李莉

山西路橋建設(shè)集團有限公司 山西太原 030006

隧道里程的不斷延長使越來越多的隧道面臨淺埋軟巖問題，這無疑給隧道開挖施工提出了更高要求，如果所用開挖方法不適宜或支護不到位，則具有可能引發(fā)安全問題。因此，有必要結(jié)合淺埋軟巖隧道實際情況，對其開挖施工技術(shù)進行深入分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。

1 工程概況

某淺埋軟巖隧道實際埋深在13-38m范圍內(nèi)，而且ZK93+870～ZK93+960段、ZK94+020～ZK94+140段、ZK94+ 390～ZK94+440段、K94+410～K94+510段與K93+857～K94+140段地勢相對較低，溝壑被匯水直接沖刷。以上各段最大埋深只有12m，局部埋深甚至小于2m，導(dǎo)致開挖施工難度很大，需制定合理可行的施工技術(shù)及其優(yōu)化措施。

2 施工方法與工藝

考慮到隧道結(jié)構(gòu)松散、巖質(zhì)偏軟且埋深較淺，施工中由于產(chǎn)生擾動所以難以形成可靠的自承體系，容易發(fā)生松弛導(dǎo)致張裂破壞，故如果所選施工方法不當(dāng)或支護不到位，將導(dǎo)致坍塌，甚至引起冒頂事故。對此，在充分考慮以往其它工程施工經(jīng)驗的前提下，開展技術(shù)攻關(guān)，通過對各項新技術(shù)的引入，對施工方案予以優(yōu)化，并科學(xué)組織現(xiàn)場布置與施工，提高過程控制力度，嚴(yán)格遵循短進尺、強支護與勤量測相結(jié)合的基本原則開展施工，對地表存在的沖溝及陷穴等可能對隧道開挖造成的影響引起高度重視，根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果，制定針對性措施加以處理。通過施工質(zhì)量與安全等方面的綜合對比，并充分考慮工程施工圖紙及相關(guān)規(guī)范提出的要求，最終將開挖方法決定為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，同時采取增設(shè)鎖腳錨桿的方法保證支護結(jié)構(gòu)體系的可靠性與穩(wěn)定性。

隧道開挖施工借助小型挖掘機進行，局部由人工使用風(fēng)鎬提供必要的輔助，盡可能減少或避免由于開挖不當(dāng)引起的圍巖失穩(wěn)，最大限度發(fā)揮圍巖自身具有的承載力；在此基礎(chǔ)上，使仰拱施工與掌子面的開挖緊跟，對圍巖直接暴露的時間予以嚴(yán)格控制，在整個施工過程當(dāng)中做好監(jiān)控量測工作，同時保證錨桿支護質(zhì)量。

開挖按照以下順序進行：對左側(cè)導(dǎo)洞進行超前預(yù)支護→開挖左側(cè)導(dǎo)洞→對左側(cè)導(dǎo)洞進行初期支護，具體方法為架設(shè)鋼支撐與錨噴混凝土，然后進行側(cè)壁墻的施工→對右側(cè)導(dǎo)洞進行超前預(yù)支護→開挖右側(cè)導(dǎo)洞→對右側(cè)導(dǎo)洞進行初期支護，具體方法為架設(shè)鋼支撐與錨噴混凝土，然后進行側(cè)壁墻的施工→對上半斷面進行超前預(yù)支護→開挖上半斷面→對上半斷面進行初期支護，具體方法為架設(shè)鋼支撐與錨噴混凝土→開挖下半斷面→對下半斷面進行初期支護，具體方法為架設(shè)鋼支撐與錨噴混凝土→拆除側(cè)隔壁墻→在仰拱處灌注混凝土→沿環(huán)向設(shè)置盲溝與防水板，并對二次襯砌結(jié)構(gòu)進行混凝土灌注。以上各步施工都要在預(yù)支護措施到位且強度符合要求后進行，預(yù)支護措施包括超前小導(dǎo)管與注漿及長管棚[1]。

3 具體實施與優(yōu)化措施

（1）在洞口段的開挖施工開始前，需在做好洞口段截水溝施工的同時對洞口土方和邊仰坡進行有效防護。對于洞口段的土方，主要采用挖掘機與裝載機相配合的方式按照從上到下的順序分層開挖，開挖產(chǎn)生的土方由自卸車外運，同時對形成的邊坡坡面予以防護，每開挖完成一段便進行一段的防護。明洞的開挖方式為明挖法，在開挖到明暗分界線的位置后，立即進行護拱施工，澆筑護拱混凝土，之后為暗洞進行超前長管棚的施工，然后對明洞進行襯砌結(jié)構(gòu)的施工，待明洞襯砌結(jié)構(gòu)成型且強度達到要求后，方可進入到暗洞進行施工，最后在明洞的混凝土實際強度切實達到要求后對明洞的洞頂予以回填。

（2）根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)的具體類型，在洞身開挖開始前應(yīng)先在掌子面上噴射一層厚度為5cm的混凝土，混凝土的強度等級為C25，噴射完成后布置超前小導(dǎo)管，共布置兩層，然后通過注漿形成超前支護體系，導(dǎo)管以熱軋鋼管為宜，單段長度為4m，按40cm的環(huán)向間隔距離設(shè)置，縱向按照1m的長度進行搭接，環(huán)向內(nèi)、外側(cè)的插入角度分別按照5°-10°和10°-15°的范圍控制。在開挖結(jié)束后，通過初噴強度等級為C25的混凝土予以有效支護，噴射厚度按5cm控制，以此縮短圍巖直接暴露的時間；在初噴結(jié)束后，盡快開始安裝錨桿，錨桿為砂漿錨桿，單段長4.5，按照0.5m的縱向與環(huán)向距離進行安裝，安裝完成后應(yīng)呈梅花狀。具體安裝方法為：先用鑿巖機鑿出錨桿孔，然后利用壓縮空氣清孔，檢查錨桿孔的方向是否與巖面保持垂直，清孔與檢查均完成后，按外露長度不超過5-10cm的要求將錨桿安裝到錨桿孔中，并盡快進行鋼筋網(wǎng)的掛設(shè)。鋼筋網(wǎng)由雙層鋼筋網(wǎng)片制成，其環(huán)向與縱向距離相同，均為15cm。施工中為達到施工要求，需通過加工使鋼筋網(wǎng)形成一個長度為1.2m、寬度為0.9m的整體網(wǎng)片，相鄰兩個網(wǎng)片之間的搭接長度按照鋼筋直徑30倍以上控制，通過點焊相連。網(wǎng)片的鋪設(shè)要根據(jù)巖面具體起伏情況進行，并且和錨桿之間的連接必須達到牢固，在露出的錨桿上使用鋼墊塊將鋼筋網(wǎng)扣住，然后用螺栓將其固定，使錨網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)良好的整體受力。將錨網(wǎng)系統(tǒng)安裝到位后，即可開始對鋼支撐進行架設(shè)。

（3）在以上淺埋段當(dāng)中，因圍巖質(zhì)地較軟，所以為防止掉塊現(xiàn)象的發(fā)生，決定在原設(shè)計基礎(chǔ)上對鋼架支護的設(shè)置進行加密，從之前的每50-80cm設(shè)置1榀調(diào)整到均按30cm的間隔距離設(shè)置，同時將超前支護提前到進入至淺埋段之前5-10m。在超前支護體系中，預(yù)支護方法以長管棚為主，其具體長度以淺埋段在縱向上的分布距離確定，同時對提前防護范圍的具體距離進行充分考慮。管棚主要為無縫鋼管，相鄰兩個管節(jié)之間使用絲扣相連，其長度為15cm。對管棚進行安裝的過程中，兩個相連的孔洞，其接頭應(yīng)交錯布置。將管棚安裝到位后，盡快灌注純水泥砂漿，直到飽滿[2]。

（4）待長管棚施工結(jié)束后，根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)類型及其各項支護參數(shù)開始施工，對于初期支護中的鋼架，其施工主要采用對鎖腳錨桿進行加密設(shè)置的方法來固定拱部鋼架，避免掉拱問題發(fā)生。將鎖腳錨桿的數(shù)量從原設(shè)計確定的4根增加到12根，其單根長4m。在安裝鎖腳錨桿之前，先對鋼架的整體制作質(zhì)量進行檢查，確認(rèn)其強度與剛度能否達到要求。在安裝每一拼鋼架之前，均要做好測量定位工作，確保安裝精度達到要求。正式安裝開始后，連接板之間的結(jié)合應(yīng)達到緊密和對齊，在沒有特殊要求的情況下使用螺栓相連，而接縫應(yīng)使用焊接的方法將其連接牢固。在相鄰兩個鋼架之間主要使用螺紋鋼相連，其環(huán)向間隔距離按照1m控制，兩端要有足夠的長度和鋼架之間完成焊接，以確保鋼架保持穩(wěn)定，實現(xiàn)整體受力；鋼架的拱腳處應(yīng)支撐于穩(wěn)固的墊塊上，如果存在松散層，應(yīng)將其清除到保持在穩(wěn)定狀態(tài)的層面，在拱腳和層面之間，使用強度等級相同的混凝土通過噴射完全填充，同時將拱腳裹住，最后在拱架的周圍利用混凝土墊塊將其楔緊。

（5）為保證整個施工過程的安全，必須嚴(yán)格開展超前地質(zhì)預(yù)報，并對圍巖的變形量進行實施觀測，通過及時和施工現(xiàn)場的溝通，為開挖及支護方法的正確采用及修改優(yōu)化提供可靠依據(jù)，進而達到預(yù)期的安全和質(zhì)量目標(biāo)。由于淺埋段的覆蓋層厚度很小，在開挖完成后圍巖無法實現(xiàn)自穩(wěn)成拱，導(dǎo)致地表發(fā)生塌陷。對此，為保證淺埋段隧道開挖安全，還需對地面進行嚴(yán)格的沉降觀測。在觀測過程中，點位的布置需嚴(yán)格按照以下原則進行：對于埋深在40m以內(nèi)的段落，需沿隧道走向軸線以5-10m的間隔距離布點，并在橫向結(jié)合實際情況確定適宜的主斷面，在主斷面上進行測點的布設(shè)，用于掌握地表沉降沿橫向分布情況和具體的影響范圍。在獲取大量監(jiān)控量測成果后，將其作為二次襯砌結(jié)構(gòu)施工的參考依據(jù)，其施工方法以先墻后拱法為主。在二次襯砌結(jié)構(gòu)澆筑過程中使用的混凝土均在拌和站中通過集中拌和而成，拌和完成后及時運輸?shù)浆F(xiàn)場采用輸泵送泵入，期間安排專人通過臺車窗口對澆筑完成的混凝土進行振搗，振搗需在兩側(cè)同時進行，與確保相差的高度達到要求。

（6）為保證淺埋段開挖安全，開工前需對全體人員予以安全培訓(xùn)，以此增強人員自身安全意識，杜絕不安全和不規(guī)范操作的發(fā)生。開挖施工必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進行，若需要對原設(shè)計進行變更，需按照相應(yīng)的程序提交申請，通過后方可變更。開挖施工前還需對地表中線周圍做全面的勘察，統(tǒng)計不良地質(zhì)數(shù)量和情況，包括沖溝、滑塌與陷穴，然后結(jié)合隧道的里程樁號進行登記，在施工中每逢到達這些不良地質(zhì)段便加強監(jiān)控量測，以保證隧道開挖能夠安全且順利的完成。每個循環(huán)都要做好測量放樣工作，對超欠挖進行嚴(yán)格控制。定期檢查并復(fù)核各個測量控制點，防止因隧道底部下沉或上鼓等原因?qū)е驴刂泣c被破壞。開挖結(jié)束后，根據(jù)規(guī)定的項目和頻率開展圍巖量測工作，并對量測的信息進行及時反饋[3]。

（7）在暗洞分部開挖過程中，需在滿足規(guī)范與工程設(shè)計，以及安全質(zhì)量相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮適合采用機械設(shè)備進行施工的工藝方法，對分部尺寸進行的劃分應(yīng)科學(xué)合理，不同分部的施工應(yīng)盡量做到平行作業(yè)，以此加快施工速度，縮短整個工期。在棄渣過程中，應(yīng)安排專人進行指揮，保證棄渣的堆放達到整齊，且邊坡保持平整，同時還要在棄渣場中設(shè)置好擋墻等設(shè)施。隧道施工中禁止隨意傾倒棄渣，在施工結(jié)束后，需對棄渣場進行平整，并切實做好綠化與防護，以免發(fā)生水土流失。隧道施工的全過程當(dāng)中，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境要達到以下基本要求：對于空氣中的氧氣含量，若按體積計應(yīng)達到20%以上；對于粉塵容許濃度，單位體積空氣中不低于10%的游離態(tài)二氧化硅粉塵含量不能超過2mg，單位體積空氣中不超過10%的游離態(tài)二氧化硅粉塵含量不能超過4mg；一氧化碳濃度不能超過30mg/m3，若有需要，施工人員必須進入到工作面時，一氧化碳濃度可達到100mg/m3，但持續(xù)工作時間要控制在30min以內(nèi)；二氧化碳濃度若按體積計不能超過0.5%；氮氧化物換算成二氧化氮后的濃度不能超過5mg/m3；隧道內(nèi)的氣溫和噪聲分別不能超過28℃、90db。施工中為防止粉塵污染，可進行撒水處理，以此減少對周圍環(huán)境造成的破壞[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，淺埋軟巖隧道因埋深較淺且圍巖質(zhì)地偏軟導(dǎo)致其開挖難度和風(fēng)險都高于普通隧道段落，所以在施工中一方面要根據(jù)現(xiàn)有資料和相關(guān)施工經(jīng)驗編制施工方案，另一方面則要在施工開始前及過程中結(jié)合現(xiàn)場實際情況對方案進行必要的優(yōu)化調(diào)整，同時全面加強施工安全控制，只有這樣才能安全、順利的完成淺埋軟巖段開挖施工。