特殊地段的隧道开挖施工技术分析

王明 张晓亮

【摘 要】隧道工程具有隐蔽性大、作业空间有限、干扰因素多、地质条件复杂等特点，因此必须对隧道工程的施工技术进行总结，有助于往后相似工程的顺利施工。本文主要对特殊地段的隧道开挖施工技术进行了分析。

【关键词】特殊地段；隧道开挖；施工技术

一、隧道施工主要的施工技术种类

（一）盾构法

盾构法是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。其的主要优点有：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少噪声和振动对附近居民的影响；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，所需人员较少；土方量少；穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。

（二）新奥法

新奥法充分利用了围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过對围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。

（三）浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是一项边开挖边浇筑的隧道施工技术，适合于城市地区松散土介质围岩条件，隧道埋深小于或等于隧道直径，地表沉降很小。其突出优势为不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

二、隧道施工中的主要问题

对隧道施工中出现的难点进行汇总，分析施工中遇到的问题，避免隧道施工影响工程建设。

（一）隧道施工的稳定问题

稳定问题是隧道施工技术中最为关键的环节，在工程修建中，处理稳定问题的技术难度最大，例如：隧道跨越式处理不稳定、爆破不稳定、加固结构不稳定等，都会导致隧道施工搁置，因此必须对隧道中的稳定问题，实行技术优化处理，加强隧道稳定。

（二）隧道内的岩体问题

隧道内的岩体处于整体的状态，由于隧道开挖有可能造成岩土坍塌、掉落，形成岩体断层，如果岩体出现的断层较大，有可能会导致工程瘫痪，不能正常施工，因此在处理岩体问题时，必须综合考虑施工技术的涉及范围，既要避免发生岩体危害，又要保障岩体的原始结构状态。

三、超前支护法

隧道工程中，初期支护体系作用是承担隧道工程的围岩压力，在充分考虑隧道工程的受力特点、地质条件、围岩等级、断面结构等因素，并参考同类工程的施工经验，确定初期支护包括超前锚杆、超前管棚和超前小导管预注浆。

（一）超前锚杆

一般情况下，需要根据开挖循环次数、钻孔机械类型、锚杆拉拔试验强度以及隧道工程地质条件等因素，来确定超前锚杆的长度，本工程中，将锚杆长度设定为4.5m，锚杆倾角设定为10°，超前锚杆包括两种不同的形式，即钢架支撑超前锚杆和悬吊式超前锚杆。

1、悬吊式超前锚杆，沿开挖轮廓线方向，将悬吊式超前锚杆的前端固定在稳定的岩层中，超前锚杆的末端支撑在径向悬吊锚杆上，其主要作用是对拱部上方进行支撑，确保爆破作业之后的相应时间内，围岩不会出现松弛坍塌现象。

2、钢架支撑超前锚杆，这种超前锚杆形式的前端需要固定到稳定的岩层中，末端应该连接到钢架上。常用的钢架结构分为两种，即格栅拱架和钢拱架，其中，格栅拱架主要采用焊接的方式制作而成的，而钢拱架则以型钢冷弯的方式制作而成的，型钢材料多为16 号工字钢。实际工程中，特殊地段软弱围岩支护方面，钢架具有十分重要的作用，同时，钢架支撑

超前锚杆的施工流程简单可行，围岩支护效果良好，

因此，隧道工程多采用钢架支撑超前锚杆，工程实践表明，钢架支撑超前锚杆可以保证破碎带的施工安全，并能有效的控制超欠挖问题。

（二）超前管棚

根据钢管的长度进行划分，可以将管棚分为小管棚和大管棚两种形式。

1、小管棚法。这种施工方法所用到的钢管的直径在50 毫米以内，钢管的长度最大为5 米。沿开挖轮廓线的外边缘走向，按照规定的仰角布置钢管，对于砂砾石或者粉细砂为主的地层来说，由于缺少相应的粘聚力，且松散无自稳，可以将仰角设定在5°～ 10°的范围内。通常情况下，从拱顶开始布置，一直布置到管脚，钢管的间距由小变大，打孔时，让孔径比管径大4 ～ 5 毫米左右。在钢管壁的四周设置一定数量的压降孔，孔径不得超过1 公分，根据实际工程的需求，可以采用不同的方式来提高钢管的强度，比如灌注混凝土或者放置钢筋并灌注混凝土等。

2、大管棚法。其施工原理与小管棚法类似，是在小管棚法的基础上，进一步拓展而来的。大管棚法的钢管直径在50 毫米到150 毫米之间，钢管长度约为10 米到25 米，钢管壁厚不超过6 毫米。大管棚法的循环长度需要按照实际工程要求进行设定，一般控制在30 米以内。管棚法施工中，由于钢管长度和直径等指标的差别，应该根据工程规模和断面结构，选择合适的管棚法。管棚施工注浆结束之后，需要根据注浆材料确定开挖时间，若选择水玻璃和水泥双液浆，可以在3 个小时以后进行开挖作业； 若采用普通水泥浆，可以在16 个小时以后进行开挖作业。选择合适的开挖时间，尽量减小注浆作业和开挖作业的时间间隔，能够避免注浆固结现象，降低开挖难度。

（三）超前小导管预注浆

小导管预注浆法需要将钢管前端改变为尖楔形状，钢管前端的一定范围内，设置相应数量的注浆孔，孔径不超过6 毫米，平面布局为梅花型。沿开挖轮廓线，按照规定的外插角进行钻孔作业，同时，将小导管打入孔洞中，再将水泥砂浆注入到小导管中，确保围岩的空隙全部填充，等到水泥砂浆固结之后，小导管注浆法施工结束，这种方法适用于软弱围岩浅埋地段、断层破碎带、砂卵石层、自稳性差的砂层等。小导管以热轧钢管为主，钢管直径不大于40 毫米，钢管长度约为4 米，钢管壁厚为3.5 毫米，小导管的搭接长度控制在1 米左右。

四、超前灌浆法对于松散地层来说，常采用注浆加固的方法，将底层固结成一个统一的整体，再进行开挖作业。由于地层的构成不同，需要采用不同的注浆材料，在粗砂、且存在侵蚀性水的地层中，主要采用水泥砂浆作为注浆材料； 在细砂、粉砂或者存在侵蚀性水的地层中，多以化学浆液为主要注浆材料。此外，确定洞内注浆段长度时，应该充分考虑机械设备、注浆要求、地质条件等因素，通常将注浆段长度设定为50 米，需要注意的是，极破碎岩层的注浆段长度控制在5 ～ 10 米之间，而破碎岩层的注浆段长度控制在10 ～ 15 米的范围内。

五、爆破设计

结合围岩等级和地质条件等因素，确定采用上下台阶光面爆破和全断面光面爆破方案，以“短进尺，弱爆破”为施工标准，合理设定炮孔深度，本工程的围岩以强风化砂砾岩为主，故将光面爆破施工方法应用于墙部和拱部，并将综合微震控制爆破技术应用于掏槽，最大限度的控制爆破施工对围岩结构强度的破坏，保证围岩的稳定性，进而控制隧道开挖的轮廓。

（一）爆破方案

根据隧道工程的围岩状况来确定爆破方案。

（二）爆破施工

本工程围岩松动变形比较大、变形速度快，按照围岩松动的塌落拱理论，暗挖区间隧道爆破以全断面法和台阶法为主，围岩较差的地段则主要采用分步开挖法，以减小围岩变形，降低支护难度。

结语

本文以特殊地段的实际隧道工程为例，详细分析了特殊地段常用的施工技术，并结合特殊地段的地质条件、围岩等级等因素，针对性的指出实际隧道开挖工程的施工技术，并提出隧道开挖支护方案的优化措施，可以为同类隧道工程提供相应的施工经验。

参考文献：

[1] 惠彬永， 刘建锁. 特殊地段隧道开挖施工技术研究[J]. 山西建筑，2010，07：323-325.

[2] 罗绍模. 浅议特殊地段的公路隧道施工方法[J]. 中国新技术新产品，2012，08：57.