平地园隧道洞身开挖施工技术研究

杨大喜(贵州路桥集团有限公司)

平地园隧道洞身开挖施工技术研究

杨大喜
(贵州路桥集团有限公司)

摘要:在隧道施工中，影响围岩稳定的重要因素之一就是开挖方法。因而，在进行开挖方法的选择时，必须根据隧道断面的形状、大小、地质条件等多种因素进行综合分析，采取恰当的开挖方法。主要阐述了隧道洞身开挖的几种方法，并且阐述了平地园隧道洞身开挖技术。

关键词:隧道;洞身;开挖;全断面;台阶法

中图分类号:U445

文献标识码:C

文章编号:1008－3383(2015)04－0106－02

1　工程概况

平地园隧道场区地处贵州中北部黔北山地高原，位于正安县凤仪镇境内，起于班竹乡新模村，鱼田溪河谷北岸，下穿平地园山脉，止于河坝。附近海拔700．1～1 213．6 m，相对高差513．5 m，轴线通过地段地面高程在813．7～1 146．4 m之间，相对高差332．7 m。地貌属溶蚀－侵蚀型低中山峰从沟谷地貌，地表受溶蚀、侵蚀作用强烈，地势起伏较大。隧道区地表植被较发育，基岩局部出露，隧道进口距离通车公路远，交通条件极差，隧道出口在村道相附近。

平地园隧道起讫桩号左线ZK67 +468～ZK71 +175(长度为3 707 m)，右线YK67 +473～YK69 +186(长度为3 713 m)。建筑限界净宽为:0．75 +0．5 +2×3．75 +0．75 +0．75 =10．25;建筑限界净高为5．0 m。其中左线隧道衬砌长度为Ⅲ级1 010 m、Ⅳ级1885 m、Ⅴ级796 m、明洞22 m，右线隧道衬砌长度为Ⅲ级965 m、Ⅳ级2 120 m、Ⅴ级603 m、明洞19 m。进口段位于直线上，出口段分别位于半径为4 700 m、3 500 m的圆曲线上，进口段测设线距离约为16．5 m，出口段测设线距离约为19 m。隧道进口为上坡隧道，出口段为下坡，纵坡为2．5%、1．98%、－2．5%。隧道进出口为端墙式洞门，出口为削竹式洞门，光电照明，机械通风。

平地园隧道务川端进口由于地势十分陡峭，位于深谷侧，且紧连茶园坪3#大桥，施工场地狭小，根据工期要求和现场实际情况，通过优化比选采取在ZK67 + 979处左侧增设211 m横洞，通过横洞进洞施工;平地园隧道出口端采取直接从洞口进洞掘进施工。

2　隧道开挖技术

2．1全断面开挖法

全断面法就是以设计断面为依据将隧道一次开挖成型，再进行衬砌施工的方法。适用于I～IV级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件;有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备;隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于1 km，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。

2．2台阶开挖法

台阶开挖法就是将隧道的设计断面分成两次或者是三次进行开挖的方法，其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进的施工方法。按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。

2．3环形开挖预留核心土法

环形开挖预留核心土法在隧道上部断面以弧形导坑领先，再进行下半部两侧开挖，最后进行中部核心土开挖的方法。

2．4中隔壁法(CD法)

该方法就是将隧道分成左右两个大部分进行开挖的方法，首先在隧道的一侧使用台阶法从上到下进行分层开挖，待该侧初期支护完成，且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再分层开挖隧道的另一侧，其分部次数及支护形式与先开挖的一侧相同。主要应用于双线隧道Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道(Ⅳ级围岩)地段。

2．5交叉中隔壁法(CRD法)

交叉中隔壁法(CRD法)与中隔壁法相同仍然是将隧道进行分侧分层开挖，分部封闭成环。每开挖一部均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱。一侧超前的上、中部，待初期支护完成且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再开挖隧道的另一侧的上、中部，然后开挖一侧的下部，最后开挖另一侧的下部，左右交替开挖。用于比较软弱地层中而且是大断面隧道的场合，是用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割闭合进行开挖的方法，是在地质条件要求分部断面及时封闭的条件下采用的方法。

3　平地园隧道洞身开挖开挖技术

3．1Ⅴ级围岩地段开挖

Ⅴ级围岩预留核心土开挖示意图。开挖前要根据设计要求做好超前管棚或超前小导管等辅助措施。正台阶上部环形开挖以人工风镐开挖为主，局部采用预裂、微振动爆破辅助施工，开挖后及时封闭岩面、施作初期支护，并安设锁脚锚杆。核心土开挖及下台阶(含仰拱)采用挖掘机开挖拉槽，局部采用预裂、微振动爆破。上台阶采用小车出碴至下台阶，核心土及下台阶出碴由装载机或挖掘机装碴，自卸汽车运碴。

上半断面高度初步拟定为3．0 m，上下台阶之间的距离根据具体地质情况现场拟定，以保证安全，施工顺畅为原则。施工中合理调整工序，实行开挖、装碴、运输机械化一条龙作业，开挖后及时施工初期支护，仰拱、二次衬砌紧跟。开挖、

支护过程中量测紧跟及时反馈，以调整支护参数，衬砌前拆除临时支护，为确保施工安全量测及时进行。对于隧道浅埋段在开挖前须进行地表注浆加固，地表注浆加固结束后方可进行暗洞开挖施工。隧道在暗洞施工时要加强地表监控量测，发现异常情况应立即封闭掌子面停止施工，及时通知监理、业主及设计单位，根据现场具体情况变更设计方案，确保隧道施工安全。注浆管采用φ42×4注浆花管，管壁每隔15 cm交错布置，眼孔直径6 mm。注浆压力初步拟定初始压力为0．5～1．0 MPa，终压为2．0～3．0 MPa，注浆压力根据现场试验进行调整。排水沟须在隧道进洞之前完成。

3．2Ⅳ级围岩地段开挖

Ⅳ级围岩拟采用上下台阶法开挖，台阶长度控制在1．5倍的隧道洞径以内，上下台阶之间的距离根据具体地质情况定，以保证安全，施工顺畅为原则。施工中合理调整工序，实行钻爆、装碴、运输机械化作业，开挖后及时施工初期支护，仰拱、二次衬砌紧跟。

3．3Ⅲ级围岩地段开挖

Ⅲ级围岩节理裂隙不发育，岩体较完整，稳定性较好。拟采用全断面法开挖。三臂凿岩台车钻孔，非电毫秒雷管起爆，出渣采用挖掘机、装载机配合自卸汽车出渣。喷射砼采用砼喷射机操作等机械化施工。

3．4隧道开挖爆破设计

(1)爆破设计原则

钻爆本着适当减少残眼率，提高单位用药量，减少对围岩的扰动及降低振动强度，采取光面爆破。掏槽及底板眼按抛掷爆破设计。其它眼采用微振动控制爆破，在保证爆破效果的前提下，尽量减少岩石的单位耗药量。采用微差爆破，在实施中再进行调整。

(2)爆破器材

炸药选用2号岩石硝铵炸药和乳化炸药(用于涌水地段)，其规格为Φ25×200(用于周边眼)，Φ32×200两种。雷管采用非电毫秒微差雷管，起爆雷管采用火雷管。

(3)光面爆破参数表

Ⅴ级围岩段、Ⅳ级围岩段以及Ⅲ级围岩段光面爆破参数表分别见下表1、2、3。

表1　Ⅴ级围岩段分层台阶法开挖周边眼光面爆破参数表

表2　Ⅳ级围岩段分层台阶法开挖周边眼光面爆破参数表

表3　Ⅲ级围岩段全断面开挖周边眼光面爆破参数表

台阶分层法开挖采用中空斜眼掏槽，空眼为2个，眼径为45 mm，采用非电毫秒雷管、导爆管起爆。每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标;根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距，用药量，特别是周边眼;根据爆破后石碴的块度修正参数。石碴块度小，说明辅助眼布置偏密;块度大说明炮眼偏疏;根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，爆破眼眼底基本上落在同一断面上。

4　结语

综上所述，在隧道洞身开挖施工中，必须在保证围岩稳定的情况下，根据工程地质条件以及水文地质条件，选择经济合理、安全适用以及技术先进的开挖技术，并且根据选择方法的不同制定合理的光面爆破设计方案，从而保证隧道开挖的顺利进行。

参考文献:

［1］张慧媛，吴沛．公路工程Ⅴ级围岩隧道支护施工技术应用研究［J］．中国新技术新产品，2011，(13) : 56－57.

［2］胡耀东，韩同斌．龙门崖隧道施工技术［J］．安徽建筑，2009，(2) : 12－13.

［3］康军．黄土公路隧道设计与施工技术研究［D］．长安大学，2006，(8) : 34－35.

作者简介:杨大喜(1982－)，男，贵州贵阳人，中级工程师，主要从事路桥施工管理方面的工作。

收稿日期:2014－07－08