大断面公路隧道施工技术探讨

罗程

【摘要】随着现代交通运输事业的不断发展和进步，公路施工技术受到了有关部门的极大重视。施工技术的不断发展需设置大断面隧道。本文就大断面隧道的引入、新奥法施工方法、隧道开挖方法进行分析和探讨，从而为今后大断面隧道施工提供更多的参考，促进我国道路工程施工工作的不断发展和进步。

【关键词】大断面公路；隧道施工技术

道路施工作为区域经济发展的基础工作，大断面公路隧道逐渐成为高级公路隧道的构成部分，并在我国经济实力逐渐提升的影响下获得较大发展，适用于一些高等级公路，保证公路通行能力得到提升，缓解因为交通量增加诱发的道路通行压力。[1]因为我国大断面公路隧道发展相对迟缓，在施工、设计等关键技术、围岩稳定性方面和发达国家之间还存在显著的差异，下面就大断面公路隧道施工技术的运用进行分析和探讨。

1、大断面隧道

在高速公路逐渐发展的影响下，公路建设开始朝着山区等一些崎岖不平的区域延伸，为了能能够降低道路施工对地形造成的破坏，降低高填乱弃、大挖大切施工行为的出现，因为公路标准的规定，纵曲线、地形地质的限制，在山区地段、沿河谷地段等工程地质条件和水文地质条件较为复杂的环境下修建公路，大断面隧道就显得十分重要和必要。[2]该种隧道和二车道隧道的断面相比较，开挖之后的应力重分布趋势显得相对复杂，围岩自稳性相对较差，拱顶产生显著的松弛荷载，从而导致隧道的稳定性变差，隧道衬砌结构受力受到负面影响。这种隧道断面形式如何实现优化、保证设计的施工方法、监测方法、二次以及初期支护结构模式、时机的确定都不受到影响。

2、新奥尔法施工原则

2.1在开挖隧道时，要能够尽可能降低对隧道围岩造成的扰动，保证围岩的强度不受到影响；还要维持之前的三维应力状态，这就需要对开挖工作面设置防护层，并对围岩节理进行封闭，避免出现围岩坍塌以及松动现象。

2.2隧道在支护体系中发挥出显著功效的是围岩本身，也就是岩体属于隧道的一个主要承载单位，并和一些内部加固、外部支撑结构构成整体统一的结构体系。

2.3允许围岩出现一定程度的变形，从而更加安全地发挥出围岩的强度，让其能够在隧道周边形成相应的承载环，但是，这种变形要能够得到控制，避免过度变形诱发围岩承载力降低，导致地表出现较为明显的沉陷。

2.4衬砌支护施工大都分成两个不同的步骤来进行，开挖洞室之后需要迅速进行初期支护，避免岩体出现较早的变形，等到围岩稳定之后再开展二次衬砌工作，若外层衬砌较为充分，并且围岩变形逐渐稳定，则内衬就可以被看成附加的一种安全储备。[3]

2.5初期支护需要尽可能保持柔性，保证能够和围岩实现紧密接触，共同承载、共同变形。所以，初期支护一般选择喷射混凝土、钢筋网以及锚杆联合支护的形式，这种衬砌在力学上称之为容易变形的壳体结构，承受的弯曲应力相对较小，主要承受的是剪切应力。

2.6在实际施工过程中，对于隧道周边进行位移测量相对重要，这也是保证选择合理支护结构形式、尺寸、施工顺利进行的指导。

3、隧道开挖方法

3.1隧道基本开挖施工方法

大断面公路隧道基本的开挖方法包括台阶法、全断面法、中隔墙法、分步开挖法等。其中全断面法主要适用于一些围岩条件良好的隧道，需要使用大型的施工机械，隧道长度不可太短，提升经济效益。[4]该种施工方法的优点就是相互干扰相对较小、施工工序少，便于组织管理以及施工，有着较大的工作空间，保证大型机械化施工工作的顺利进行，能够一次成型进行开挖，对于围岩不会造成较大的扰动，能够保证围岩的稳定性不受到影响，施工进度相对较快。但是，该种施工方法在实际运用过程中，要能够明确开挖面的地质情况，做好相应的应急准备，保证施工的安全性不受到影响。

台阶法则包括长台阶、短台阶以及超短台阶等三种方法，其中长台阶法运用过程中一次开挖断面和全断面法相比较较小，能够保证开挖面的稳定性不受到影响；短台阶法则能够从根本上缩短支护结构闭合所用的时间，保证初期支护的受力条件得到改善，能够对隧道变形值、变形收敛速度进行控制，还可以作用在隧道稳定性较差的一些围岩施工中，但是，上下台阶的施工干扰相对较大，不能所有都选择平行作业方法；超短台阶法适合运用在一些软弱的围岩中，不可运用在平行作业环境中。

使用中隔墙法进行使用时，在中壁墙成环作用的影响，在初期支护成型之后再对其进行拆除，所以，能够更好地控制围岩出现的变形。因为中壁墙具有显著的刚性，这就让其两侧的围岩、初期支护都出现较大的拉应力、应力集中，诱发局部破坏的现象。

3.2大断面隧道施工方法探讨

进行大断面隧道施工需要解决的两个主要问题就是合理化施工、掌子面的稳定性，除了一些基本的施工方法之外，辅助施工方法的选择是解决上述问题的主要手段，辅助施工方法属于基本施工方法的补充，在软弱围岩地段、隧道洞口地段的运用都具有显著的作用。[5]从当前施工现状来分析，辅助施工方法的分成两种，也就是超前支护、一般辅助。在大跨隧道工程施工过程中，超前支护是重点所在。结合施工效果来分析，超前支护分为以下几种。首先，梁效果超前支护结构可以当成隧道纵向的梁结构，保证钢性梁效果得到发挥；其次，壳效果超前支护结构也就是在掌子面权形成具有一定刚度、厚度的壳体支护接哦股，从而保证掌子面、周边围岩都达到稳定性的要求；最后，改良效果的超前支护结构作用在改善隧道周边围岩的物性指标上，包括注浆法。

4、选择大断面隧道开挖施工方案

首先，隧道的开挖分部数目、形式要能够和围岩的性质、施工工艺、地应力场分布、支护形式互相一直，分部形态不科学、分部数量过多、支护参数设计不正确都可能导致应力集中过大、拉伸受到破坏。

其次，全断面开挖的最大主应力出现在拱脚之上，最大主应力的数值则相对较小，隧道周围围岩受压应力，应力的分布和未考虑开挖时的应力分布大致相同，受到开挖的影响相对较小。

再者，在选择双侧壁法施工时，左右开挖空间上会形成相对松动的压力拱，在施工作用下上方也会形成更大的压力拱。中间岩体没和顶板分离之前也需要承受较大的压应力。[6]但是，当其开挖之后，这种应力就会显著下降，在隧道空间上方形成相对稳定的一个压力拱。边墙衬砌在弯矩、轴力、剪力的作用下，拱部相对较小，开挖成洞的最大的主应力一般在拱脚，应力集中在最小的方法中。

最后，在开挖隧道时，双侧壁法施工阶段的围岩具有位移小、主应力值低、支护结构受力大、能够约束围岩等一系列特点，局部地方可能出现应力集中的现象，其优势较为显著。

结语：

我国大断面公路隧道是在经济社会不断发展和进步的作用下出现和运用，其满足于一些高级公路，其顺利施工不仅能够提升公路的通行能力，还能够缓解因为交通量增加而变大的通行压力。因为我国大断面公路隧道施工技术发展的相对缓慢，在设计、施工、关键技术运用方面还与发达国家之间存在差异，只有在今后的大断面公路隧道施工过程中对各种施工工艺进行改良和完善，提升研究和运用力度，才能够为公路施工工作奠定坚实的理论基础。

参考文献：

[1]张丽君,贾杰.大断面公路隧道施工方法研究及总结[J].科技信息(学术研究),2007,27:260-262.

[2]朱合华,曲海锋,蔡永昌,黄锋.大断面公路隧道的过程设计方法研究[J].岩石力学与工程学报,2011,S2:3450-3456.

[3]陈庆怀.三车道大断面公路隧道软弱围岩施工技术[J].隧道建设,2009,S2:67-73.

[4]李帅,王飞,刘以臣,贾磊.大断面小净距公路隧道施工动态数值分析[J].华北地震科学,2013,S1:58-63.

[5]宋艳彬,马杰.大断面公路隧道围岩力学特征及施工工法数值分析[J].公路隧道,2014,04:15-20.

[6]肖志明.大断面公路隧道贯通施工技术[J].四川建筑,2014,02:185-187.