侯 圓，王 波

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

高家山隧道為大斷面軟巖隧道，同時(shí)為淺埋小凈距隧道，可適用于CD、CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑鉆爆法或小型機(jī)械開(kāi)挖法。鉆爆法在大斷面軟巖隧道中進(jìn)度慢、超欠挖控制難度大、爆破擾動(dòng)大、安全性低；小型機(jī)械開(kāi)挖出渣慢、交叉干擾大、功效低、進(jìn)度慢。結(jié)合我公司類(lèi)似經(jīng)驗(yàn)，選用懸臂式掘進(jìn)機(jī)+液壓鷹嘴鉤作為開(kāi)挖設(shè)備，配套使用三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法，提高設(shè)備利用效率。

1 工程概況

大邑縣二環(huán)路北環(huán)線(xiàn)建設(shè)工程高家山隧道為四洞全單向、機(jī)動(dòng)車(chē)和非機(jī)動(dòng)車(chē)分離的交通隧道，左主洞與左輔洞中線(xiàn)間距23m，左主洞與右主洞中線(xiàn)間距36m，右主洞與右輔洞中線(xiàn)間距23m～60m。洞口最小埋深10m左右，最大埋深70m多。本隧道工程基本為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，左主洞長(zhǎng)377.66m，右主洞長(zhǎng)387m，主洞V級(jí)圍巖共420m，IV級(jí)圍巖共345m，主洞Ⅴ級(jí)圍巖占隧道總長(zhǎng)度的54.9%。

高家山隧道主洞Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖斷面寬16m，最大開(kāi)挖斷面160.5。地質(zhì)分布為中上部強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，棕紅色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚～厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖層傾角近水平，巖芯呈短柱狀，節(jié)長(zhǎng)10cm～35cm，采取率65%～98%，錘擊聲啞，無(wú)回彈，有凹痕，浸水后手可捏碎，屬軟巖，為Ⅳ級(jí)軟石，單軸抗壓強(qiáng)度約8MPa。

中下部分布有中風(fēng)化礫巖，褐紅色，中厚～厚層狀構(gòu)造。主要成分為石英巖、灰?guī)r等含少許圓礫，泥質(zhì)膠結(jié)，巖層傾角平緩，巖質(zhì)較暗淡、質(zhì)較軟，采取率80%～90%。錘擊聲啞、有輕微回彈、有凹痕、較易擊碎。裂隙較發(fā)育，巖芯破碎，呈碎塊狀、餅狀以及短柱狀，單軸抗壓強(qiáng)度約26MPa。

2 三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法的特點(diǎn)

三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法是以分臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖為基本模式，分上、中、下三個(gè)臺(tái)階，各部位的開(kāi)挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開(kāi)、平行推進(jìn)的隧道施工方法。三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法適用于公路工程三車(chē)道大斷面隧道，且圍巖具備一定自穩(wěn)條件的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段隧道的施工。該工法具有下列技術(shù)特點(diǎn)：

(1)施工空間大，方便機(jī)械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)。IV級(jí)和V級(jí)軟巖采用懸臂掘進(jìn)機(jī)、液壓鷹嘴鉤等機(jī)械直接開(kāi)挖，開(kāi)挖質(zhì)量好，超欠挖容易控制，工效高。

(2)在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，便于靈活、及時(shí)地轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法，頂部圍巖自穩(wěn)條件差時(shí)可增加豎向臨時(shí)支撐，將上臺(tái)階分為左右兩個(gè)洞室開(kāi)挖，減小上部開(kāi)挖斷面面積，縮短開(kāi)挖進(jìn)尺，圍巖穩(wěn)定后可拆除豎向臨時(shí)支撐。

(3)適應(yīng)不同跨度和多種斷面形式，初期支護(hù)工序操作便捷。

(4)當(dāng)圍巖變形較大或突變時(shí)，在保證安全和滿(mǎn)足凈空要求的前提下，可盡快調(diào)整閉合時(shí)間。

(5)開(kāi)挖進(jìn)度快、圍巖擾動(dòng)小、作業(yè)人員少、安全性高。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前進(jìn)行施工技術(shù)交底，作業(yè)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)和安全教育，特別是懸臂式掘進(jìn)機(jī)操作手要具備足夠的經(jīng)驗(yàn)，更利于超欠挖控制和突發(fā)情況的處置。隧道進(jìn)洞前按設(shè)計(jì)要求做好截排水系統(tǒng)、邊仰坡防護(hù)、洞口大管棚、端墻，在洞口安全的前提下進(jìn)洞。

3.2 工藝流程

三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法可分為以下主要步驟：

(1)上臺(tái)階懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖，施做拱部初期支護(hù)；

(2)中、下臺(tái)階左右錯(cuò)開(kāi)液壓鷹嘴鉤開(kāi)挖，施做墻部初期支護(hù)；

(3)隧底仰拱液壓鷹嘴鉤開(kāi)挖，施做隧底初期支護(hù)。

每部開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)，隧底初期支護(hù)后及時(shí)施做仰拱、二襯，盡早封閉成環(huán)。

3.3 三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖

上臺(tái)階采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割方式是從掃底開(kāi)始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線(xiàn)逐級(jí)分塊截割以上部分；中、下臺(tái)階采用液壓鷹嘴鉤開(kāi)挖；裝載機(jī)出渣或反挖裝自卸汽車(chē)出渣。

三個(gè)臺(tái)階分步平行開(kāi)挖，平行施做初期支護(hù)，各分部初期支護(hù)銜接緊密，及時(shí)封閉成環(huán)；仰拱緊跟下臺(tái)階，及時(shí)閉合構(gòu)成穩(wěn)固的支護(hù)體系。施工過(guò)程通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，掌握圍巖和支護(hù)的變形情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)留變形量，保證施工安全。完善洞內(nèi)臨時(shí)防排水系統(tǒng)，防止地下水浸泡拱墻腳基礎(chǔ)。

三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法開(kāi)挖透視圖見(jiàn)圖1。

圖1 三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法開(kāi)挖透視

3.3.1 上臺(tái)階開(kāi)挖(圖1中1區(qū))

上臺(tái)階開(kāi)挖在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)圍巖等級(jí)和初期支護(hù)鋼架間距確定，IV級(jí)圍巖宜不大于2榀鋼架間距，V級(jí)圍巖宜不大于1榀鋼架間距，開(kāi)挖后立即初噴3cm～5cm厚混凝土。上臺(tái)階開(kāi)挖失跨比應(yīng)大于0.25，根據(jù)高家山隧道特點(diǎn)和設(shè)備有效開(kāi)挖高度，主洞上臺(tái)階高度取5m。掘進(jìn)機(jī)采用徐工XTR260，XTR260掘進(jìn)機(jī)自身長(zhǎng)11.7m，采用側(cè)翻裝載機(jī)裝自卸車(chē)(長(zhǎng)7.6m)出渣，上臺(tái)階長(zhǎng)度至少11.7+7.6+2=19.7m，上臺(tái)階長(zhǎng)度取20m。開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

3.3.2 縱向通道開(kāi)挖(圖1中2-1、3-1區(qū))

上臺(tái)階開(kāi)挖20m后，準(zhǔn)備開(kāi)始施工中下臺(tái)階。為給掘進(jìn)機(jī)和出渣設(shè)備形成縱向通道，采用通道縱挖法，通道寬4m，縱坡不大于18%，兩側(cè)邊坡坡度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況確定，本項(xiàng)目為粉砂質(zhì)泥巖隧道，具備一定的自穩(wěn)條件，坡比選用1∶0.75。邊坡人工刷坡，清除松散塊石，采用3cm～5cm厚混凝土初噴封閉。

3.3.3 中臺(tái)階開(kāi)挖(圖1中2-2、2-3區(qū))

上臺(tái)階開(kāi)挖20m后，縱向通道形成，同時(shí)開(kāi)始中臺(tái)階開(kāi)挖。中臺(tái)階高度控制在2.5m～3.5m，左右錯(cuò)開(kāi)3m～5m，禁止同時(shí)將上臺(tái)階的初支工字鋼懸空。中臺(tái)階采用液壓鷹嘴鉤+銑挖機(jī)開(kāi)挖，反挖裝自卸汽車(chē)出渣。

3.3.4 下臺(tái)階開(kāi)挖(圖1中3-2、3-3區(qū))

下臺(tái)階開(kāi)挖在上臺(tái)階支護(hù)完成且噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行。下臺(tái)階的底部開(kāi)挖高度應(yīng)根據(jù)仰拱及仰拱回填高程、棧橋的布置及二襯鋼模臺(tái)車(chē)軌道底高程來(lái)綜合確定，且不宜高于3.5m。

3.3.5 隧底開(kāi)挖(圖1中4區(qū))

隧底為泥巖，局部為礫巖，采用液壓鷹嘴鉤開(kāi)挖，6m一段整體開(kāi)挖。開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施做仰拱初期支護(hù)、仰拱及仰拱回填和二襯。

4 超欠挖、地下水、環(huán)水?？刂拼胧?/h2>

4.1 超欠挖控制措施

(1)采用“新奧法”施工工藝，嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量、早封閉”的基本原則。

(2)提高測(cè)量精度，降低放樣誤差，是控制隧道超欠挖的重要措施。

(3)加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高機(jī)械操作手的專(zhuān)業(yè)操作技能，使其養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，以達(dá)到熟能生巧的程度。

(4)預(yù)留輪廓范圍內(nèi)30cm～50cm二次銑挖。

4.2 地下水及施工用水的控制措施

水對(duì)軟巖隧道影響極大，特別是工字鋼拱腳軟化后影響初支的穩(wěn)定，軟巖隧道需重點(diǎn)控制地下水和施工用水。隧道兩側(cè)設(shè)置縱向排水溝，滲水及裂隙水經(jīng)排水溝匯集至洞口集水坑抽排，股水通過(guò)埋設(shè)PVC管引排，錨桿及小導(dǎo)管鉆孔用水引至兩側(cè)排水溝。

4.3 粉塵及環(huán)水?？刂拼胧?/h3>

上臺(tái)階懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，直接影響掘進(jìn)機(jī)操作手的視線(xiàn)和工作環(huán)境，對(duì)工作面超欠挖控制影響較大，也影響中下臺(tái)階、仰拱及二襯工作面的施工環(huán)境。目前尚未找到一套能完全解決工作面粉塵的方法，有待進(jìn)一步研究。

本隧道施工時(shí)采用抽出式+壓入式通風(fēng)降塵，抽出式通風(fēng)量為壓入式的兩倍[1]，壓入式出風(fēng)口布置在操作手附近，掌子面利用掘進(jìn)機(jī)自有噴淋系統(tǒng)改裝的霧炮系統(tǒng)+兩臺(tái)霧炮機(jī)降塵。

抽出的粉塵在洞口經(jīng)過(guò)逆流式噴淋塔，含塵氣流從噴淋塔底部向上運(yùn)動(dòng)，噴淋塔噴出的液滴向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)慣性、攔截、擴(kuò)散等效應(yīng)將較大的塵粒捕集下來(lái)，徑水霧凈化后的氣流由塔上部排出[2]，污水從下部抽排至自動(dòng)拉板壓濾機(jī)，壓成泥餅后自卸汽車(chē)運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)，清水返回至水池重復(fù)利用。

5 結(jié)語(yǔ)

三臺(tái)階機(jī)械開(kāi)挖法適用于具備一定自穩(wěn)能力的軟巖隧道，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)的信息化指導(dǎo)下，能發(fā)揮機(jī)械開(kāi)挖的優(yōu)勢(shì)，對(duì)圍巖擾動(dòng)小，對(duì)中巖墻和初支結(jié)構(gòu)安全有利。但機(jī)械開(kāi)挖輪廓精準(zhǔn)自動(dòng)控制和粉塵控制是難點(diǎn)，有待于進(jìn)一步研究和突破。