摘要：本文首先對(duì)淺埋段隧道圍巖變形特點(diǎn)及時(shí)空進(jìn)行分析，總結(jié)對(duì)比了隧道洞口到主要預(yù)加固措施，并提出主要施工開(kāi)挖方法，并且對(duì)各種施工方法的優(yōu)劣及適用條件進(jìn)行了比較。對(duì)淺埋段隧道施工具有科學(xué)的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：隧道，洞口段，預(yù)加固技術(shù)

Pre - reinforcement Technology and Construction Method of Tunnel Portal Section

（Ningbo Traffic Construction Engineering Supervision & Construction Co. LTD，

Ningbo 315177，China）

Abstract：：In this paper， the deformation characteristics and temporal and spatial analysis of surrounding rock of shallow tunnel are analyzed. Then the main pre-reinforcement measures are compared and put forward the main construction excavation methods， which of advantages and disadvantages are compared. It is of scientific significance to the construction of shallow tunnel.

Key words： Tunnel， Tunnel Section， Pre - reinforcement Technology

0.前言

圍巖是指由于受到隧道開(kāi)挖影響而引起應(yīng)力狀態(tài)改變的巖土體[1]。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，由于主要影響因素不同，其對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度也不同，但隧道開(kāi)挖所引起的力學(xué)過(guò)程和圍巖變形的變化規(guī)律都隨開(kāi)挖面所處位置的變化而變化，產(chǎn)生明顯的時(shí)空效應(yīng)。

影響圍巖壓力的因素有很多，一般分為兩種，一種是地質(zhì)因素，包括圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)、巖體的結(jié)構(gòu)面以及巖石的力學(xué)性質(zhì)等；一種是工程因素，包括施工方法、施做支護(hù)的時(shí)間、支護(hù)剛度、隧道形狀等[2]。

1.淺埋隧道圍巖變形特點(diǎn)及時(shí)空效應(yīng)分析

1.1隧道圍巖縱向變形曲線

隧道在開(kāi)挖后，掌子面前方和后方一定范圍的圍巖由于應(yīng)力重分布會(huì)產(chǎn)生一定的變形，對(duì)于淺埋隧道，由于圍巖自承能力較弱，在上覆荷載的作用下，容易產(chǎn)生地表沉降，從而影響到地面的建筑物，若不加以控制，則會(huì)出現(xiàn)圍巖松弛甚至塌方。

根據(jù)隧道縱向變形特點(diǎn)可以將圍巖變形分為三個(gè)階段：（1）掌子面前方超前變形段；（2）掌子面后方變形段；（3）變形穩(wěn)定段[3]。

1.2隧道圍巖變形的時(shí)空效應(yīng)分析

隧道開(kāi)挖變形的時(shí)空效應(yīng)包括空間效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)?？臻g效應(yīng)指的是隧道開(kāi)挖過(guò)程中，由于受到開(kāi)挖面的約束，使開(kāi)挖面附近的圍巖不能立即釋放其全部瞬時(shí)彈性位移。時(shí)間效應(yīng)指的是隧道開(kāi)挖后圍巖隨時(shí)間增加變形持續(xù)變化的特性[4]。

根據(jù)與開(kāi)挖面的距離可以分為微小變形區(qū)域、急劇增大區(qū)域、緩慢變形區(qū)域和穩(wěn)定變形區(qū)域。如圖2所示。

根據(jù)上圖可知：開(kāi)挖面前方的微小變形區(qū)域（1～1.5D），約占總變形量20%—30%，主要由掌子面開(kāi)挖引起前方圍巖應(yīng)力釋放以及圍巖失水固結(jié)而產(chǎn)生變形，但由于沒(méi)有產(chǎn)生臨空面，變形還比較微?。婚_(kāi)挖面后方的急劇增大區(qū)域（1～3D），約占總變形量的50%—60%，該區(qū)域圍巖由于掌子面開(kāi)挖產(chǎn)生臨空面，使得土體的邊界條件發(fā)生改變；緩慢變形區(qū)域（開(kāi)挖面后方3～5D），約占總變形量的10%—15%，該區(qū)域變形量增加緩慢，變形曲線開(kāi)始收斂；穩(wěn)定變形區(qū)域（開(kāi)挖面后方大于5D），圍巖變形基本完成，圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 洞口段主要預(yù)加固措施

根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)，洞口施工多數(shù)是在預(yù)加固支護(hù)系統(tǒng)下進(jìn)行的，。常用的預(yù)加固措施包括錨桿技術(shù)、抗滑樁技術(shù)、擋土墻技術(shù)、小導(dǎo)管技術(shù)、大管棚技術(shù)等。

錨桿技術(shù)：適用于圍巖為塊石體、順層、陡坎、平緩山坡及淺埋隧道洞口頂豎向加固?？梢约庸虣M向?qū)挾却笥?-2倍洞跨，縱向長(zhǎng)度不大于2倍洞跨，工藝簡(jiǎn)單，與洞內(nèi)施工相互干擾小。

抗滑樁技術(shù)：適用于淺層滑坡帶、順層帶、偏壓帶或巖層間有塑性滑層時(shí)，用于加固對(duì)施工、運(yùn)營(yíng)有影響的滑動(dòng)帶、順層帶、偏壓段，抗滑能力強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單。

擋土墻技術(shù)：適用于滑坡帶及圍巖破碎帶，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)淺層滑坡體及落石較多時(shí)圍巖處理非常有效。

大管棚技術(shù)：適用于淺埋段、地表建筑物密集段、含水破碎帶，對(duì)地表下沉控制嚴(yán)格地段，II類及II類以下圍巖段。該技術(shù)支護(hù)能力強(qiáng)，周期長(zhǎng)，受施工場(chǎng)地限制。

小導(dǎo)管技術(shù)：適用于較干燥的、凝結(jié)力差的巖層、斷層帶、II類軟弱圍巖無(wú)水帶，用以加固埋深≤0.5倍洞跨，拱長(zhǎng)；埋深0.5-1倍洞跨，2/3拱長(zhǎng)；埋深≥1倍洞跨，0.5倍拱長(zhǎng)。支護(hù)效果好，在有孤石時(shí)難度大。

2洞口段基本開(kāi)挖方法

采用合理的預(yù)加固方案和施工方法是保證隧道施工安全的重要措施。隧道洞口段施工方法的選擇應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件、圍巖類別、埋深、隧道斷面大小等因素綜合選擇。目前，隧道洞口段常用的施工方法主要由臺(tái)階法和分部開(kāi)挖法兩類[5]。

2.1 臺(tái)階法

臺(tái)階法是通過(guò)把設(shè)計(jì)斷面分成上、下兩部分分別進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)的一種常用的施工方法。臺(tái)階法適用于洞口圍巖在Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖，有兩臺(tái)階開(kāi)挖和兩臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖留核心土法兩種形式。特點(diǎn)是：隨著臺(tái)階長(zhǎng)度的逐漸縮短，拱頂下沉、地表沉降、周邊水平收斂等明顯減小，根據(jù)圍巖破碎程度和施工條件，可調(diào)整臺(tái)階長(zhǎng)度。臺(tái)階法開(kāi)挖如圖3所示。endprint

2.2 分部開(kāi)挖法

分部開(kāi)挖法是通過(guò)把隧道斷面分塊并有序地進(jìn)行依次開(kāi)挖，其中某一部分會(huì)超前開(kāi)挖，故有時(shí)稱為導(dǎo)坑超前開(kāi)挖法。分布開(kāi)挖法特點(diǎn)：通過(guò)減跨作用、施加支護(hù)可以限制圍巖過(guò)多變形；通過(guò)小導(dǎo)坑超前開(kāi)挖，探明地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方法。主要適用于淺埋段、軟弱破碎地層或大斷面的隧道施工。

（1）環(huán)形開(kāi)挖留核心土法

環(huán)形開(kāi)挖留核心土法適用于淺埋、易發(fā)生涌水、掌子面塌方及破碎土質(zhì)圍巖地段。特點(diǎn)是：可以在短距離圍巖發(fā)生突變時(shí)采用，能夠穩(wěn)定掌子面，確保施工安全，但施工工序增多。

（2）單側(cè)壁導(dǎo)坑法（CD法）

CD工法通過(guò)將斷面跨度一分為二，先開(kāi)挖一側(cè)導(dǎo)洞，然后進(jìn)行初期支護(hù)施作并在斷面中部位置架立臨時(shí)支撐，當(dāng)先開(kāi)挖一側(cè)超前一定距離之后，再開(kāi)挖另一側(cè)，期間進(jìn)行初期支護(hù)并保留中間的臨時(shí)支撐隔墻。

（3）交叉中隔壁法（CRD法）

CRD工法是將大斷面隧道分部進(jìn)行開(kāi)挖，首先開(kāi)挖一側(cè)的上臺(tái)階并及時(shí)施作初期支護(hù)和臨時(shí)支撐，再開(kāi)挖該側(cè)下臺(tái)階并同樣施作初期支護(hù)和臨時(shí)支撐，最后采用相同的工序?qū)α硪粋?cè)進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)，做到步步封閉成環(huán)。

（4）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是首先開(kāi)挖隧道兩側(cè)超前導(dǎo)坑，并且早早地對(duì)兩超前導(dǎo)坑進(jìn)行初期支護(hù)和臨時(shí)支撐施作，再對(duì)剩余斷面部分采用二臺(tái)階開(kāi)挖。主要在不允許過(guò)大沉降的洞口段、Ⅳ、Ⅴ級(jí)淺埋、偏壓、軟弱圍巖以及塌方段采用。

（a）環(huán)形開(kāi)挖留核心土法施工 （b）CD工法施工

（c）CRD工法施工 （d）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

3 洞口段施工方法比選

選擇洞口段施工方法應(yīng)以工程地質(zhì)條件為主要依據(jù)，并結(jié)合建筑物沉降要求、埋深、斷面尺寸、襯砌結(jié)構(gòu)類型、工期要求、現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)力量等進(jìn)行考慮。此外，當(dāng)勘察工程地質(zhì)不準(zhǔn)確、地質(zhì)條件發(fā)生突變時(shí)，應(yīng)考慮變更設(shè)計(jì)、施工工法的必要性。

隧道施工方案選擇應(yīng)滿足安全性、科學(xué)性、可操作性。

隧道洞口段施工選擇合理的施工工法和支護(hù)措施是非常必要的，這不僅可以確保施工安全、圍巖穩(wěn)定，而且加快施工進(jìn)洞、縮短工期，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)可以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)，降低施工和運(yùn)營(yíng)的成本，保護(hù)周邊環(huán)境。

由表可知，淺埋偏壓、軟弱圍巖的隧道洞口段施工采用施工方法有：

（1）隧道洞口圍巖較好時(shí)，采用短臺(tái)階法施工，圍巖變差后可采用微臺(tái)階法施工。一般不建議采用全斷面開(kāi)挖，因?yàn)樵诖髷嗝娴墓匪淼蓝纯谥胁捎萌珨嗝骈_(kāi)挖，對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大，支護(hù)不及時(shí)，從而導(dǎo)致圍巖松弛過(guò)大，增大了坍塌的可能性。且由于難以及時(shí)施作支護(hù)，隧道變形過(guò)大，并增大隧道工程造價(jià)。

（2）在土質(zhì)隧道且洞口圍巖屬于Ⅴ級(jí)時(shí)，一般采用微臺(tái)階法施工；當(dāng)工期允許的情況下，可以采用環(huán)形開(kāi)挖留核心土法，遇水圍巖變差時(shí)可以變更成中隔壁法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。

（3）在淺埋、偏壓、破碎的Ⅴ級(jí)圍巖地段的隧道洞口，優(yōu)先考慮采用環(huán)形開(kāi)挖留核心土法；當(dāng)?shù)乇碛薪ㄖ锘蛘叱两狄蟛荒苓^(guò)大時(shí)，可采用中隔壁法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了淺埋段隧道圍巖變形特點(diǎn)和時(shí)空分析，總結(jié)了洞口段主要施工開(kāi)挖方法，并且對(duì)各種施工方法的優(yōu)劣及適用條件進(jìn)行了比較。對(duì)淺埋段隧道施工具有科學(xué)的指導(dǎo)意義。

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作者簡(jiǎn)介：原野（1964-），男（漢族），黑龍江慶安人，高級(jí)工程師，學(xué)士學(xué)位，主要研究方向?yàn)榈缆窐蛄核淼?。endprint