楊大喜(貴州路橋集團有限公司)

平地園隧道洞身開挖施工技術(shù)研究

楊大喜
(貴州路橋集團有限公司)

摘要:在隧道施工中，影響圍巖穩(wěn)定的重要因素之一就是開挖方法。因而，在進行開挖方法的選擇時，必須根據(jù)隧道斷面的形狀、大小、地質(zhì)條件等多種因素進行綜合分析，采取恰當?shù)拈_挖方法。主要闡述了隧道洞身開挖的幾種方法，并且闡述了平地園隧道洞身開挖技術(shù)。

關(guān)鍵詞:隧道;洞身;開挖;全斷面;臺階法

中圖分類號:U445

文獻標識碼:C

文章編號:1008－3383(2015)04－0106－02

1　工程概況

平地園隧道場區(qū)地處貴州中北部黔北山地高原，位于正安縣鳳儀鎮(zhèn)境內(nèi)，起于班竹鄉(xiāng)新模村，魚田溪河谷北岸，下穿平地園山脈，止于河壩。附近海拔700．1～1 213．6 m，相對高差513．5 m，軸線通過地段地面高程在813．7～1 146．4 m之間，相對高差332．7 m。地貌屬溶蝕－侵蝕型低中山峰從溝谷地貌，地表受溶蝕、侵蝕作用強烈，地勢起伏較大。隧道區(qū)地表植被較發(fā)育，基巖局部出露，隧道進口距離通車公路遠，交通條件極差，隧道出口在村道相附近。

平地園隧道起訖樁號左線ZK67 +468～ZK71 +175(長度為3 707 m)，右線YK67 +473～YK69 +186(長度為3 713 m)。建筑限界凈寬為:0．75 +0．5 +2×3．75 +0．75 +0．75 =10．25;建筑限界凈高為5．0 m。其中左線隧道襯砌長度為Ⅲ級1 010 m、Ⅳ級1885 m、Ⅴ級796 m、明洞22 m，右線隧道襯砌長度為Ⅲ級965 m、Ⅳ級2 120 m、Ⅴ級603 m、明洞19 m。進口段位于直線上，出口段分別位于半徑為4 700 m、3 500 m的圓曲線上，進口段測設(shè)線距離約為16．5 m，出口段測設(shè)線距離約為19 m。隧道進口為上坡隧道，出口段為下坡，縱坡為2．5%、1．98%、－2．5%。隧道進出口為端墻式洞門，出口為削竹式洞門，光電照明，機械通風。

平地園隧道務(wù)川端進口由于地勢十分陡峭，位于深谷側(cè)，且緊連茶園坪3#大橋，施工場地狹小，根據(jù)工期要求和現(xiàn)場實際情況，通過優(yōu)化比選采取在ZK67 + 979處左側(cè)增設(shè)211 m橫洞，通過橫洞進洞施工;平地園隧道出口端采取直接從洞口進洞掘進施工。

2　隧道開挖技術(shù)

2．1全斷面開挖法

全斷面法就是以設(shè)計斷面為依據(jù)將隧道一次開挖成型，再進行襯砌施工的方法。適用于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(shè)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1 km，否則采用大型機械化施工，其經(jīng)濟性較差。

2．2臺階開挖法

臺階開挖法就是將隧道的設(shè)計斷面分成兩次或者是三次進行開挖的方法，其中上臺階超前一定距離后，上下臺階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(shè)計，又有三臺階臨時仰拱法，甚至多臺階法。

2．3環(huán)形開挖預留核心土法

環(huán)形開挖預留核心土法在隧道上部斷面以弧形導坑領(lǐng)先，再進行下半部兩側(cè)開挖，最后進行中部核心土開挖的方法。

2．4中隔壁法(CD法)

該方法就是將隧道分成左右兩個大部分進行開挖的方法，首先在隧道的一側(cè)使用臺階法從上到下進行分層開挖，待該側(cè)初期支護完成，且噴射混凝土達到設(shè)計強度70%以上時再分層開挖隧道的另一側(cè)，其分部次數(shù)及支護形式與先開挖的一側(cè)相同。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(Ⅳ級圍巖)地段。

2．5交叉中隔壁法(CRD法)

交叉中隔壁法(CRD法)與中隔壁法相同仍然是將隧道進行分側(cè)分層開挖，分部封閉成環(huán)。每開挖一部均及時施作錨噴支護、安設(shè)鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時仰拱。一側(cè)超前的上、中部，待初期支護完成且噴射混凝土達到設(shè)計強度70%以上時再開挖隧道的另一側(cè)的上、中部，然后開挖一側(cè)的下部，最后開挖另一側(cè)的下部，左右交替開挖。用于比較軟弱地層中而且是大斷面隧道的場合，是用隔壁和仰拱把斷面上下、左右分割閉合進行開挖的方法，是在地質(zhì)條件要求分部斷面及時封閉的條件下采用的方法。

3　平地園隧道洞身開挖開挖技術(shù)

3．1Ⅴ級圍巖地段開挖

Ⅴ級圍巖預留核心土開挖示意圖。開挖前要根據(jù)設(shè)計要求做好超前管棚或超前小導管等輔助措施。正臺階上部環(huán)形開挖以人工風鎬開挖為主，局部采用預裂、微振動爆破輔助施工，開挖后及時封閉巖面、施作初期支護，并安設(shè)鎖腳錨桿。核心土開挖及下臺階(含仰拱)采用挖掘機開挖拉槽，局部采用預裂、微振動爆破。上臺階采用小車出碴至下臺階，核心土及下臺階出碴由裝載機或挖掘機裝碴，自卸汽車運碴。

上半斷面高度初步擬定為3．0 m，上下臺階之間的距離根據(jù)具體地質(zhì)情況現(xiàn)場擬定，以保證安全，施工順暢為原則。施工中合理調(diào)整工序，實行開挖、裝碴、運輸機械化一條龍作業(yè)，開挖后及時施工初期支護，仰拱、二次襯砌緊跟。開挖、

支護過程中量測緊跟及時反饋，以調(diào)整支護參數(shù)，襯砌前拆除臨時支護，為確保施工安全量測及時進行。對于隧道淺埋段在開挖前須進行地表注漿加固，地表注漿加固結(jié)束后方可進行暗洞開挖施工。隧道在暗洞施工時要加強地表監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)異常情況應立即封閉掌子面停止施工，及時通知監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計單位，根據(jù)現(xiàn)場具體情況變更設(shè)計方案，確保隧道施工安全。注漿管采用φ42×4注漿花管，管壁每隔15 cm交錯布置，眼孔直徑6 mm。注漿壓力初步擬定初始壓力為0．5～1．0 MPa，終壓為2．0～3．0 MPa，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場試驗進行調(diào)整。排水溝須在隧道進洞之前完成。

3．2Ⅳ級圍巖地段開挖

Ⅳ級圍巖擬采用上下臺階法開挖，臺階長度控制在1．5倍的隧道洞徑以內(nèi)，上下臺階之間的距離根據(jù)具體地質(zhì)情況定，以保證安全，施工順暢為原則。施工中合理調(diào)整工序，實行鉆爆、裝碴、運輸機械化作業(yè)，開挖后及時施工初期支護，仰拱、二次襯砌緊跟。

3．3Ⅲ級圍巖地段開挖

Ⅲ級圍巖節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體較完整，穩(wěn)定性較好。擬采用全斷面法開挖。三臂鑿巖臺車鉆孔，非電毫秒雷管起爆，出渣采用挖掘機、裝載機配合自卸汽車出渣。噴射砼采用砼噴射機操作等機械化施工。

3．4隧道開挖爆破設(shè)計

(1)爆破設(shè)計原則

鉆爆本著適當減少殘眼率，提高單位用藥量，減少對圍巖的擾動及降低振動強度，采取光面爆破。掏槽及底板眼按拋擲爆破設(shè)計。其它眼采用微振動控制爆破，在保證爆破效果的前提下，盡量減少巖石的單位耗藥量。采用微差爆破，在實施中再進行調(diào)整。

(2)爆破器材

炸藥選用2號巖石硝銨炸藥和乳化炸藥(用于涌水地段)，其規(guī)格為Φ25×200(用于周邊眼)，Φ32×200兩種。雷管采用非電毫秒微差雷管，起爆雷管采用火雷管。

(3)光面爆破參數(shù)表

Ⅴ級圍巖段、Ⅳ級圍巖段以及Ⅲ級圍巖段光面爆破參數(shù)表分別見下表1、2、3。

表1?、跫墖鷰r段分層臺階法開挖周邊眼光面爆破參數(shù)表

表2?、艏墖鷰r段分層臺階法開挖周邊眼光面爆破參數(shù)表

表3?、蠹墖鷰r段全斷面開挖周邊眼光面爆破參數(shù)表

臺階分層法開挖采用中空斜眼掏槽，空眼為2個，眼徑為45 mm，采用非電毫秒雷管、導爆管起爆。每次爆破后檢查爆破效果，分析原因及時修正爆破參數(shù)，提高爆破效果，改善技術(shù)經(jīng)濟指標;根據(jù)巖層節(jié)理裂隙發(fā)育、巖性軟硬情況，修正眼距，用藥量，特別是周邊眼;根據(jù)爆破后石碴的塊度修正參數(shù)。石碴塊度小，說明輔助眼布置偏密;塊度大說明炮眼偏疏;根據(jù)開挖面凹凸情況修正鉆眼深度，爆破眼眼底基本上落在同一斷面上。

4　結(jié)語

綜上所述，在隧道洞身開挖施工中，必須在保證圍巖穩(wěn)定的情況下，根據(jù)工程地質(zhì)條件以及水文地質(zhì)條件，選擇經(jīng)濟合理、安全適用以及技術(shù)先進的開挖技術(shù)，并且根據(jù)選擇方法的不同制定合理的光面爆破設(shè)計方案，從而保證隧道開挖的順利進行。

參考文獻:

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作者簡介:楊大喜(1982－)，男，貴州貴陽人，中級工程師，主要從事路橋施工管理方面的工作。

收稿日期:2014－07－08