性較好，上部開挖在超前支護的保護下進行，核心土及下部開挖在拱部初期支護的保護下進行，同時由于采用短進尺，且機械設備的利用使開挖進度加快，圍巖暴露時間短，松弛變形能得到及時有效的控制，預留核心土能保證掌子面穩(wěn)定，可有效的防止圍巖坍塌。

參考文獻：

篇9

【關(guān)鍵詞】深基坑 既有盾構(gòu)區(qū)間 三維數(shù)值分析

一、引言

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，較多的基坑工程會不可避免地在地鐵結(jié)構(gòu)沿線進行施工，而基坑施工是一項很復雜的工程，它會引起周圍地層初始應力發(fā)生改變，進而導致緊鄰的地鐵結(jié)構(gòu)受力和變形發(fā)生改變?！?】而地鐵車站和區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)是對變形要求極為嚴格的地下結(jié)構(gòu)物。深基坑緊鄰既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間是一項難度較高的工程，為減少基坑施工對已成型的地鐵盾構(gòu)隧道的影響，確保既有隧道的安全，本文以杭州某深基坑南側(cè)緊鄰已經(jīng)建成的地鐵1號線盾構(gòu)隧道作為背景，采用有限元軟件建立三維數(shù)值分析模型，對基坑施工的全過程進行動態(tài)模擬。研究深基坑工程施工對緊鄰地鐵盾構(gòu)隧道的影響，探討深基坑開挖對緊鄰地鐵盾構(gòu)隧道影響的控制措施，可為類似工程提供一定的借鑒意義。

二、工程概況

杭州某深基坑工程呈長條形，平面尺寸約為251×75m，基坑的開挖深度為12.56m，局部電梯井深坑來挖深度為15.06m?；幽蟼?cè)為地鐵1號線已經(jīng)建成但尚未運營的地鐵盾構(gòu)隧道，基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)邊線距離盾構(gòu)隧道管片外皮的距離為8.25m。，區(qū)間盾構(gòu)線與基坑的位置關(guān)系詳見圖1，

場地地層的主要物理參數(shù)見表1所示。

三、有限元模擬分析

3.1 三維模型建立及內(nèi)容

盾構(gòu)隧道的變形要求極其嚴格，結(jié)構(gòu)絕對最大位移不能超過20mm，變形曲線的曲率半徑不小于15000m，相對彎曲不大于1/2500。為保護地鐵盾構(gòu)隧道的安全，選取深基坑、相鄰隧道、隧道周邊土體進行數(shù)值計算。深基坑寬72米，長248米，盾構(gòu)區(qū)間隧道距離深基坑外邊4.18米，盾構(gòu)隧道外徑為3.1米，兩盾構(gòu)隧道中心間距為15米。

采用空間數(shù)值模型，土體采用彈塑性三維元模型，屈服準則為Mohr-Coulomb；基坑圍護墻、車站主體等采取板殼單元模型模擬，混凝土支撐、格構(gòu)柱、盾構(gòu)隧道等采取梁柱單元模型模擬，采用線彈性屈服準則【2】。模型底部施加橫向及豎向約束，兩側(cè)施加橫向約束，約束盡量符合真實受力情況。接地彈簧采用受壓彈簧。本計算模型地下水位取為地面下0.5m。本計算模型未考慮坑外降水作用。主要計算圍護結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力、控制中心基坑開挖對相鄰盾構(gòu)區(qū)間的影響即產(chǎn)生的附加彎矩及位移?！?】

3.2計算結(jié)果及分析

（1）基坑開挖變形

本基坑平面尺寸較大，混凝土支撐受溫度變形影響較大，基坑開挖采用增量法進行分析，開挖完成后基坑位移變形如圖3所示。

計算結(jié)果表明：考慮支撐溫度影響后圍護墻體最大位移值發(fā)生在基坑變形中，約為30毫米。可考慮適當采用坑外降水減少土體壓力以控制變形。

（2）基坑開挖圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

基坑開挖使圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻產(chǎn)生內(nèi)力，基坑較大，空間效應明顯，以下為計算兩個方向的彎矩值，如圖4、圖5所示：

從上述圖中可以看出在支撐處地下連續(xù)墻內(nèi)的應力較大，存在應力集中的情況?？臻g模型與常規(guī)的平面計算模型不同，彎矩值在墻體橫向、豎向都各處不等，云圖狀分布。圍護墻正、負最大彎矩絕對值在900～2300KNm左右。平面計算模型中基坑變形較小，為22mm，彎矩較小，800～1900KN。平面模型中將間距7～8米的鋼筋混凝土支撐簡化成每米的支撐剛度進行計算，假設了地下連續(xù)墻在橫向的變形都相等，而實際上地下連續(xù)墻橫向變形不等，在有支撐處地下連續(xù)墻變形較小，在無支撐處變形較大?？臻g模型較真實地反映了圍護體系的工作受力情況。

由圖7可看出，在臨近地下連續(xù)墻處混凝土支撐軸力較大，最大標準值約3800KN。

（3）深基坑開挖對盾構(gòu)區(qū)間的影響

由于相鄰隧道左線及右線與深基坑凈距較小，基坑開挖對盾構(gòu)區(qū)間隧道存在較大影響。如圖8和圖9：

盾構(gòu)隧道隨基坑開挖產(chǎn)生縱向變形，側(cè)壁最大位移約18mm。隧道收斂發(fā)生變化，約0.0185-0.015=0.0028m=2.8mm。

因此按照目前盾構(gòu)隧道周圍土體未加固的情況下，深基坑開挖不能滿足地鐵運營要求。但尚可以滿足未運營隧道的要求：任意點的附加位移和沉降≤20mm。同時，基坑開挖對盾構(gòu)隧道產(chǎn)生了附加彎矩，最大附加彎矩為52KNm。如圖10和圖11所示：

基坑開挖對隧道影響評估及建議：深基坑開挖對盾構(gòu)隧道影響較大，應在基坑開挖時對盾構(gòu)隧道進行監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測情況進行開挖施工。根據(jù)監(jiān)測情況及隧道的現(xiàn)狀情況，建議根據(jù)監(jiān)控量測情況，在位移較大的部位采用八點預應力支撐進行隧道內(nèi)支撐。支撐系統(tǒng)采用圖12所示，支撐布置位置采取圖13所示。

支撐每5環(huán)設置一道，西側(cè)30環(huán)范圍內(nèi)共設6環(huán)。東側(cè)15米范圍內(nèi)，共設3道。根據(jù)監(jiān)測情況有可能增加設置。同時建議對隧道進行二次注漿。隔一環(huán)注一環(huán)，對隧道進行保護。同時根據(jù)監(jiān)測情況補充注漿措施。

四、結(jié)論

1、深基坑開挖對相鄰地鐵車站及區(qū)間產(chǎn)生一定的影響，應根據(jù)監(jiān)測情況實時跟進，尤其對地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道應進行重點保護，嚴格控制隧道變形及收斂值。臨近隧道處的基坑開挖變形控制為本工程的重點及難點。

2、地鐵運營時間對控制中心基坑施工起到控制作用。建議基坑趕在地鐵運營之前盡快施工。

3、建議適當增加坑外降水減少基坑變形。工期安排上提前施工盾構(gòu)隧道兩側(cè)基坑，盡快施工完主體結(jié)構(gòu)，縮短基坑暴露時間，盡量減少基坑變形。建議基坑開挖前即對盾構(gòu)隧道進行洞內(nèi)二次注漿

4、建議在平面計算模型的基礎上適當加大配筋量，考慮鋼筋混凝土支撐的空間影響。建議根據(jù)監(jiān)控量測情況對盾構(gòu)隧道內(nèi)增設預應力內(nèi)支撐。

參考文獻：

【1】包鶴立等.深基坑開挖對相鄰已建地鐵車站的影響分析.現(xiàn)代隧道技術(shù).2007年增刊

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關(guān)鍵詞：隧道工程施工要點

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近年來，我國公路建設取得了很大成就，為經(jīng)濟社會的發(fā)展做出了貢獻，公路建設工程一直處于增長中，隧道工程是公路建設中的難點工程，它具有隱蔽性的特點，在隧道工程設計之初雖然進行地質(zhì)、水文等情況的勘察，但是很難完全掌握這些情況。公路隧道工程與其他隧道工程也有所不同，其開挖面積大, 深度大,對一些客觀存在的因素只能在施工過程中采取有針對性的措施，所以塌方、淋水等事故時有發(fā)生。如果勘測、設計估計不足或是施工時有些注意事項沒有做好可能影響隧道的安全性，也無法使工程正常進行下去。所以，進行隧道施工時,要了解施工要點，針對每個要點嚴格控制質(zhì)量, 加強管理，確保安全，以下將解析公路隧道工程施工要點。

一、公路隧道施工的基本特征

公路隧道施工不同于路基、橋涵的施工，有許多很難掌握的水文、地質(zhì)情況，涉及的細節(jié)也不同，其施工有以下特點：

1、隧道工程施工有很強的隱蔽性。公路隧道施工中的隱蔽工程很多，大多數(shù)的工程都是在隱蔽的環(huán)境下進行。

2、設計方案與實際施工差異性大。隧道設計時會勘探地質(zhì)情況，但是由于其隱蔽性強，開挖隧道內(nèi)的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，初始的設計文件可能不符合施工需要，施工設計方案必須隨著圍巖的實際狀況作出變更或修改。

3、高度的施工安全要求。隧道的施工要求高于路基和橋梁工程，隧道施工均在洞內(nèi)進行，自然環(huán)境十分多變，施工危險程度隨著洞身的延長不斷增加，許多危險源是不可預見的，如：瓦斯、溶洞、涌水、暗河、松散堆積層等，因此，隧道施工必須更加細致、更加嚴格。

4、隧道施工作業(yè)面少，工序環(huán)環(huán)相扣，施工作業(yè)要求高效、連續(xù)，因此對組織管理水平的要求很高。

5、隧道工程質(zhì)量監(jiān)控難度大。隧道施工工程質(zhì)量是否優(yōu)良不能僅從外觀或有無滲漏水來判斷，因其隱蔽性施工過程還容易偷工減料，監(jiān)控起來非常困難。

6、技術(shù)要求高、投資大。隧道工程的施工有很多技術(shù)性難點，施工人員必須有很強的專業(yè)性。此外隧道施工有許多輔助設施，每個隧道需投入200萬～400萬元，因此要絕對保證質(zhì)量，保證投資回報。

二、公路隧道施工要點

隧道工程的大致施工流程是：施工準備洞口防排水施工明洞開挖防護洞身掘進二次襯砌洞內(nèi)路面面層墻面瓷磚、拱部內(nèi)墻噴涂、電器安裝，最后是竣工驗收。

1、洞口施工

洞口施工是機械化作業(yè)，有多種方法，根據(jù)不同的施工部位采用不同的方法，石方爆破用淺眼臺階爆破法，底部和邊坡爆破用小炮。洞口施工也包括明洞洞口施工，拉槽開挖前要考察路基，整理水文資料、制定防水、防水措施，做好排水工作。

2、洞身開挖

洞身開挖方法有多種選擇，但是要依據(jù)盡量利用圍巖自承能力的原則進行開挖，主要有全斷面法、臺階法、環(huán)型留核心土法。還要選擇合適的爆破方法，正確炸藥用量，進行試爆破時，要注意觀察圍巖，根據(jù)其擾動程度設計合理參數(shù)。Ⅴ級圍巖可以采用留核心土分部開挖法。要注意施工工序，先進行管棚超前支護，然后進行上部環(huán)形部開挖，接著進行核心土開挖，最后進行下部開挖。開挖完成后要噴射混凝土封閉圍巖，這時還要注意質(zhì)量檢查、強度檢查，保證每一施工環(huán)節(jié)的安全可靠，分層噴射混凝土直至設計厚度。Ⅳ級圍巖采用上半斷面長臺階法，施工過程中視實際情況進行一定調(diào)整。

3、防排水層施工

防水工程：事先割除外露的錨桿，初期支護的平整程度要達到用2m直尺測量超過90％在5cm。設置隧道專用防卷材，原襯砌層與防水卷材之間要設置土工布。

排水工程：CPE防水板的安裝必須采用熱熔焊接法，且其抗拉強度不能低于母材。此外，搭接寬度大于lOcm。淋水程度大的層段組合使用排水板、防水板、YAS排水半管，這樣能達到更好的防水、排水效果。YAS半管處須沿洞身環(huán)向打眼以實現(xiàn)集中排水。

4、隧道二次襯砌

二次襯砌既滿足內(nèi)在質(zhì)量，又要保證外觀質(zhì)量，為了保證二次襯砌的質(zhì)量，襯砌臺車的尺寸要符合設計要求。為了防止因施工不當?shù)纫蛩貙е戮植糠浪。我r砌要做成自防水砼結(jié)構(gòu)，最好采用低堿性膨脹水泥砼。此外，圍巖條件差的地段要增加參照明洞的受力鋼筋進行加密。

三、公路隧道施工的質(zhì)量控制措施

1、公路隧道開挖質(zhì)量控制

公路隧道與其他隧道相比斷面較大，開挖斷面的尺寸一定要特別注意。在圍巖松軟且地層壓力較大的情況下，隧道開挖對圍巖的擾動大，圍巖會發(fā)生較大變形，產(chǎn)生圍巖塊體的不利切割，所以要保證足夠的預留變形量及支撐沉落量。公路隧道通常采用扁平斷面型式以防止凈空不夠。為保證開挖質(zhì)量必須根據(jù)圍巖類型選擇合適的開挖方法、施工工藝，使得拱頂圍巖處于良好的應力狀態(tài)。

2、隧道支護質(zhì)量控制

隧道開挖后要及時支護。進行噴射混凝土的質(zhì)量檢驗、強度檢驗。錨噴支護的強度檢驗時進行劈裂法測試，另外要注意檢驗安裝質(zhì)量、混凝土的原材料質(zhì)量。錨桿加工質(zhì)量的檢驗包括抗拉強度、彈性、延展性等的檢測。錨桿拉拔力測試通過千斤頂加載測試，注漿飽滿程度、桿長可通過超聲檢測儀檢測。

3、隧道防水系統(tǒng)質(zhì)量控制

防水系統(tǒng)質(zhì)量檢測其材料檢測非常重要，包括長度、寬度、厚度檢測，當今，高分子防水卷材防水層有耐老化、耐酸堿、壽命長的優(yōu)點而受到公路隧道防水、排水系統(tǒng)施工的最佳選擇。

4、隧道襯砌質(zhì)量控制

隧道施工中圍巖很容易松動，常常導致二次襯砌產(chǎn)生裂縫，所以要采用塞尺或刻度放大鏡觀測其深度及寬度，還可以用超聲波或雷達探測技術(shù)進行更加精確的檢測。

四、結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的日益發(fā)展，公路隧道工程的需求量越來越大，一些新的技術(shù)也不斷出現(xiàn)，但是隧道施工依然是路橋建設的難點，隧道施工對安全程度、地質(zhì)、水文等要素要求很高，其特點是隧道施工比其他工程控制起來也難得多。公路隧道斷面大，運營環(huán)境要求高，隱蔽性強，投資大，附屬設施多，從開始的原材料配比、人員設備、施工方案的審查和確認到施工過程中洞口施工、洞身開挖、防水排水系統(tǒng)、二次襯砌都需要嚴格控制質(zhì)量，遇到問題及時處理。了解隧道施工的要點以后，才能針對這些要點制定措施，預防可能出現(xiàn)的事故，保證隧道施工的安全和質(zhì)量。

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