隧道建设工程中正洞的施工技术应用探讨
2022-06-09
【摘要】在浅埋破碎岩层隧道工程施工中，施工的关键技术在于施工期间初期支护结构变形量的控制，从而确保支护结构整体的稳定性。本文通过某隧道工程初期支护沉降变形发生阶段的研究，总结阐述了浅埋破碎岩层隧道施工技术中正洞和仰拱开挖两部分施工内容，对其采取合理有效控制支护结构稳定性的措施做了探讨。
【关键词】隧道工程；正洞；施工技术
0引言浅埋破碎岩层隧道施工方法的选择是决定隧道施工安全和进度的关键性因素，因此在施工方法选择上一般较为慎重，合理的施工方法可有效控制初期支护的沉降变形量，确保支护结构整体的稳定性。一般情况下，隧道施工方法的划分因素有：高度、跨度、高度与跨度综合考虑三种。主要考虑开挖高度对围岩影响的施工方法有全断面法、台阶法、三台阶法等；主要考虑开挖跨度对围岩影响的施工方法有侧壁导坑法、双侧壁导坑法等；开挖高度、跨度综合考虑的施工方法有CD法、CRD法等。
1工程概况某隧道建设工程位于该地区高速公路3标段的第3KM以南约450m处，设计为左右线分离式的短隧道。右线端洞口里程桩号LC26+805-LC27+320，洞体长515.0m，最大埋深42.06m，位于LC26+930处。左线端洞口里程桩号LC26+810-LC27+330，洞体长520.0m，最大埋深41.12m，位于LC26+940处。隧道总体走向呈105-80°，左右线均属短隧道，隧道围岩主要由煤层、泥岩及薄层灰岩组成，洞体范围内存在煤矿采空区。地质条件极为复杂，存在浅埋、软弱破碎岩层、煤系地层、采空区、滑塌体等各种不良地质现象。
2隧道工程中正洞的施工技术在对浅埋破碎岩层隧道一般施工方法分析总结的基础上，针对该隧道浅埋，围岩软弱破碎，且隧道穿越煤系地层和采空区等工程特征，隧道在选择隧道施工方法时，主要考虑开挖尺寸、支护结构稳定性及工程造价等因素的影响。该隧道在采用三台阶法施工时，施工基本原则：“预判断，管超前，严注浆，短台阶，弱爆破，短进尺，交错挖，强锁脚，大拱脚，早封闭，勤量测，紧衬砌”。
2.1台阶划分施工开挖高度过高不利于围岩的自稳，开挖高度太低不利于初期支护的受力。因此，一般上台阶开挖高度取3.0-3.5m，中台阶取2.5-3.0m，下台阶取2.0-2.5m。
台阶长度选择时考虑到围岩自稳和台阶长度对施工的影响，一般上台阶开挖长度取3.0-5.0m，中台阶长度取5.0-7.0m，下台阶以施工方便为主，但不宜超过15.0m。
2.2短进尺施工三台阶法施工时必须采用短进尺，严格控制每次的开挖长度。上台阶每次进尺为1-2榀钢拱架距离，且距掌子面最近一榀钢拱架的距离不得超过20cm；中台阶和下台阶每次进尺为2-4榀钢拱架距离，且在中、下台阶开挖时，各台阶均左右错开施工，同台阶间左右错开至少3.0m，以避免上层初期支护两脚同时悬空。
2.3核心土施工（1）上台阶核心土长度可取1.5m-2.0m，在确保掌子面稳定的前提下，为拱架架设和超前支护施工提供工作平台；核心土顶面距拱顶约1.8m-2.0m，在围岩稳定性极差时，可适当增加核心土高度，核心土左右脚部离开挖轮廓线2.0m-3.0m。（2）中台阶施工时不留核心土，直接落底至中台阶，为上台阶开挖时提供方便，利于车辆通行。（3）下台阶预留部分核心土，做成行车斜坡，从而满足道路放坡需要，确保车辆行驶安全，两侧交错拉槽施工。
2.4弱爆破、紧支护施工破碎岩层隧道在施工过程中若需爆破，应严格控制爆破强度，降低对围岩的扰动，应采用机械开挖，并注意开挖进尺和速度。在隧道掌子面开挖后一两个小时是围岩稳定的关键时期，破碎岩层隧道围岩暴露时间过长，受到环境影响，围岩应力释放变形后极易发生失稳，因此必须立即支护。
2.5超前支护施工浅埋破岩层隧道必须采用超前支护，加强掌子面前方围岩的自稳能力，保证隧道掌子面施工的安全。超前小导管注浆能够对前方未开挖部分岩土体起到纵向梁作用，同时通过对导管内注浆，浆液将进入岩土体的裂隙中，形成刚度较大的土层加固圈，提高了岩土体的稳定性。
2.6锁脚锚杆、大拱脚施工上中下台阶在钢拱架架设完成后均须打设锁脚锚杆，每个拱脚不少于两根，锁脚锚杆采用3.5-4.0m长Φ22药卷锚杆或Φ42mm的注浆小导管，锁脚锚杆必须与钢拱架焊接牢固，围岩破碎情况下，锁脚锚杆应注浆，增加与围岩间的握裹力，锁脚锚杆的施作质量是初期支护稳定性的关键。
大拱脚是通过扩大初期支护结构纵横向支撑面积，以提高地基承载力的方法。各台阶开挖后，拱脚处应清除虚渣，将钢拱架直接落于坚实的基底上，在基础情况较差时，可采用混凝土垫块垫于拱脚下，避免拱脚悬空，造成初期支护失稳。
3隧道工程中仰拱三幅施工技术仰拱三幅施工法通过减小仰拱开挖跨度，以控制初期支护的沉降变形量、提高隧道整体稳定性，同时在仰拱施工时，采取措施而不影响施工车辆正常通行，顺利完成软弱破碎围岩隧道初期支护仰拱的闭合。
3.1第一幅仰拱的施工开挖隧道右侧围岩，开挖深度为1.2-2.0m，横向开挖宽度为隧道开挖宽度的1/8-1/6，纵向开挖长度为3.0-4.0m，架设右侧钢拱架，钢拱架右端与右侧拱脚处钢拱架下端用螺栓联接，焊接纵向连接筋，在右侧钢拱架上喷射砼，筑成第一幅仰拱。
3.2第二幅仰拱的施工待第一幅仰拱施工6-8小时后，在隧道左侧用同样的方法进行第二幅仰拱施工，筑成第二幅仰拱。
3.3第三幅仰拱的施工待第二幅仰拱施工10-12小时后，开挖隧道中部围岩，架设中部钢拱架，中部钢拱架的左端与第二幅仰拱的钢拱架右端用螺栓连接、右端与第一幅仰拱的钢拱架左端用钢筋焊接连接，在中部钢拱架上喷射混凝土，筑成第三幅仰拱，第一幅仰拱、第二幅仰拱、第三幅仰拱联接构成纵向深度为3.0-4.0m的仰拱。
3.4后续隧道仰拱施工当隧道第三幅仰拱开挖时，仰拱两侧已施工完成，类似大拱脚作用的第一、二幅仰拱能够有效地承担上部初期支护作用，降低了隧道大幅开挖而产生的围岩变形量，同时第三幅仰拱施工简便可快速成环，且弧度较小易于钢拱架的加工与连接，避免出现应力集中。
在进行仰拱第三幅仰拱施工时，由于仰拱中间部位的开挖，会对车辆通行带来一定影响，为了发挥三幅施工法的优势，不致影响隧道掌子面的正常施工，在第三幅仰拱开挖时，在其上方架设临时栈桥，以利于施工车辆的通行，保证各工序间相互协调，互不影响。
4结语本文依托工程的实际情况，对该隧道工程中的正洞开挖及仰拱施工的主要技术做了分析，找到了适于浅埋破碎岩层隧道正洞开挖施工的方法，通过对施工现场监测数据的分析，提出了选择使用仰拱三幅施工法的施工技术流程，施工后，现场监测数据显示，采用仰拱三幅施工法替代半幅施工法后，仰拱开挖引起的拱顶沉降值和最大沉降速率均减少25%左右，充分体现了仰拱三幅施工法在浅埋破碎岩层隧道工程中良好的应用效果。
【参考文献】
[1]范永慧.浅埋破碎岩层隧道小导管预支护技术研究[D].西安科技大学，
[2]孙哲.隧道浅埋、破碎段的六步CD法施工[J].科海故事博览·科技探索，2012（3）.
[3]邵大鹏，李廷春.浅埋偏压软岩隧道施工技术研究[J].铁道建筑技术，2012（8）.
【关键词】隧道工程；正洞；施工技术
0引言浅埋破碎岩层隧道施工方法的选择是决定隧道施工安全和进度的关键性因素，因此在施工方法选择上一般较为慎重，合理的施工方法可有效控制初期支护的沉降变形量，确保支护结构整体的稳定性。一般情况下，隧道施工方法的划分因素有：高度、跨度、高度与跨度综合考虑三种。主要考虑开挖高度对围岩影响的施工方法有全断面法、台阶法、三台阶法等；主要考虑开挖跨度对围岩影响的施工方法有侧壁导坑法、双侧壁导坑法等；开挖高度、跨度综合考虑的施工方法有CD法、CRD法等。
1工程概况某隧道建设工程位于该地区高速公路3标段的第3KM以南约450m处，设计为左右线分离式的短隧道。右线端洞口里程桩号LC26+805-LC27+320，洞体长515.0m，最大埋深42.06m，位于LC26+930处。左线端洞口里程桩号LC26+810-LC27+330，洞体长520.0m，最大埋深41.12m，位于LC26+940处。隧道总体走向呈105-80°，左右线均属短隧道，隧道围岩主要由煤层、泥岩及薄层灰岩组成，洞体范围内存在煤矿采空区。地质条件极为复杂，存在浅埋、软弱破碎岩层、煤系地层、采空区、滑塌体等各种不良地质现象。
2隧道工程中正洞的施工技术在对浅埋破碎岩层隧道一般施工方法分析总结的基础上，针对该隧道浅埋，围岩软弱破碎，且隧道穿越煤系地层和采空区等工程特征，隧道在选择隧道施工方法时，主要考虑开挖尺寸、支护结构稳定性及工程造价等因素的影响。该隧道在采用三台阶法施工时，施工基本原则：“预判断，管超前，严注浆，短台阶，弱爆破，短进尺，交错挖，强锁脚，大拱脚，早封闭，勤量测，紧衬砌”。
2.1台阶划分施工开挖高度过高不利于围岩的自稳，开挖高度太低不利于初期支护的受力。因此，一般上台阶开挖高度取3.0-3.5m，中台阶取2.5-3.0m，下台阶取2.0-2.5m。
台阶长度选择时考虑到围岩自稳和台阶长度对施工的影响，一般上台阶开挖长度取3.0-5.0m，中台阶长度取5.0-7.0m，下台阶以施工方便为主，但不宜超过15.0m。
2.2短进尺施工三台阶法施工时必须采用短进尺，严格控制每次的开挖长度。上台阶每次进尺为1-2榀钢拱架距离，且距掌子面最近一榀钢拱架的距离不得超过20cm；中台阶和下台阶每次进尺为2-4榀钢拱架距离，且在中、下台阶开挖时，各台阶均左右错开施工，同台阶间左右错开至少3.0m，以避免上层初期支护两脚同时悬空。
2.3核心土施工（1）上台阶核心土长度可取1.5m-2.0m，在确保掌子面稳定的前提下，为拱架架设和超前支护施工提供工作平台；核心土顶面距拱顶约1.8m-2.0m，在围岩稳定性极差时，可适当增加核心土高度，核心土左右脚部离开挖轮廓线2.0m-3.0m。（2）中台阶施工时不留核心土，直接落底至中台阶，为上台阶开挖时提供方便，利于车辆通行。（3）下台阶预留部分核心土，做成行车斜坡，从而满足道路放坡需要，确保车辆行驶安全，两侧交错拉槽施工。
2.4弱爆破、紧支护施工破碎岩层隧道在施工过程中若需爆破，应严格控制爆破强度，降低对围岩的扰动，应采用机械开挖，并注意开挖进尺和速度。在隧道掌子面开挖后一两个小时是围岩稳定的关键时期，破碎岩层隧道围岩暴露时间过长，受到环境影响，围岩应力释放变形后极易发生失稳，因此必须立即支护。
2.5超前支护施工浅埋破岩层隧道必须采用超前支护，加强掌子面前方围岩的自稳能力，保证隧道掌子面施工的安全。超前小导管注浆能够对前方未开挖部分岩土体起到纵向梁作用，同时通过对导管内注浆，浆液将进入岩土体的裂隙中，形成刚度较大的土层加固圈，提高了岩土体的稳定性。
2.6锁脚锚杆、大拱脚施工上中下台阶在钢拱架架设完成后均须打设锁脚锚杆，每个拱脚不少于两根，锁脚锚杆采用3.5-4.0m长Φ22药卷锚杆或Φ42mm的注浆小导管，锁脚锚杆必须与钢拱架焊接牢固，围岩破碎情况下，锁脚锚杆应注浆，增加与围岩间的握裹力，锁脚锚杆的施作质量是初期支护稳定性的关键。
大拱脚是通过扩大初期支护结构纵横向支撑面积，以提高地基承载力的方法。各台阶开挖后，拱脚处应清除虚渣，将钢拱架直接落于坚实的基底上，在基础情况较差时，可采用混凝土垫块垫于拱脚下，避免拱脚悬空，造成初期支护失稳。
3隧道工程中仰拱三幅施工技术仰拱三幅施工法通过减小仰拱开挖跨度，以控制初期支护的沉降变形量、提高隧道整体稳定性，同时在仰拱施工时，采取措施而不影响施工车辆正常通行，顺利完成软弱破碎围岩隧道初期支护仰拱的闭合。
3.1第一幅仰拱的施工开挖隧道右侧围岩，开挖深度为1.2-2.0m，横向开挖宽度为隧道开挖宽度的1/8-1/6，纵向开挖长度为3.0-4.0m，架设右侧钢拱架，钢拱架右端与右侧拱脚处钢拱架下端用螺栓联接，焊接纵向连接筋，在右侧钢拱架上喷射砼，筑成第一幅仰拱。
3.2第二幅仰拱的施工待第一幅仰拱施工6-8小时后，在隧道左侧用同样的方法进行第二幅仰拱施工，筑成第二幅仰拱。
3.3第三幅仰拱的施工待第二幅仰拱施工10-12小时后，开挖隧道中部围岩，架设中部钢拱架，中部钢拱架的左端与第二幅仰拱的钢拱架右端用螺栓连接、右端与第一幅仰拱的钢拱架左端用钢筋焊接连接，在中部钢拱架上喷射混凝土，筑成第三幅仰拱，第一幅仰拱、第二幅仰拱、第三幅仰拱联接构成纵向深度为3.0-4.0m的仰拱。
3.4后续隧道仰拱施工当隧道第三幅仰拱开挖时，仰拱两侧已施工完成，类似大拱脚作用的第一、二幅仰拱能够有效地承担上部初期支护作用，降低了隧道大幅开挖而产生的围岩变形量，同时第三幅仰拱施工简便可快速成环，且弧度较小易于钢拱架的加工与连接，避免出现应力集中。
在进行仰拱第三幅仰拱施工时，由于仰拱中间部位的开挖，会对车辆通行带来一定影响，为了发挥三幅施工法的优势，不致影响隧道掌子面的正常施工，在第三幅仰拱开挖时，在其上方架设临时栈桥，以利于施工车辆的通行，保证各工序间相互协调，互不影响。
4结语本文依托工程的实际情况，对该隧道工程中的正洞开挖及仰拱施工的主要技术做了分析，找到了适于浅埋破碎岩层隧道正洞开挖施工的方法，通过对施工现场监测数据的分析，提出了选择使用仰拱三幅施工法的施工技术流程，施工后，现场监测数据显示，采用仰拱三幅施工法替代半幅施工法后，仰拱开挖引起的拱顶沉降值和最大沉降速率均减少25%左右，充分体现了仰拱三幅施工法在浅埋破碎岩层隧道工程中良好的应用效果。
【参考文献】
[1]范永慧.浅埋破碎岩层隧道小导管预支护技术研究[D].西安科技大学，
[2]孙哲.隧道浅埋、破碎段的六步CD法施工[J].科海故事博览·科技探索，2012（3）.
[3]邵大鹏，李廷春.浅埋偏压软岩隧道施工技术研究[J].铁道建筑技术，2012（8）.