浅埋大断面公路隧道施工工法对比研究

郑博

摘要：在我国铁路、隧道、公路施工中，大断面软岩浅偏压隧道施工是最常见的施工类型。目前在大断面软岩局部压力下隧道施工存在许多问题，主要原因是施工方法不合理或保护措施不当，如滑坡、拱坝等。对施工安全构成严重威胁。因此，为了确保隧道施工的顺利进行和安全，应加强浅偏压隧道施工技术研究，提高施工技术和施工工艺的科学合理性，提高施工效率，为隧道的健康稳定发展奠定坚实基础。

关键词：浅埋大断面；公路；隧道施工

引言

现阶段，中国经济社会发展明显加快，地下空间的开发利用受到社会高度重视。在空间开发和施工过程中，大断面隧道是一条重要的施工链和涉及大量项目的施工过程，但在施工过程中，不可避免地会受到横断面面积等诸多因素的影响，从而导致施工困难和施工风险较高 通常采用临时支护、零收缩和封闭循环等综合概念，但这些施工方法和施工概念更适合于软岩隧道，不同类型硬岩隧道施工的应用程度稍低，甚至可能导致岩石难度增加 因此，浅硬岩大断面隧道施工需要进行深入分析和审查。

1不同施工方法模拟过程

以三台阶法开挖隧道需将隧道横断面由上至下分三个台阶依次开挖，以此循环。开挖进尺均为2m，台阶长度为4m。每次开挖完成后实施初期支护，下台阶掘进16m后进行二次衬砌，单次施工二次衬砌长度为4m。CRD法开挖隧道时，将隧道横断面分为左右两部分，各部分从上至下又分为3个台阶。先从上至下开挖左侧3个台阶，随后同样方式开挖右侧。每次开挖进尺均为2m，台阶长度均为4m。每次开挖完成后实施初期支护，右侧下台阶掘进16m后进行二次衬砌，单次施工二次衬砌长度为4m。双侧壁导坑法开挖隧道时，将隧道横断面从左到右依次分为：左导坑、中间核心土和右导坑，再将每部分从上至下分为上中下三部分。首先依次开挖左导坑上中下三部分，接着同样方式开挖右导坑及中间导坑。开挖进尺均为2m，台阶长度为4m。每次开挖完成后实施初期支护，右导坑最下部分掘进16m后进行二次衬砌，单次施工二次衬砌长度为4m。

2施工难点分析

隧道入口周围的岩石类型主要是软泥，有碎石和砾石。在正式开工后，根据地质调查获得的数据资料，隧道入口开放的洞穴部分因隧道底部的玻璃片冻结而受到严重破坏，从而增加了整个风化层的厚度。风层遇到水后会变弱，承载能力发生变化，这不符合具体要求。经过实际测量，得知实际承载能力为230千帕，与设计过程中规定的300千帕不符，不能满足要求。地表沉降观测点的设置是在黑洞实施过程后进行的，在黑洞中设置了大量观测点，以观察顶板沉降情况，并成功进行相应的测量工作。对测量结果的分析表明，表层沉积物的累积值为175毫米，屋顶沉积物的累积值为190毫米。上述条件不够稳定，可能对正常施工产生严重影响，并有可能使隧道变薄。在施工过程中，发现隧道内有若干不同形状和大小的洞，很难测量其深度，洞的直径估计在0.4米至1.4米之间。这主要是因为有一定数量的石头在倾斜的土层中 当石头滑动时，它们之间有联系，最终形成空洞。地表水渗入土壤，形成在扰动时会坍塌和变形、自我稳定能力低的空化水道。

3浅埋大断面隧道施工技术应用

3.1浅埋段隧道施工

根据周边岩石条件的高级检测，采用合适的开挖方法，正确调整开挖尺，及时跟踪下一圆弧，在规范允许的距离内跟踪二次衬砌，使衬砌及时处于环内，形成结构施工过程应在各个阶段进行控制，监测测量应同步及时进行，监测测量结果应及时上报工程技术部门，进行分析整理，工程配套参数及开挖施工配套方法应适当隧道洞口浅埋段，施工应按照“开挖后第一支护”原则进行。出入口采用大型管棚加固顶板围岩的原则，施工过程中严格应用“顶管、严密堵漏、短开挖、强支护、快闭、测土”的施工管理理念。(1)浅埋管段开口加固段:开口段上方的保护层支撑主要用于超前注浆的预加固。孔的内侧由小的高级导管和径向电缆螺栓组合而成。开口冠上方的大棚是π108mm×6m的钢管，根据设计图纸的长度插入到左孔49m(右侧孔50m)中，形成稳定壳，然后(2)孔内超前支护段:除了门管段内I 3级围岩20a型钢拱支护外，前方导管(5m长)放置于径向方向并拧紧，以确保施工安全，防止倒塌。(3)短半径开挖:使用中央相邻(CRD)方法控制滑块中0.6m(0.8m梯度段加宽)之间的距离。(4)初支加固:初支采用钢拱、一系列弧形墙组成径向空心注浆锚、加固钢筋网片和喷混凝土组合支护，防止围岩在开挖过程中倒塌。(5)加固掌托:当围岩较弱时，用投影混凝土封闭掌托，以提高掌托的稳定性。(6)在环开始前，快速涂复:在拱体形成后，及时应用反演，使初期支护尽早封闭在环内，二次涂复及时跟进。(7)监测:加强洞口上方地表沉陷监测测量，设置两个或两个以上监测段，以便在出现差异时快速处理。

3.2弱爆破施工措施

一旦对围岩进行了适当的保护和支撑措施，围岩就能产生自主电弧效应，有助于提高弱爆破施工的应用水平，避免爆破破坏和破坏围岩，从而降低风险在弱爆过程中，承包商应充分测量爆破的综合破坏力，根据坚硬岩石及其周围岩石的条件综合确定爆破速度和方式，合理确定用于爆破的药品数量，避免爆炸物数量过多导致超速的情况此外，可根据周围不同岩石的施工特点合理选择起爆段数，圆形进气规律可在1m范围内控制。公路隧道开挖横断面积较大，临时情况较好，射击振动不明显。

4施工工法对比分析

由上述施工工法下不同位置的最大主应力曲线可知，不同施工工法下隧道围岩最大主应力规律相似，四个位置最大主应力均小于零，即为压应力。边墙处的主应力值最大，拱腰处次之，仰拱处较小，拱顶处最小，其中围岩仰拱和拱顶位置主应力较小，处于应力松弛状态。对比不同工法下的主应力可知，双侧壁导坑法施工完毕后围岩各处位置的最大主应力最大，围岩受力状态最佳。由不同工法下拱顶竖向位移和边墙水平位移曲线可知，三台阶法下拱顶竖向位移和边墙水平位移分别为21.3mm和9.2mm，CRD法为12.6mm和5.6mm，双侧壁导坑法为7.9mm和5.1mm。可见，双侧壁导坑法能更好地控制围岩变形，三台阶法对围岩变形控制的效果最差。由不同位置处初衬混凝土最大主应力曲线并对比三种施工工法可知，不同工法不同位置下的初衬混凝土最大主应力均大于零，即为拉应力。仰拱处的最大主应力最大，拱顶处次之，拱腰处较小，边墙处最小。对比不同工法可知，双侧壁导坑法施工不同位置最大主应力均最小，由于混凝土材料的抗拉强度低，因此采用双侧壁导坑法时初衬结构受力状态更佳，更有利于隧道施工过程中围岩的稳定。

结束语

基于某浅埋暗挖公路隧道工程，利用有限元软件建立隧道施工模型，分析三台阶法、CRD法、双侧壁导坑法三种施工法下隧道围岩和支护结构的受力变形情况，以获得该工程最合理的施工工法。通过对比可知，采用双侧壁导坑法施工隧道时围岩变形控制最佳，且受力状态和稳定性最好，因此该工程最合理的施工工法为双侧壁导坑法。

参考文献

[1]武松,汤华,罗红星,戴永浩,邓琴.浅埋大断面公路隧道渐进破坏规律与安全控制[J].中国公路学报,2019,32(12):205-216.

[2]邓祥辉,杨俊,王睿.浅埋大断面隧道下穿既有道路的施工工法[J].江苏大学学报(自然科学版),2019,40(05):596-602.

[3]刘铮.浅谈硬质岩浅埋大断面隧道施工技术[J].智能城市,2019,5(03):101-102.

[4]金星亮,胡曦波.浅埋超大断面隧道施工阶段围岩稳定性分析[J].铁道建筑,2018,58(11):74-77.

[5]魏慧忠.硬质岩浅埋大断面隧道施工技术的浅析[J].山西建筑,2018,44(09):187-188.