【摘 要】 大斷面隧道三臺階法施工會造成一定程度的地層變形。在具體施工中，采取超前注漿加固、襯砌背后注漿、鎖腳錨桿設(shè)置、核心土預留以及控制臺階長度等措施，能夠有效地控制地層變形，確保工程質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 大斷面隧道 三臺階法 地層變形 控制措施引言

近年來，我國交通事業(yè)飛速發(fā)展，越來越多的隧道工程項目陸續(xù)上馬。在施工中，采用了各種科學的隧道施工方法，其中三臺階法具有獨特的優(yōu)勢，被廣泛應用。以華子節(jié)隧道為例，對大斷面隧道三臺階法施工進行分析，探究三臺階施工對地層變形的影響及相應的控制措施。

1 三臺階施工法

大斷面隧道三臺階施工法指的是在開挖隧道時，分仰拱與上中下四個部分，同時開挖七個不同相互錯開的開挖面，分布同時支護，并形成支護整體，向縱深逐步推進。在三臺階開挖中，采用環(huán)形開挖的方式開挖拱部，并預留核心土。中下部開挖時，保持中部土體不動，先開挖兩側(cè)。三臺階施工的重點是確保掌子面穩(wěn)定，其施工需要遵循少分塊和快封閉的原則，最大程度地減少地層被擾動的次數(shù)與荷載轉(zhuǎn)換的次數(shù)。開挖時需要先護后挖，及時支撐，邊開挖邊支護。以華子節(jié)隧道為例，該隧道采用三臺階法施工。

2 三臺階施工對地層變形的影響

大斷面隧道三臺階施工，會擾動前進方向的土層，造成土體受損，進而導致不同范圍與不同深度的沉降和地層變形。首先，開挖會改變土體的應力狀態(tài)。掘進隧道時，土體受到的側(cè)壓力移向隧道內(nèi)，造成開挖面土體上部的地層發(fā)生沉降。開挖隧道后，將會產(chǎn)生應力重新分布，在二次應力狀態(tài)下圍巖開始向洞內(nèi)位移。其次，三臺階施工產(chǎn)生一定的擾動。受到注漿、爆破、機器設(shè)備運作等的影響，地層會在一定程度上發(fā)生變形。第三，初期支護的影響。初期支護需要與圍巖共同經(jīng)歷一段變形時期，受到土體壓力的作用，柔性支護與襯砌會發(fā)生一定程度的變位與變形。而柔性支護與襯砌又反作用于周圍土體，從而導致地層發(fā)生應當一定程度的變形。第四，土體固結(jié)與地下水位下降。土體固結(jié)會造成地層變形。隧道施工擾動周圍的土層，形成超孔隙的水壓力區(qū)，在推進開挖面時，會釋放土體表面應力，降低孔隙水壓力，從而使地層排水固結(jié)，進而發(fā)生變形。另一方面，地下水位降低會增加地基的有效應力，引發(fā)固結(jié)沉降，進而導致地層變形。

3 華子節(jié)隧道施工中的地層變形控制

華子節(jié)隧道燕尾段部分屬于大斷面隧道，達到186m2，在施工中采用了三臺階施工法。為了有效地控制地層變形，采取了以下控制措施。

3.1 超前注漿加固

在大斷面隧道三臺階法施工中，尤其是在軟弱圍巖地段，超前地質(zhì)預報與超前預加固是非常必要的。準確地超前地質(zhì)預報能夠為預加固提供客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)，確保預加固的科學性、合理性以及經(jīng)濟性。注漿是控制地標沉降過大和地層變形的有效措施。隧道注漿有著壓密、填充的作用機理。隧道超前注漿能夠產(chǎn)生較大的上抬力，頂升地基土體的作用十分明顯?？茖W的注漿能夠有效地改良地層：使疏松的地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加均勻、致密；排除存在于土體空隙間的水，逐漸提高土體團結(jié)度，提高土體的抗剪強度；降低土體滲透系數(shù)，加大土體摩擦角，改善地層性質(zhì)，保證開挖隧道時不發(fā)生涌泥突水現(xiàn)象，不發(fā)生坍塌現(xiàn)象等。華子節(jié)隧道周邊的圍巖條件較差，一些地段有著較高的含水量，若是不進行相關(guān)的地層頂加固，就會導致地層發(fā)生變形，并且難以控制，不利于隧道安全。綜合分析施工具體情況，施工造成地層變形大、地下水較為豐富和地層條件較差，是本隧道施工中的主要難點。鑒于此，華子節(jié)隧道進行超前注漿加固。超前支護是φ42，環(huán)向間距為40cm、管長為4m的超前注漿小導管。華子節(jié)隧道超前小導管的搭接長度死1.5m，每2m一循環(huán)，注漿壓力為0.5Mpa-1.0Mpa。在注漿過程中，對不穩(wěn)定的部分地段進行參數(shù)調(diào)整與適當加固。

3.2 襯砌背后注漿

在大斷面隧道三臺階法施工中，會發(fā)生初襯與圍巖不密貼的現(xiàn)象，容易導致局部壓力集中，進而破壞襯砌。襯砌背后注漿加固不但能夠使地層和隧道結(jié)構(gòu)之間更加密貼，避免發(fā)生體量較大的積水、空洞等不良現(xiàn)象，而且能夠有效地控制地層變形。注漿能夠使周圍土體和初襯形成一個整體，并保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在注漿中，注漿的充分性和均勻性至關(guān)重要。大斷面隧道三臺階施工中的襯砌背后注漿加固主要可以分成兩部分：初期支護背后注漿加固與二次襯砌背后注漿加固。襯砌背后注漿加固的主要目的是補強加固被擾動開挖的地層，填充初襯與二襯之間的空隙、初襯和地層之間的空隙，將二次應力狀態(tài)快速轉(zhuǎn)變成三次應力狀態(tài)，促進地層和隧道結(jié)構(gòu)的融合，形成一個整體，進而增強隧道的堅固性。華子節(jié)隧道在拱部45度左右、滯后于工作面三米左右進行注漿管埋設(shè)，混凝土噴好24小時后就可以進行填充施工。綜合分析華子節(jié)隧道的具體情況，混凝土噴射第四天后，就應當實施背后低壓注漿，并且保持0.3-0.5Mpa的注漿壓力，采用水泥單液漿作為主要的漿液，在有水的局部位置適當采用水泥水玻璃雙液漿。通常情況下，越早進行壁后注漿，充填率也就越高。

3.3 鎖腳錨桿設(shè)置

合理設(shè)置鎖腳錨桿能夠有效地降低整體沉降量。華子節(jié)隧道工程為了降低拱頂下沉，在三臺階法施工中針對整體下層的情況，采用了設(shè)置鎖腳錨桿的控制措施。在淺埋段，鎖腳錨桿采用長為4m、壁厚為4mm的Φ42無縫鋼管，在每處拱腳部位分別設(shè)置四根鎖腳錨桿。在深埋段，采用長為3.5m、壁厚為3.5mm的Φ42無縫鋼管，在每處拱腳部位分別設(shè)置兩根鎖腳錨桿。鎖腳錨桿的端部和拱架焊接，并且澆筑C20水泥漿，對各個分部開挖拱腳進行加固。

3.4 核心土預留

大斷面隧道三臺階法施工中，一定臺階長度內(nèi)的拱腳強度較低而內(nèi)拱部結(jié)構(gòu)沒有成型，容易造成穩(wěn)定性較差的拱部結(jié)構(gòu)。在重新調(diào)整地應力的過程中，容易導致結(jié)構(gòu)變形和整體豎向位移。此時，預留部分核心土、加設(shè)臨時仰拱或加設(shè)臨時橫向支撐，均能夠有效的控制地層變形，保證拱部安全。預留部分核心土能夠在一定程度上消除掌子面前部的土壓力。加設(shè)臨時仰拱或加設(shè)臨時橫向支撐能夠抵擋較大的拱腳部位的土壓力，發(fā)揮較大的地層變形控制的作用，不過這兩種施工措施的施工進度較慢、造價成本較高，施工后期還需要將臨時支護去除，因此預留部分核心土施工方式是較佳的選擇。華子節(jié)隧道三臺階開挖施工，在每個臺階都預留部分核心土。根據(jù)開挖斷面的圍巖情況，確定預留核心土的具體范圍，以確保初期支護施工工具能夠得到有效地滿足。在華子節(jié)隧道施工中，預留核心土的寬度是4.2-6.4m，高度是2.0-2.5m。

3.5 控制臺階長度

在大斷面隧道三臺階法施工中，臺階長度是一個重要的施工工藝因素。在開挖有著較大跨度的隧道結(jié)構(gòu)時，在未施作臨時仰拱的情況下，臺階長度應當盡量控制在1-1.5倍的隧道開挖跨度內(nèi)。在華子節(jié)隧道施工中，施工單位應當合理確定臺階長度，盡量避免出現(xiàn)臺階長度時小時大、頻繁變化。華子節(jié)隧道施工中，將臺階長度控制在7-9m的范圍內(nèi)，臺階長度波動幅度較小，有利于隧道施工和地層變形控制。

4 結(jié)語

綜上所訴，在大斷面隧道三臺階法施工中，開挖會改變土體的應力狀態(tài)，產(chǎn)生一定的擾動，造成土體固結(jié)與地下水位下降，進而導致地層變形。為了有效地控制地層變形，在施工中就需要采取相應的措施對地層變形的影響因素加以控制。

參考文獻

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