隧道开挖要求范文

导语：如何才能写好一篇隧道开挖要求，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：三台阶七步开挖法 大断面 浅埋 施工工艺

0 引言

三台阶法又称弧形导坑留核心土法。上部留核心土可以支挡开挖工作面，利于及时施做拱部初期支护增强开挖工作面稳定。核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行，施工安全性较好。三台阶开挖法能及早的使支护结构形成闭合断面，更利于控制隧道的内空变位速度和变位量，更利于控制地表下沉量。实际施工中，台阶长度可根据需要适当调整。

下面以老寨隧道为工程实例，详细介绍三台阶开挖法在软岩隧道中的应用。

1 工程概况

老寨隧道为分离式隧道，左幅隧道起讫桩号为ZK38+425～ZK38＋870，L＝445m，最大埋深约83m；右幅隧道起讫桩号为YK38+440～YK37+815，L=375m，最大埋深约75m。隧道区地处贵州高原东南部山区向广西丘陵过渡的斜坡地带，隧道位于从江县独洞乡北西1.10km处，因处于黔东南山区，交通条件较差。

区域内地下水为基岩裂隙水，地下水主要靠大气降水沿岩层层面及风化节理面垂直下渗补给。雨季，大气降水一部分顺坡面向东运移向地势低洼处的冲沟两侧以散状径流排泄，一部分向西运移向地势低洼处的冲沟两侧以散状形式径流排泄。隧道区基岩风化节理裂隙发育，且存在东、西冲沟内两侧地下散水排泄，雨季可能出现突发性涌水。地表未见泉点出露。隧道区内岩性组合较简单，场地稳定性较好，隧道出口左幅存在一定偏压，经处理后适宜隧道建设。

2 施工方案与方法确定

如果施工断面大，则一定要根据施工原则选择合理的施工方案，即重地质、管超前、短开挖、强支护、快封闭、早成环，我们主要采用三台阶七步开挖法进行老寨隧道的开挖。

三台阶七步开挖法进行隧道开挖，主要包括上、中、下台阶及仰拱四项分部工程，前后左右7个不同的开挖面相互错开同时开挖，构成整体的支护，以节省作业循环时间，尽快向纵深挖掘。拱部进行环形开挖将中部的核心土留出来，使掌子面保持稳定状态。另外，中、下部的开挖同样也采用环形开挖的方法，预留中部土体，以稳定掌子面。下面简要分析三台阶七步开挖法的特点：

2.1 施工空间大，多个作业面中大型施工机械可平行施工，工作效率高。可采用挖掘机对于有的软岩地段的下半部断面进行开挖，无需爆破，尽量不对围岩造成太大的扰动。

2.2 有的隧道工程处于地质构造比较复杂的地段，施工时要适时根据实际情况调整施工方案，尽量不拖延施工进度。

2.3 适应多种断面形式和不同跨度，初期支护工序操作便捷。

2.4 混凝土仰拱超前施作，便于初期支护及时闭合不承载。

2.5 为取得预期的施工效果，应全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌。

2.6 对设备没有特殊的要求，操作性强，节省建设资金，可广泛应用到开挖施工中。

2.7 当围岩变形较大或突变时，可尽快调整闭合时间。

对施工方案进行分析比选之后，最后决定通过三台阶七步开挖法进行老寨隧道的开挖施工。

3 施工工艺

3.1 工艺要求

3.1.1 本隧道穿越Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ级围岩，工程地质和水文地质条件复杂，隧道系统锚杆选用D25中空注浆锚杆，锚杆必须设置垫板，施工时锚杆垫板必须与围岩密贴。

3.1.2 钢支撑尺寸圆顺，架立准确，且密贴围岩，其横向和高程允许偏差±50mm，垂直度允许偏差±2°。

3.1.3 喷射混凝土采用湿喷工艺。

3.1.4 二次衬砌施作时必须先浇筑仰拱，然后进行拱、墙部二次衬砌浇筑。

3.1.5 二次衬砌浇筑应采用模板台车泵送混凝土整体浇筑，以保证二次衬砌的密实。

3.1.6 小导管注浆压力为0.5～1MPa，管棚注浆压力为1～2MPa，压力稳定时间为1～5分钟，浆液配合比及注浆量可根据现场地质情况酌情调整。

3.1.7 防排水严格执行《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001），防水板接头要严格密封并充气，采用标准荷载检测，各类施工缝、沉降缝防水构造安装准确、到位。

3.1.8 施工过程中加强监控量测，及时分析处理数据，调整支护参数。

3.1.9 左幅隧道榕江段应按照相关设计图对边仰坡及挡墙、护拱等施作后方可进洞。

3.2 工艺原理

通过三台阶七步开挖法进行隧道开挖施工，主要采用弧形导坑开挖预留核心土的施工方案,它包括上、中、下三个台阶七个开挖面；同时，采用沿隧道纵向错开和平行推进的方法进行各个分部工程的开挖和支护施工。

3.3 工艺流程

3.4 三台阶七步开挖法施工步骤

3.4.1 上部弧形导坑开挖：进行拱部超前支护后，采用环向开挖的方法开挖上部弧形导坑，并预留3～5m的核心土，核心土的宽度最好是隧道开挖宽度的1/3～1/2。按初期支护钢架之间的距离确定开挖循环进尺的长度，并将其控制在1.5m以内，开挖后尽快初喷3～5cm混凝土。上台阶开挖后尽快开始喷、锚、网系统支护的施工，同时架设钢架，钢架拱脚往上30cm的地方要打设锁脚锚杆，注意使其与钢架两侧贴紧，根据厚度要求进行混凝土的覆喷。

3.4.2 左、右侧阶开挖：开挖进尺必须按照初期支护钢架之间的距离而定，一般要控制在1.5m以内，高度不得超过3～3.5m，左侧台阶与右侧台阶应错开2～3m的距离，开挖后要初喷3～5cm混凝土，还要尽快开展喷、锚、网系统支护施工，接长钢架，在钢架墙脚向上30cm的地方，按30°的下倾角紧贴钢架两侧打设锁脚锚杆，钢架和锁脚锚杆的焊接要牢固可靠，最后根据施工要求复喷混凝土。

3.4.3 左、右侧下台阶开挖：按初期支护钢架之间的距离来确定开挖进尺的长度，且不得超过1.5m的既定范围，开挖时保持3～3.5m的高度，左侧台阶与右侧台阶错开2m～3m，开挖后尽早初喷3～5cm混凝土，并在最短的时间内开始喷、锚、网系统支护施工，接长钢架，在钢架墙脚向上30cm的地方，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，要牢固焊接锁脚锚杆和钢架，再按厚度要求完成混凝土的复喷。

3.4.4 上、中、下台阶预留核心土：上、中、下台阶开挖时要预留核心土，且各个台阶开挖进尺长度要和循环进尺长度相同。

3.4.5 隧底开挖：每循环开挖长度最好是2～3m，开挖后尽快进行仰拱初期支护的施工，两个隧底开挖和支护循环结束以后，就开始仰拱的开挖，并将仰拱分段长度控制在4～6m。

3.5 三台阶七步开挖法施工注意事项

3.5.1 采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，及早封闭成环以保证施工安全。

3.5.2 施工中，为避免围岩松弛，提高隧道开挖施工的安全系数，应提前了解当地的水文地质状况，根据设计规范做好超前支护。断层、破碎带等某些施工地段地层自稳性不好，需要根据施工要求加强超前支护。

3.5.3 采用三台阶七步开挖法进行隧道开挖施工必须注意以下几点：①以机械开挖为主，需要时强辅以弱爆破；②弧形导坑的开挖必须顺着开挖轮廓线环向进行，同时预留核心土，开挖后还要及时进行支护施工。③采取平行开挖的方法进行其余分步的开挖，初期支护也要平行施作，以确保其紧密衔接，然后封闭成环。④结束下台阶的开挖后及时进行仰拱开挖，使其尽快封闭成环，构成整体支护。⑤实时监控开挖过程，对支护参数进行合理的调整，并预留变形量，提高施工的安全系数。⑥为避免拱墙脚基础被地下水浸泡，洞内必须设有临时防排水系统。

4 施工安全、质量控制措施

4.1 洞顶、洞口防排水系统要在隧道进洞前就设置妥当。铺砌洞口和洞顶的排水沟，并用砂浆抹面，以免下渗的施工用水及地表水对结构安全造成破坏。

4.2 运用三台阶七步开挖法开展隧道施工活动，为防止长时间暴露而影响围岩稳定性，上下工序必须紧密衔接。

4.3 台阶不宜过长，开挖时要预留3～5m的核心土，其宽度最好占隧道开挖宽度的1/3～1/2。

4.4 运用三台阶七步开挖法进行隧道开挖，必须按设计要求确定开挖长度，一般控制在1.5m以内，循环进尺长度要按实际围岩地质状况而定；开挖后初喷3～5cm混凝土，避免围岩长时间暴露。

4.5 超前支护必须符合施工要求，其外插角的控制是重点，按注浆工艺加固地层，做好超前支护后再进行隧道开挖。

4.6 中、下台阶左、右侧错开2～3m再开挖，不允许对开。

4.7 人工开挖隧道四周预留的30cm的地方，然后用机械进行其余部位的开挖；开挖时通过弱爆破的方法进行局部爆破，为避免对围岩造成大的扰动，注意不要超挖。

4.8 根据施工要求制作钢架。在坚实基面上架设钢架，注意不要用虚碴回填拱（墙）脚或使其悬空，牢固焊接锁脚锚杆（管）和钢架。

4.9 超挖的部分一定要回填密实，初期支护背后不允许有空洞。为确保围岩和初期支护密贴，也可采用注浆回填。

4.10 开挖时可通过扩大拱（墙）脚初期支护基础，安装拱（墙）脚槽钢垫板和钢架拱（墙）脚部位纵向连接筋、加强拱（墙）脚承载力、增设拱（墙）脚锁脚锚杆（管）等施工方法对变形进行有效的控制。

4.11 根据施工要求严格进行监测工作，并参照监测数据对支护参数做出适当的调整，合理安排二次衬砌的施作时间，推行信息化施工管理。

4.12 隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职业健康及安全标准。

4.13 进一步完善洞内临时防排水系统，注意防止拱（墙）脚被积水浸泡或隧道开挖现场积水漫流而影响基底承载力。反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。如果地层含水较多，最好在上台阶开挖工作面周围增设一条横向水沟，使水沿两侧的排水沟或由隧道中部排出；还可以结合井点降水等方法，使地下水位下降到隧道仰拱以下，以确保正常开展施工活动。

5 监控量测

隧道按照《喷锚构筑法技术规范》的要求以量测资料为基础及时修正初期支护参数，实施动态设计、施工。围岩量测采用BJSD-2型激光隧道限界检测断面仪和NA28水准仪等进行周边水平收敛和拱顶下沉量测。将洞内外观察、净空水平收敛量测和拱顶下沉量测列为必测项目，必要时在隧底增设隧底上鼓量测及地表沉降量测项目。量测断面间距5～10m。

6 结语

对大断面浅埋偏压隧道施工特点进行分析之后，根据理论计算，施工单位决定利用三台阶七步开挖法开挖老寨隧道。这种施工方法后帮助施工单位攻克了多项技术难题，施工中有助于对各道工序进行有效的控制，提高了作业安全系数、保证工期的前提下，也取得了预期的施工效果；施工月平均进尺85m，真正做到了大断面隧道快速掘进。这项工程也能为其他地质复杂的大断面软岩隧道开挖提供有借鉴价值的资料。

参考文献:

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关键词: 隧道开挖; 方法；开挖技术; 要点分析

中图分类号：u45文献标识码： A

引言

我国是一个多山的国家, 在山区修建高速公路必然产生大量的隧道工程。目前, 仍然没有十分完善的地下结构理论来指导隧道工程的设计和施工, 有时候仍然避免不了工程事故的发生。因此, 应该根据不同的地质条件, 采用相应的施工技术, 确保隧道的施工安全和使用安全。

一、隧道开挖方法的选择极其适用条件

1、在当前的施工实践中，从施工造价及施工速度考虑，施工方法的选择顺序为：全断面法、台阶法、环形开挖留核心土法、中隔壁法、交叉中壁法、双侧壁导坑法；从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。如何正确选择，应根据实际情况综合考虑，但必须符合安全、快速、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。

2、适用条件：I～IV 级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于lkm ，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。

二、隧道开挖的具体方法探究

1、全断面开挖法全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。其施工特点有：开挖断面与作业空间大、干扰小。有条件充分使用机械，减少人力。工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件。开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。

2、台阶法是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进的施工方法；按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定，一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短；二是上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。在软弱围岩中应以前一条为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要是考虑如何更好的发挥机械效率，保证施工的经济性，故只要考虑后一条件。

台阶开挖法的优缺点：台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度。但上、下部作业有干扰；台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但应注意下部作业时对上部稳定性的影响。

3、环形开挖留核心土法环形开挖进尺宜为0.5～1.0m ，核心土面积应不小于整个断面面积的50% 。开挖后应及时施工喷锚支护、安装钢架支撑，相邻钢架必须用钢筋连接，并应按施工要求设计施工锁角锚杆。围岩地质条件差，自稳时间短时，开挖前应按设计要求进行超前支护。核心土与下台阶开挖应在上台阶支护完成后、喷射混凝土达到设计强度的70% 。中隔壁法中隔壁法是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道地段。

4、交叉中隔壁法

交叉中隔壁法是在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法。采用短台阶法难确保掌子面的稳定时，宜采用分部尺寸小的交叉中隔壁法，该工法对控制变形是比较有利的。

5、新奥法隧道开挖

新奥法隧道开挖的基本原则是在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动前提条件下，选择恰当的开挖方法，并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法时，一方面应考虑隧道围岩地质条件及其变化情况，选择能很好地适应地质条件及其变化，并能保持围岩稳定的方法和方式，另一方面应考虑隧道范围内岩体的坚硬程度，选择能快速掘进，并能减少对围岩的扰动方法。光面爆破在隧道工程中的应用己经十分广泛，它不仅能提高隧道的掘进速度，科学有效的控制爆破，还能避免过大的超欠挖，保证后期支护效果。光面爆破的实质就是在隧道掘进设计断面

的轮廓线上布置加密的周边眼，减小药包直径，减少装药量，采用低密度和低爆速的炸药，以控制炸药爆破能量及其作用，降低爆炸冲击波的峰值作用，削减它在岩石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩体上，减弱对原岩体的破坏作用。

新奥法支护方法喷射混凝土向洞室内表面围岩喷射混凝土，能使被裂隙分割的岩块体粘接起来，保持岩块体的咬合和镶嵌作用，通过提高岩块体的粘接力和摩擦力来有效的防止围岩松动，并避免或缓和了应力集中现象的发生，而且给围岩表面以抗力和剪力，使围岩处于有利于稳定的三轴应力状态，并通过喷混凝土层自身的结构刚度，来阻止不稳定体的坍塌。喷射混凝土自身有一定的刚度，能够抵抗岩土体的坍塌，并且往往和其它支护方法共同作用，承受支护结构的受压变形，因此喷射混凝土支护方法是现代隧道施工最常用的方法之一。

三、隧道开挖要点技术的探究分析

1、为了确保隧道施工的安全与稳定，在软弱围岩地段施工中必须遵循“弱爆破、少扰动、短开挖、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则，在施工中应采取以下措施:

（1）在隧道工程开挖施工过程中严格遵循管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量的方针。开挖严格控制超挖、减少超挖, 保持土体的原状结构, 减少对周边土体的扰动。开挖过程中, 加强观察附近已有建筑或构筑物、道路、管线及监控量测工作，注意观察有无下沉和变形，以便发现施工安全隐患, 并通过监测反馈及时调整开挖程序, 及时采取防护措施。施工中经常检查初支情况, 如发现初支有松动、开裂等情况, 应及时加固。测量组应定期对平面控制桩、水准点、隧道中线、水平标高等复测检查。

（2）每次开挖循环进尺以设计的两榀钢架间距为限，并即时施作支护，以达到短、开挖，强支护的目的。

（3）采用短台阶法开挖，以利快出碴快循环;加强围岩监控量测，及时分析处理测量数据，以利进行下一阶段施工预控制，对隧道施工实行动态技术指导，确保施工的安全和隧道稳定。

2、以上内容介绍了软弱围岩地段隧道开挖法，下面主要分析的是与软弱围岩不同的Ⅰ--Ⅲ类隧道围岩的光爆开挖。在施工中主要措施有：采用人工风动凿岩机钻孔，砼喷射机械手、湿喷机湿喷混凝土、挖装机装碴。施工中合理调整工序，实行“钻爆、装碴、运输”机械化一条龙作业。

I类围岩地段采用全断面钻进式注浆锚杆或管棚预注浆加固围岩并堵水，短进尺、微台阶开挖，全断面设钢架结合挂网、锚喷混凝土初期支护。及时做仰拱形成闭合环，钢筋混凝土模筑衬砌。

II类围岩地段采用小导管预注浆或钻进式注浆锚杆、短进尺，微台阶开挖，全断面设钢架结合挂网，锚喷混凝土初期支护，及时施做仰拱形成闭合环，二次模筑砼衬砌。采用短进尺，微台阶法施工，上弧导先行超前三至五米。开挖后，加设型钢钢架，网喷混凝土支护。下导坑开挖先拉中槽，然后跳边墙挖马口，对应上弧导，架设型钢钢架，网喷混凝土支护。

Ⅲ类围岩采取全断面方法开挖。在施工中应采取以下措施：每次开挖循环进尺以设计的两榀钢架间距为限，并即时施作支护，以达到短开挖，强支护的目的； 采用短台阶法开挖，以利快出碴快循环；加强围岩监控量测，及时分析处理量测数据，以利进行下一阶段施工预控制，对隧道施工实行动态技术指导，确保施工的安全和隧道稳定；根据随时掌握的围岩动态和掘进所提示的工程地质情况，对地质发生变化的特殊不良地段可进一步采取加强支护措施，如加密钢支撑，喷自私自利射砼封闭掌子面，超前锚杆，小钢管、小导管注浆临时仰拱封底等多种行之有效的措施加以综合治理。

结束语

隧道的施工方法很多，我们要根据不同的地质情况进行选择。隧道开挖是施工的重要工序,开挖方法的选择不仅决定隧道的施工进度,而且严重影响到施工安全,科学合理的选择隧道开挖方法十分重要。因此，必须加快基础设施建设的步伐，然后对隧道的建设采用正确的开挖方法，最后要在隧道施工的过程中把握好施工技术的要点。随着隧道建设的需求，盾构隧道的大深度地下利用、各种 断面形式盾构机的研制和盾构施工的安全性、经济性等成为盾构施工今后的发展方向，也只有做到了以上几点就一定能实现我国交通运输的高速化和重载化。

参考文献:

[1]陈亮.隧道洞身开挖施工方法比选[ J].商品与质量, 2009(S1): 31- 33.

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【关键词】 石质 大断面扩挖隧道 开挖方法优化

中图分类号： C35 文献标识码： A

1、前言

福州市二环路金鸡山隧道位于福州市主城区，是福州市二环线的一部分，是城区通往火车站的主要通道。金鸡山既有隧道为分离两车道市政公路隧道，为满足通行要求将原有隧道拆除扩建为四车道，该隧道扩建工程是大跨度小间距既有隧道拓宽工程，该隧道施工技术难度大、安全风险高、工程工期紧、社会影响大。由于隧道穿越地层地质主要为强风化-中风化花岗岩，岩体受原隧道施工应力释放后破碎程度进一步加强，属中硬岩，开挖时需要分断面钻爆作业。原设计开挖方案为CRD（交叉中隔壁）开挖方案。CRD开挖的临时支撑对上下台阶交通干扰影响，爆破作业对临时竖撑和横撑的破坏，对隧道整体安全产生较大影响，按照原方案施工作业难以开展。为能解决上述问题，针对原设计的CRD开挖方法进行优化，总结出适合类似岩层大断面隧道开挖方法。

2、原设计开挖方案

隧道原设计开挖方法为：V级、V级加强段采用交叉中隔壁（CRD）施工法施工，IV级段采用中隔壁（CD）法施工，中隔壁及临时仰拱均采用I14工字钢+18cm厚C25喷射混凝土，其中IV级围岩地段不设临时仰拱， V级围岩地段交叉中隔壁原设计开挖施工工序详见下图：

3、原设计开挖方案存在的制约

1、按照原设计先开挖既有隧道侧，上台阶临时中隔壁I14工字钢拱脚落在既有隧道初期支护背后围岩松散区，该处由于围岩出现不同程度松散，在竖向荷载作用下下沉变形大，不利于中隔壁稳定，为此我部经优化后将临时中隔壁置于既有隧道衬砌混凝土上，能提高临时中隔壁竖向承力能力有效控制初期支护沉降量。同时若按照设计弧度设置中隔壁，对既有衬砌产生水平向围岩推力，由于背后有松散空洞区，容易将衬砌混凝土推裂造成中隔壁失稳，为此将原设计弧形中隔壁调整为垂直中隔壁，有利于竖向荷载的传递。优化方案如下图所示：

2、本隧道均为石质围岩，需要进行爆破作业，爆破时对已完成的临时支撑影响极大，极易造成对已施工的永久支护松动脱落，造成重大安全风险。

3、原方案中上台阶开挖支护时就安装临时仰拱，临时将上下台阶分隔成两个空间，机械设备无法到作业掌子面施工，各作业面仅能靠人工开挖及支护，施工效率低下，一般土质隧道CRD方法开挖月进尺30米左右。石质隧道若没有大型设备出渣，施工进度将比土质隧道CRD开挖方法慢的多，工程进度难以保障。

土质隧道CRD施工照片

4、针对制约问题优化后的施工方案

开挖方案优化原则：在保证隧道质量、安全的前提下，以监控量测数据为依据，对隧道原设计CRD工法进行了局部优化。保证优化后的方案能满足结构安全要求，能有效控制隧道拱顶及两侧收敛，同时便于大型设备施工，以提高工作效率。首先对临时支护进行调整，将原设计弧形临时支撑优化为直线型，使型钢能较好的传递竖向或水平荷载；其次对开挖顺序进行优化，先后开挖施工上台阶两个导洞，再开挖施工下台阶两个导洞；由于下台阶爆破作业时是采取松动抬爆，对临时横撑造成冲击从而对整个初期支护造成影响。若上台阶开挖施工时完成上台阶竖向支撑体系施工但不施工临时仰拱，临时横撑待下台阶开挖支护一段后再施工，能保证上下台阶交通畅通，发挥大型设备的工作效率，施工工期能满足要求。若按原设计的CRD施工方法，上台阶仅能靠人工进行开挖出碴工效低，若为土质围岩人工开挖施工可以实施，但本隧道围岩均为石质人工无法开挖。

优化后施工顺序为：

⑴先扩挖既有隧道侧上台阶，并完成初期支护及临时竖撑及横撑施工，紧靠临时支护侧多开挖30-50cm，使临时竖撑施工完毕后扩挖侧岩壁与竖撑留有30-50cm空间，防止扩挖侧爆破时冲击临时竖撑。洞口30m范围内尽量采用机械开挖，若有机械难以开挖的局部松动爆破后再使用机械开挖。

⑵滞后既有隧道上台阶10米左右开挖扩挖隧道上台阶部分，并完成上台阶初期支护施工，此时隧道初期支护两侧拱脚垂直落底具有较好的承力能力。临时竖撑能有效支撑拱顶位置，减少拱顶下沉收敛。两侧钢支撑在竖向压力下产生水平向外的推力，能有较好的抵抗两侧围岩向内收敛。建议临时横撑不施工喷射混凝土，左侧导洞增加2排纵向I14工字钢连接，右侧导洞增加3排工字钢连接。以减轻临时横撑重量。

⑶既有隧道上台阶进尺30米左右后，开始开挖既有隧道侧下台阶。洞口段开挖逐榀开挖逐榀支护，待洞口段支护5-10米后可进入正常开挖支护，正常每次保持在2-3榀一次。下台阶钢架拱脚加长30cm，拱脚深入隧底基岩内起到临时仰拱作用。下台阶开挖时加强对拱顶及两侧监控量测，一旦发现下沉及收敛过大时停止施工，并采取有效措施进行加固。待洞口段施工30m左右后，通过监控量测观察围岩下沉收敛情况，若初支处于稳定状态，可将临时仰拱滞后至下台阶开挖后再施工。

⑷该侧下台阶开挖5米后开挖另一侧下台阶并完成支护。

⑸滞后左侧台阶5米左右开挖左侧隧底，施工隧底支护并将竖撑接长至隧底，使左侧导洞封闭成环。洞口段隧底开挖一次控制在2-3榀，洞内段控制在3米左右。 临时竖撑在仰拱及填充段内不施做喷射混凝土，施工仰拱时将工字钢浇筑在仰拱及填充内。

⑹滞后右侧5米左右开挖既有隧道侧隧底并完成隧底支护，隧底开挖一次控制在3米以内，开挖后立即完成隧底支护，使隧道支护封闭成环。

⑺待隧道初期支护落底成环后拆除临时横撑，每拆除6-9米后利用仰拱栈桥分幅浇筑仰拱及填充。

⑻待仰拱填充完成一段后，开始逐榀拆除临时支撑，临时支撑拆除要逐步推进，及时完成防水板、钢筋布设，并立即浇筑衬砌混凝土，要求拆除的临时至已完成的二衬混凝土距离不超过20米。同时加大对临时支撑拆除段支护监控量测频率，一旦发现支护下沉收敛加剧后立即停止拆除，并采用刚度较大的300*6的钢管支撑，并对支护后围岩进行注浆加固。

优化后方案对施工顺序导洞开挖顺序、中隔壁进行了优化，同时根据洞口段施工情况再适当调整临时横撑的施工时间，即洞口段开挖上台阶后施工临时横撑，待施工30米后且围岩变形收敛趋于稳定时，将临时横撑滞后至下台阶开挖后再施做，有利于上下台阶通行，使得上台阶能充分利用机械设备。能大大加快施工进度同时隧道施工安全也能得到保证。

5、优缺点比较

安全风险比较：原设计方案为标准隧道CRD开挖方法，对于土质软岩隧道更为适合，能有效控制软弱围岩下沉量及收敛，但对需爆破的石质隧道来说，临时横撑及竖撑紧贴岩面使得原有岩体临空面封闭增加爆破难度，临时支撑紧贴待爆破岩面，爆破时爆破能量及震动直接通过岩体作用到临时支撑上，极易造成临时支撑移位、变形甚至破坏，从而导致永久支护松动损坏，对安全不利。优化后方案临时支撑没有与岩面接触，不受爆破施工影响，另外竖向支撑自开挖至隧道初期支护成环始终能保持竖向持力，对控制隧道拱顶下沉较为有利，隧道开挖下台阶边墙收敛最不利时及时加上横撑，能有效控制隧道边墙收敛值。

施工进度比较：原方案受临时横撑影响将隧道上下台阶隔断，上台阶与下台阶无法通行交通，上台阶施工仅能依靠人工和小设备施工，正常土质隧道全断面施工进度在20-30米/月，石质隧道施工进度将更受制约，按30米每月计算，右线隧道V级围岩423米，IV级围岩144米，按照原设计方法隧道双头掘进V级围岩需要7个多月，IV级围岩需要1个月，开挖施工需要近9个月时间。优化后方案上下台阶间能够通行，大型设备可在掌子面作业，施工较为便利，除洞口段施工进度在40米左右外，洞内施工进度在60-90米/月（V级与IV级基本一致），双头掘进隧道5个月能实现贯通。

社会和经济性比较：原方案上台阶支护材料均需要人工从下台阶搬运至上台阶，上台阶出渣需要小型机具倒运至下台阶处再装运，增加多次倒运费用，且由于上台阶不能使用大型设备仅靠人工和小型机具作业，施工效率极低。若采用原方案施工，施工费用将成倍增加，且施工工期也成倍增加，对于原本拥堵的市区内环线将形成很不好的社会影响，施工单位、建设单位、交通主管部门和政府等各级部门压力极大。

6、实际施工效果

围岩下沉收敛情况：右幅隧道开挖支护已完成，监控周报显示各监测断面拱顶下沉速率在0.15mm/d左右，周边收敛速率在0.2mm/d左右，地表下沉最大速率在0.4mm/d左右，其中累计拱顶最大下沉50mm、累计周边最大收敛均小于25mm。说明优化后施工顺序较为合理，能有效控制隧道支护的下沉及收敛。

施工进度情况：该隧道自2014年4月19日开始爆破作业，在出口因拆迁问题8月份开始爆破，仅进口端掘进的前提下，通过7月份中间开口后，于9月10日上台阶全部贯通，下台阶于9月20日全部贯通，各个作业面每月全断面掘进进度在70米左右，大大缩短了施工工期。

经济效益情况：通过优化方案隧道上下台阶各个作业面都能按照正常爆破作业，大型设备出渣，不存在人工出渣和倒运材料的情况，大大提高了工作效率，工程施工成本得到有效控制。

7、结束语

通过对金鸡山隧道扩建CRD开挖方法进行优化，找出了石质大断面隧道采用传统CRD开挖方法的不足，通过优化使得隧道施工更安全、高效，在不到5个月的时间完成576米隧道开挖支护，取得了良好的经济和社会效益。通过该隧道的施工探寻了石质大断面隧道开挖方法的一些规律，为今后该类隧道施工起到一定的参考作用。

参考文献：

【1】赵鹏社《关于大断面隧道施工CRD工法的优化》 铁道建筑 2010年第8期

【2】钱东升《公路隧道施工技术》人民交通出版社

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关键词：隧道；仰拱；安全

1 概述

隧道塌方安全事故中，开挖仰拱时发生的隧道失稳塌方是最危险的一种。这种塌方失稳具有规模较大，发生突然的特点，往往直接掩埋仰拱作业人员造成重大人员伤亡，或形成隧道“关门塌方”事故，即仰拱前方掌子面作业人员因塌方阻隔受困在隧道里面等待抢险救援。今年发生的多起铁路隧道安全事故大多发生在仰拱开挖施工中。因此对铁路隧道仰拱施工过程进行力学分析，研究塌方发生的原因，采取有效措施进行安全控制，防止隧道失稳塌方，具有十分重要的意义。

由于我国地质条件的多样性和复杂性，围岩岩土性质及应力变化的复杂性和不确定性，隧道工程仰拱设计施工尚且存在诸多问题。本文针对上述问题，从隧道施工过程力学机理分析人手，详解了目前隧道仰拱施工塌方原因，提出了相应设计施工安全控制关键措施，以供铁路隧道建设各方进行安全管理时参考。

2 仰拱施工过程力学机理分析

隧道施工中，仰拱作为衬砌结构的重要组成部分，对维护隧道整体稳定有着重要的作用。隧道仰拱能明显地提高支护结构的整体刚度，有效地约束围岩的变形，改善整个衬砌的受力状态，并减少隧道结构病害的发生。软弱围岩及不良地质隧道常采用分部开挖、分部支护的方式施工，围岩压力、围岩变形、支护结构内力随着施工动态过程在空间及时间上发生动态变化。从隧道施工过程力学的角度来看，仰拱施工又恰恰是隧道成隧过程中最不利、最危险的时刻，其力学机理如下。

2．1 成隧过程及体系转换

开挖仰拱前，隧道初期支护体系还没有封闭成环，拱墙初期支护抵抗侧向压力以及竖向承载能力均较差。仰拱施工完毕才形成完整闭合的隧道支护，围岩与支护内力重新分布调整，隧道支护体系转换完成。

分部开挖、分部支护的成隧过程，其力学实质是一个对围岩反复卸载、加载的过程。围岩荷载、围岩应力、初期支护内力等将随着应力历史和应力路径的变化，会发生荷载变化、应力重分布、应力集中、应力损伤、塑性区开展及破坏等现象。

以台阶法为例，施工过程数值模拟计算及实践表明，开挖上台阶时，塑性区主要集中在拱脚部位；上台阶开挖支护完毕，开挖下台阶部分后，塑性区范围由上台阶的拱脚处扩展到下台阶拱脚部位，仰拱开挖后塑性区范围进一步扩大。

2．2 最不利状态

仰拱开挖一般是隧道的最后一步开挖，此时，隧道洞室尺寸达到最大值，围岩荷载达到最大值。数值计算及监控量测表明，此时洞周围岩应变、初期支护弯矩轴力等达到最大值，塑性区范围最大，拱脚出现塑性区和应力集中，拱顶下沉、收敛变形量测值急剧增长。当应力增长超过岩体强度，支护与围岩形变超过极限平衡状态时，隧道就会失稳坍塌。

研究表明 ，隧道有仰拱比无仰拱时．周边围岩内塑性区范围减小30％ 以上(图1)，

，洞周位移特别是拱顶和仰拱部位的位移减小55％ 以上，隧道二次衬砌安全系数提高了22％ 以上。因此在仰拱开挖后，仰拱初期支护喷射混凝土达到强度前隧道处于最不利的荷载条件。

2．3 时空效应

隧道逐循环向前开挖的施工过程中，荷载的增加取决于开挖面推进速率和喷混凝土刚度增加的速率以及开挖和支护的设置过程。隧道洞室一方面由于开挖而导致围岩变形，同时，也会受未开挖围岩和深部围岩的挟制以及支护的限制作用而趋于稳定。一般认为，隧道的空间效应范围约在(1．5～2)D。

初期支护岩体与时间空间相关的特征以及施工过程如果在隧道支护的设计和施工中未加以考虑和重视，其结果就会造成仰拱开挖面附近的安全问题。

3 仰拱施工塌方原因分析

隧道是建于岩土介质中的结构物，由于岩土介质本身的复杂性以及岩土介质与结构共同作用的不确定性，隧道设计施工判断和措施与实际状态仍然可能存在较大的偏差，隧道仰拱开挖过程中仍然可能出现意外的塌方事故。通过对近年来发生的铁路隧道仰拱开挖塌方事故进行分析，可以总结出以下主要原因。

3．1 初期支护不力。导致仰拱施工时结构失稳

初期支护不力，不能有效抑制和平衡围岩变形，仰拱开挖后就会发生塌方。塌方的原因可能是设计措施不强，也有可能是施工措施不力。

当前设计通行的隧道结构设计计算，一般采用荷载结构模型，平面杆系有限元法。支护参数的确定以工程类比为主，辅以结构数值分析检算。计算时，初期支护为主要承载结构。Ⅱ ～Ⅲ级围岩二次衬砌作为安全储备，按承受围岩荷载的30％ 检算，Ⅳ 一V级围岩二次衬砌作为承载结构，分别按承受围岩荷载的50％ ～70％检算，得出荷载与结构安全系数、配筋量关系曲线，并与工程类比法相互佐证，合理确定参数值，计算中考虑仰拱与衬砌共同作用。

隧道工程与一般地面结构在力学机制上不同，由于岩体初始应力不易确定、岩体材料非均质非线性各向异性、岩体力学参数难以准确获取、岩体与开挖支护相互作用的不确定性等特点，在实际隧道设计过程中，如果支护设计参数采用工程类比或套用规范、通用图，如果设计分析检算采用对完整隧道一次性平面模型计算，当围岩与实际状态存在较大的差异时，通常就会在仰拱开挖这个最不利环节发生塌方。其原因可用收敛约束原理解释(图2)。

当然，如果施工过程中偷工减料，出现钢架与围岩不密贴等质量缺陷，初期支护刚度由于施工质量不能达到设计要求，通常也会在仰拱开挖时结构安全系数急剧下降而发生整体隧道失稳塌方。

3．2 忽视上部结构变形对下部施工的影响

支护压力是隧道收敛闭合的函数，监控量测可以反馈围岩和初期支护结构动态，通过量测数据优化支护参数，保证施工安全。施工中，上下台阶开挖支护后，围岩支护变形应该进入基本稳定状态，荷载位移达到稳定值，仰拱开挖后，支护结构在一定时间内尚能保持稳定或平衡。这时，仰拱施工才会安全。

如果仰拱开挖时，拱墙变形不稳定或刚刚处于极限平衡状态，此时开挖仰拱必然会导致结构安全系数不足，隧道整体失稳塌方。

3．3 未及时调整施工步距和措施

隧道工程成败的关键在于设计和施工人员依据围岩地质状况，正确判断，选用合适的支护系统和开挖方式，并不断根据监控量测信息进行支护修正和工法改良。

即使上下台阶断面开挖支护时围岩应力状态保持平衡状态，如果仰拱一次开挖长度过长，开挖处纵横向空间“桥冠”作用减弱消失，围岩应力迅速重分布，初期支护变形急剧增加，导致仰拱开挖段的初期支护先发生破坏，接着带动两侧支护一起破坏而发生严重塌方事故。

3．4 施工组织不合理、施工管理不到位

隧道安全事故发生可划分为三个层次：一是由于自然的复杂性人们没有正确的认识；二是认识了，没做好，能力有限；三是无知者无畏，不按规程、规范和作业指南施工。施工组织不合理、施工管理不到位，当隧道施工碰到较差的地质条件，在最不利的环节，出现塌方事故的概率就迅速增大。

4 设计施工控制关键技术

由于地下工程岩体具有非均质、各向异性及非连续的特性，所以采用连续体力学计算时，由于其假设条件与实际岩体不符，因而其计算结果往往是隧道拱、墙、顶、底均匀变形。而非连续体数值模拟结果与工程实践均证实，地下工程开挖后，地下工程围岩位移量并不是均匀的，而是首先从地下工程某一个或者某几个部位开始位移破坏，从而导致整个地下工程支护体失稳，这些首先破坏的部位就是支护的“关键部位”。进行隧道仰拱施工安全控制应做好以下关键方面工作。

4．1 设计加强措施

(1)软弱围岩及不良地质隧道设计检算时，应进行施工过程检算。设计应充分考虑下台阶、仰拱开挖时支护体系转换对支护结构稳定性的影响，采取相应的加固措施，如扩大拱(墙)脚、锁脚锚杆(管)、钢架基础加固等。

(2)施工过程中，设计应根据地质条件变化和监控量测信息，及时调整支护参数、施工工艺及工序。

(3)施工图设计中应明确管棚、小导管、锁脚锚杆(管)注浆，钢架基础加固等施工要求。

4．2 施工加强措施

(1)仰拱开挖前，必须按设计完成拱墙锁脚锚杆、钢架、钢架连接及喷射混凝土等初期支护施工。

(2)仰拱施工中，应加强上部初期支护变形的监控量测。变形速率异常时，应暂停仰拱及掌子面施工，并及时分析原因，采取处理措施，对上部初期支护进行补强后方可继续进行仰拱施工。

(3)仰拱及下部施工时，应配置专职安全员，控制仰拱开挖预留量、随时观察洞身初期支护的情况。挖装机械作业必须配专人指挥，严禁大型机械开挖时触碰或钩挂钢架脚部和锁脚锚杆(管)。

(4)初期支护与围岩间应密贴，对空洞、脱空现象必须进行初支后充填注浆。

(5)富水、软弱围岩地段仰拱开挖后，必须采用喷射混凝土及时封闭，并强化排水、严禁长时间浸泡基底。

(6)锁脚锚杆(管)应按设计要求进行注浆，注浆应饱满密实。

(7)仰拱一次开挖进尺不得过大，便于施工展开和快速封闭。仰拱开挖后应立即快速施做初期支护封闭，一般应于12～18 h内完成仰拱开挖、架设钢拱架、喷射混凝土封闭作业，确保仰拱快挖、快支、快速封闭。

4．3 安全管理措施

(1)仰拱施工应制订安全应急措施。针对仰拱开挖易发生塌方的风险，制定相应的防范预案和物资材料储备，并保证安全投入到位。

(2)优化施工组织，合理安排施工工序，加强施工技术交底和现场指导，保证人员、机具设备、材料和混凝土等要素到位，实现仰拱施工的连续性和及时浇筑。

5 结论

隧道在开挖过程中的变形受到诸多非确定性因素的影响。围岩是非确定性系统，常规试验方法获取围岩物理力学参数进行稳定性分析和设计必然会产生较大误差。开挖分步方式和顺序会影响围岩支护构件的应力重分布或集中。本文从仰拱开挖破坏的力学机理角度人手，提出了加强隧道仰拱施工安全的关键措施。

(1)仰拱开挖作为最后一道隧道开挖工序，力学机理分析和监控量测实践表明，此时隧道支护最不利状态出现。隧道设计施工应把握仰拱施工过程力学机理，重视仰拱开挖面附近的安全性问题，采取有力的控制措施。

(2)钢架接头固定和纵横向连接、拱墙脚扩大或注浆处理、锁脚锚杆(管)、基础排水避免浸泡软化、喷混凝土密实、钢架密贴围岩等是防止隧道失稳破坏的关键所在，针对性采取设计施工加强措施对于仰拱施工安全控制非常有效。

(3)隧道仰拱施工安全与围岩条件、分步开挖方法、支护顺序及拱墙支护变形密切相关。仰拱闭合成环的时机既要考虑到仰拱距开挖面的距离，又要考虑到上部拱墙变形基本稳定。仰拱施工中应加强拱顶沉降和拱墙收敛变形等的监控量测，当变形速率异常时，应首先对拱墙初期支护进行补强处理，不能盲目开挖仰拱。

(4) 对于软弱围岩及不良地质隧道，仰拱一次开挖进尺控制在3 m有利于施工展开和快速封闭。仰拱施工应遵循快挖、快支、快速封闭的原则，开挖后应立即快速施作初期支护封闭，一般应于12～18 h内完成仰拱开挖、架设钢拱架、喷射混凝土封闭作业，确保隧道体系转换安全。

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关键词：城市隧道；浅埋；微震动；免爆破；开挖

Abstract: Within the city of tunnel construction, neighboring living population is more, DongDing residents dense, tunnel shallow, cannot use the blasting excavation, with pneumatic picks excavation of large amounts of artificial construction, low efficiency, long time limit, can't meet the schedule and cost requirements of the situation, adopting micro shock from blasting excavation method, for cemented gravel soil city tunnels for excavation, solve the construction problems excavation.

Keywords: the city tunnel; shallow buried; vibration; avoid blasting; excavation

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

兰州市南山路伏龙坪隧道位于兰州市城关区市区，为上下行分离的双管暗挖隧道，道路等级为城市主干道，全长1308米。由于地理环境复杂，隧道周边居住人口较多，尤其洞顶居民密集，一般没有地下深基础，对于施工安全、环境的保护及水土保持有相当高的要求，同时隧道埋深较浅，埋深最深处为69m，最浅处仅为10m。围岩破碎，以Ⅳ级为主、局部Ⅲ级，夹杂大量胶结砂砾土，整体潮湿，局部有少量裂隙水。

对这一特殊环境下隧道的施工，不能用爆破开挖施工，我们尽心组织，认真研究，提出了微震动免爆破开挖方法，克服开挖施工难题。

1、研究隧道特点，不能采用常规开挖方法

伏龙坪隧道除了地理环境复杂，隧道周边居住人口较多的特点外，还有隧道断面设计形式多，跨度大，二车道加宽断面净宽12.22m，三车道加宽断面净宽16.46m，这种二、三车道渐变的隧道施工难度大、安全要求高；地质条件复杂，隧道穿越地层在地貌单元上属黄河南岸Ⅳ级阶地，主要为填土、粉土、碎石、胶结砂砾土等。

这些地质和环境特点，应用隧道施工常规技术，采用爆破方法开挖Ⅳ级围岩严重影响随到周围居民房屋的安全，也造成噪音污染，从施工安全、环境保护、危害社会稳定等方面都有较大负面影响。应用风镐开挖人工施工工作量大、效率低，工期长，成本高，不能满足建设单位的工期要求。因此认真研究提出新的开挖方法成为施工人员面临的当务之急。

2、采用微震动免爆破开挖方法，克服开挖施工难题

为解决常规开挖方法的不利因素，针对围岩夹杂大量胶结砂砾土的现状，兼顾分离式隧道开挖应遵循的“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则，我们提出了微震动免爆破开挖方法，对胶结砂砾土城市隧道进行开挖施工，解决开挖施工难题。

胶结砂砾土城市隧道微震动免爆破开挖方法的主要工艺原理为：在城市浅埋隧道的施工中，对于类似胶结砂砾土地层，由于用风镐难以开挖，而采用钻爆法施工又会对地表建筑物和附近居民产生较大扰动，此时可采用佩戴破碎锤的挖掘机对岩体进行振动冲击破碎。

3、微震动免爆破开挖有科学的工艺流程和质量安全保证

3.1 施工准备

在开挖施工前，除了常规的测量准备、组建试验室、物资准备、人员准备外，机械的准备是重中之重，将本着“先进、适用、合理、配套”的原则配置机械设备，具有良好性能、佩戴破碎锤的挖掘机是最关键的开挖机械。应注意在使用破碎锤前检查螺栓和连接头是否松动，液压管路是否有泄漏现象；检查活塞氮气室压力，如氮气不足则应及时进行补充。各项机械性能检查、施工条件具备、满足施工要求后，方可组织施工。

3.2 岩体破碎

采用佩戴破碎锤的挖掘机进行岩体的振动冲击破碎时，锤体下落要平稳，禁止用锤体猛力冲击石料；沿钢钎方向压实后进行击打，严禁空打；不要用液压破碎器在坚硬的岩石上啄洞；不得在液压缸的活塞杆全伸或全缩状况下操作破碎器；当液压软管出现激烈振动时应停止破碎器的操作，并检查蓄能器的压力；防止挖掘机的动臂与破碎器的钻头之间出现干涉现象；不要在同一位置进行1分钟以上的长时间连续击打作业；不要将钢钎以外部位浸入水中或泥中进行作业；不要使用机体落下的方法来砸碎岩石；不要在挖掘机油缸行程末端状态下进行击打作业。

3.3 循环作业

岩体破碎后转入下一破碎点，行走时，破碎锤体内收，提至距地面40cm—50cm高度；行走过程中需要换向时，必须停车缓慢换向，严禁同时进行其他操作；履带板上落有石块时禁止启动行走。

4、开挖施工不能盲目追求进度，还应注意相关事项

由于围岩中有大量胶结砂砾土，破碎程度严重，稳定性差，所以在微震动免爆破开挖施工过程中，把确保围岩稳定、杜绝坍塌放在首位，及时有效地做好初期支护工作，严禁盲目掘进。开挖后及时初喷，并在12小时内完成初期支护。

4.1 保证施工机械停置于稳固的地基上，施工中专人观察，若地基较软弱，在施工前应铺设钢板基础。

4.2 施工中专人指挥机械，引导施工部位，随时提高警惕，确保施工安全。

4.3 开挖0.5米-1.0米，立即进行钢拱架支护，严格按照设计图纸进行焊接。拱脚部位易发生塑性剪切破坏，该部位钢架除栓接外，还四面帮焊，确保接头的刚度和强度。

4.4 喷射混凝土应及时跟上，将拱架与岩面之间的间隙喷射饱满，达到密实。

4.5 喷射混凝土应分层分次分段喷射完成，初喷混凝土尽早进行“早喷锚”，复喷混凝土在量测指导下进行，即“勤量测”的基本原则，保证喷射混凝土的复喷适时有效。

4.6 在进行下循环开挖前，认真组织质量验收和安全检查。拱架间距每榀检查，尺量；保护层厚度每榀检查，自拱顶每3m一个点，凿孔检查；垂直度检查每榀一查，用全站仪测量；安装偏差和拼接偏差每榀检查，用尺量。认真查看围岩变形及渗水情况，雀斑安全后进行下循环作业。

5、微震动免爆破开挖工艺对绿色施工、降低成本的特点明显

微震动免爆破开挖施工，在保证质量、工期的前提下，降低了隧道施工对地表建筑物和居民的扰动，有效的控制了超欠挖，节约了施工成本，克服了传统钻爆法振动大、炸药成本投入大等不利因素，在安全、造价、工期、技术等多方面取得良好效益。此方法多用于隧道穿越城市居民区、闹市区及周边有因爆破振动可能受损的重要建筑物，并且岩体的岩性允许破碎锤破碎的场合。

用佩戴破碎锤的挖掘机进行岩体的振动冲击破碎，由于施工便捷、速度快、环境扰动小、所需劳动力少，施工工期、质量能够得到保证，给全社会展现出了隧道开挖施工的机械化、快节奏、扰动小、高质量、高效益的了彩色、环保、节约型施工风采。

6、结语

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关键词：施家梁隧道 大跨度 浅埋土质段 管棚施工 台阶法施工

0 引言

施家梁隧道位于北碚区施家梁镇境内，是重庆外环高速公路北段项目的重点控制性工程之一，也是我国在建的最长的三车道大跨隧道。本文结合施家梁隧道进口端施工过程中采用的一些施工方法和技术参数来浅谈大跨度隧道在洞口浅埋土质地层段的施工技术方法。

1 工程概况及特点

施家梁隧道属特长隧道，设计为双洞六车道，隧道左线（LK43+107～LK47+410）全长4303m，右线（LK43+103～LK47+370.5）全长4267.5m。隧道地质结构复杂，围岩破碎，Ⅳ、Ⅴ级围岩占67.5%；进口浅埋段地层表面覆盖第四系全新统崩坡积层、残坡积层粘土，下伏岩层主要为泥岩、粉砂质泥岩。隧址区由于地下水接受补给的来源单一，主要为大气降水，故地下水动态变化同大气降水密切相关，随降雨量的变化而变化。左右线之间有一冲沟，每当暴雨发生，地表排水通畅，山洪暴发时消涨亦快。隧道最大开挖宽度17.82m，最大开挖高度12.47m（含仰拱），最大开挖断面177.1m2。

设计荷载为公路—Ⅰ级，计算行车速度100km/h；建筑限界宽14.5m，高5.0m。隧道衬砌内轮廓为三心圆曲墙结构，内净空面积100.69m2。隧道衬砌支护采用复合式衬砌，初期支护以锚、网、喷为主，并辅以超前小导管/超前锚杆及钢支撑支护，二次衬砌为模筑混凝土（钢筋混凝土）。左线设计路堑式明洞70m，右线18m。暗洞施工时首先采用50mφ127mm超前大管棚预支护作为施工辅助措施。

2 浅埋土质地层段施工方案

2.1 基本原则

2.1.1 短进尺掘进：在隧道进口浅埋软弱地段，人工配合挖掘机严格按短进尺开挖，局部坚石采用弱爆破掘进。

2.1.2 初期支护紧跟：尤其在软弱围岩段，地压增长快，自稳时间短。锚、网、喷及钢支撑架设工作在爆破、排险后马上施作，基本与出碴同时或交错进行，尤其在地层破碎或构造带地段更要紧跟，以保证围岩稳定。

2.1.3 为维护开挖周边稳定，开挖必须形成平顺的开挖轮廓，不但对维护围岩稳定有利，也为后续工序创造良好条件，同时有效地控制超欠挖，也是提高企业经济效益的有效途径。

2.1.4 仰拱紧跟：根据本隧道地质情况，拱、墙部初期支护形成之后要尽早施设仰拱，以使初期支护尽快形成封闭受力结构，并为二衬施工的模板台车轨道铺设提供条件，同时仰拱及早铺设也为洞内运输提供便利。一般仰拱与正面下部开挖面保持距离为40～50m左右，以保证开挖、装碴机具活动场地。

2.1.5 及时施作二次衬砌：二衬不能紧跟初期支护。初期支护设置后，仍需对围岩及初期支护变形进行不间断量测。如围岩及初期支护变形仍在急剧增长，则需补强初期支护，不能用加厚二衬的办法作为结构加强手段；直到围岩及初期支护变形基本稳定时（收敛小于0.1～0.2mm/d及拱顶下沉小于0.07～0.15mm/d时）则可施作二衬。但在Ⅴ级围岩段，当变形得不到有效控制的情况下，应迅速施做二次衬砌，然后再进行长期检测、观察。

2.2 施工方案简述 施家梁隧道明洞段在拉槽开挖的同时对边仰坡进行支护，暗洞段在超前大管棚支护下短进尺掘进。隧道进洞采用上下台阶法，上台阶预留核心土施工，开挖后及时进行初期支护封闭岩面。开挖支护过程中重点进行隧道的周边位移、拱顶下沉等量侧项目的工作，根据量测数据，及时调整施工方案，必要时上半断面设临时仰拱。上半断面开挖约10~15m后，开挖下部。在施工过程中隧道防坍塌问题是本工程在洞口段的最大施工控制重点。

3 关键施工技术

3.1 洞口土石方施工 首先施工洞口边仰坡顶的截水沟，开挖过程避开雨天进行。采用挖掘机开挖，孤石和挖掘机挖不动的岩石，采用小型控制爆破，装载机或挖掘机装碴，自卸汽车运输。洞口段边仰坡开挖严格按设计控制坡度，松软地层开挖时从上至下，随挖随防护，随时监测、检查山坡稳定情况。边仰坡上浮石、危石要清除，坡面凹凸不平处予以修整平顺。

明洞段根据洞口地形地质条件分为明挖段和暗挖段。明挖段采用拉槽开挖，临时边坡随挖随支护，支护参数为：普通砂浆锚杆长3.5m，按1.5×1.5m间距梅花型布置，Φ6.5钢筋网网孔间距0.25m，C20喷射混凝土厚8cm。开挖到暗挖段时要求预留核心土体，待洞口超前支护、暗挖段附加套拱施工完成后再开挖进洞。

3.2 超前大管棚施工 超前大管棚作为洞口浅埋加强段的辅助施工措施，它通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成拱部坍塌。

施家梁隧道超前大管棚支护一环长50m，采用外径φ127 mm，壁厚的4.5mm的热轧无缝钢管，钢管前段呈锥形，尾部焊接φ10mm加劲箍，管壁四周钻2排φ20mm压浆孔。管棚的环向布置间距为35cm，共布置55根，外插角1～2度，在拱部120度范围内布置。

3.2.1 混凝土套拱施工 套拱即导拱，主要是起到管棚支撑及导向作用。套拱由五榀钢拱架、55根2m长的Φ150×4mm导向钢管及厚80cm、长2m的 C25混凝土护拱组成。管棚导向管安装时，考虑到隧道圆曲线半径及50m长度，外插角控制在1.5°。每根导向管安装时均采用水平尺及仪器测量检测，以保证钻机钻孔时不侵入隧道开挖净空，并能很好地起到超前支护的作用。架立钢拱架，在钢拱架背部焊接2m长的Φ150×4mm导向钢管后，安装模板，浇注C25混凝土护拱。

3.2.2 管棚钻孔及钢管施工

①钻孔：在套拱完成并养护3天后开始钻孔，采用两台MGJ-50水平地质钻机从套拱两侧底部开始施钻，并把每孔标号，方便施工时记录每孔的成孔时间、顶管时间及注浆量，以保证超前管棚的施工质量。在钻孔施工时为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆联接套应与钻杆同材质，两端加工成内螺扣（钻杆首尾端外螺扣），联接套的最小壁厚≥10mm。防止钻杆在推力和振动力的双重作用下，上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时，把扶直器套在钻杆上，随钻杆钻进向前平移；钻机开孔时钻速宜低，钻深20cm后转入正常钻速。第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20-30cm时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻杆（不得卡丝扣），钻机低速反转，脱开钻杆。钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆，并在钻杆前端安装好联接套，钻机低速送至第一根钻杆尾部，方向对准后联接成一体。换钻杆时，要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是否畅通等，不符合要求的应更换以确保正常作业。钻孔达到要求深度后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。同时详细记录前方的地质岩层情况。

②顶管：利用改装后钻机的冲击和推力，将安有工作管头的棚管沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底。管棚采用Φ127mm无缝钢管，管棚接长时先将第一根钢管顶入钻好的孔内，再逐根联接。事先加工好的管节联接套，要预先焊接在每节钢管两端，便于联接。第一根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头，以防管头顶弯或劈裂。相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一断面受力。将钢管安放在大臂上后，凿岩机要对已钻好的导向孔，低速推进钢管，其冲击压力控制在18－22Mpa，推进压力控制在4.0－6.0Mpa。当第一根钢管推进孔内，孔外剩余30-40cm时，开动凿岩机反转，使顶进联接套与钢管脱离，凿岩机退回原位，人工装上第二节钢管，大臂重新对正，凿岩机缓慢低速前进对准第一节钢管端部（严格控制角度），人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。凿岩机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。

顶进钢管后即可安设加工好的钢筋笼，起到管棚补强的作用。

3.2.3 管棚注浆 钢管及钢筋笼安装后即封堵管口，留注浆孔、止回阀及止浆塞，即可进行注浆。根据地质条件、围岩特性及注浆目的的不同，注浆材料一般分为两类：第一类为注水泥砂浆，其主要作用为增强钢管强度；第二类为注水泥浆或水泥-水玻璃双液浆等化学浆液，其主要作用为：①浆液通常超前压注到岩体裂隙中经过物力化学作用，即能将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体，起到超前预支护作用，为隧道开挖施工安全提供保障，又能增强围岩的整体稳定性；②浆液填充岩体空隙，凝结固化后，阻隔了地下水或雨水向隧道内的渗入，起到了堵水防水的作用。

注浆前对管棚套拱周围的地表进行8～10cm厚的喷射混凝土封闭，防止浆液从岩面裂隙中反渗。浆液通过过滤网用HVF-50注浆机进行注浆，首先从无渗水孔进行，然后再注有渗水孔。严格控制注浆压力，既要有足够的注浆压力来克服岩（土）内天然水压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用；也不能压力太大而压裂开挖面。配制的浆液要在规定时间内用完，同时严格记录注浆机吸管头容器内的原有浆液体积、中间加入的浆液体积、剩余浆液的体积，把握总体注浆量。

3.3 地表注浆 注浆法是利用压力将能固化的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力学性能得到改善的一种方法。注浆法出现于19世纪初的法国，我国的注浆技术研究起步较晚，20世纪50年代以前所做工作很少，50年代开始初步掌握注浆技术。在隧道工程中，地表注浆主要应用于围岩地质条件差、偏压、洞口及浅埋层土体的固结、加固洞周围岩，来维护土体在施工过程稳定，改善隧道成洞条件。

施家梁隧道右线进口处于土层中，且右侧边坡处于一崩坡积层滑坡体上，开挖跨度大，成洞困难，为预防隧道拱部上方出现拉应力而坍塌，多方研究决定采用地表预注浆技术对隧道周围地层进行加固，以保证施工安全。

隧道开挖轮廓线以外的注浆管采用外径Φ108mm，壁厚4.5mm的热轧无缝钢管加工制成，开挖轮廓线以内注浆管采用外径Φ42mm壁厚4.5mm的热轧无缝钢管制成，前端加工成锥形，垂直打入地层。水泥浆液采用P.O32.5水泥制作，水灰比采用W/C=1.0，注浆压力控制在0.7～1.0MPa之间；通过钢管周围的Φ20mm的注浆孔扩散至围岩层；注浆工艺同大管棚注浆施工。

3.4 暗洞开挖及支护 在超前大管棚及地表注浆达到设计强度后进行暗洞段的开挖、支护。在无较大构造影响的一般地段，根据超前地质预报确定的前方围岩软弱破碎程度，施工中及时调整开挖断面及支护措施。在进口浅埋段均为Ⅴ级围岩土质地段，为适应钻孔台车掘进需要并缩短作业循环时间，采用大半断面短台阶并预留核心土法施工的掘进方法，取得良好效果。

3.4.1 开挖方法 在软弱围岩的条件下，采用台阶法开挖。洞身拱部超前10～15m，以满足施工工作平台的需要，而后进行洞身的下半部爆破开挖，洞身开挖后，立即进行喷锚支护。围岩非常破碎的情况下采用侧壁导坑法施工，先开挖中夹岩侧导坑上台阶，支护完成后开挖中夹岩侧导坑下台阶及仰拱，并及时做好支护。导坑侧壁安装临时钢拱架支撑，保证隧道施工安全。其次开挖另侧导坑上、下台阶及仰拱，及时支护，形成全断面封闭支护环。仰拱开挖后及时进行仰拱、填充和边墙基础砼施工，与拱墙初期支护封闭成环。

施家梁隧道进口段地层极为软弱，地层松散。由于开挖跨度大，开挖后洞体容易变形，周边稳定性较差，拱部极易坍塌。所以采用人工开挖，工人手持风镐、铁锹配合挖掘机进行开挖，同时控制开挖进尺，开挖后及时进行初期支护。在人工无法开挖，确须爆破施工时，重点控制装药量，采取松动爆破，减少对周围围岩的扰动。隧道开挖时，要求施工浅孔爆破分部开挖，400m范围内安全震动速度控制在1.2cm/s，相当于Ⅵ级以下地震烈度。

3.4.2 喷射混凝土施工 喷射机安装调试后先注水后通风，清通机筒及管路投料。连续喂料，经常保持料斗内料满，料斗上设12mm孔径的筛网一道，避免超径骨料进入机内，造成堵管。喷射时，先注水（注意喷嘴要朝下，避免水流入输料管），后送风，然后上料，根据受喷面和喷出的拌和物情况调整注水量，以喷后易粘着，回弹小和表面呈湿润光泽为度。

喷射顺序：采取分段、分块，先墙后拱，自下布上的顺序，进行喷射作业。喷射时，喷嘴做缓慢的螺旋形运动，使喷射料束运动轨迹呈环形螺旋式移动，旋转直径约20～30cm，自喷射面的下部开始，水平旋转喷射，喷料要一圈压半圈，喷至段尾时上移返回，同时要求一排压排，如此往复喷射。

为保证喷射砼密实度，减少回弹量，对于风压、水压及喷头的喷射距离、喷射角度都应合理调整。喷嘴至受喷面距离以0.6～1.0m为宜，料束以垂直于喷射面为佳。

喷射料束放置速度及一次喷射厚度，以每2秒左右转动一圈为宜，一次喷厚以不回落时的临界厚度或达到设计要求厚度时向前移动，每次喷射厚度一般不小于5cm。若喷射要求厚度较大，一次不能达到时，第二次喷射应在第一层砼终凝1小时后进行。两次喷射注意找平岩面，以便于铺设防水层。

3.4.3 锚杆施工 开挖后先进行第一层喷射砼施工，待该层砼终凝并形成一定强度后，按设计要求布置锚杆，用红油漆标示清楚位置后利用开挖台架进行锚杆钻孔。钻孔完成后将制作好的锚杆插入孔内至设计深度，安好垫板及螺帽，并安装止浆塞。

注浆采用水泥砂浆，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，并随时排除孔中空气，保证锚杆砂浆饱满。

3.4.4 钢筋网施工 按设计要求加工钢筋网，随受喷面起伏铺设，并将钢筋网同定位锚杆固定牢固，钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜，砼保护层厚度应大于2cm。

3.4.5 钢支撑施工 按测量给定的中线，水平标高，标准间距垂直架立，支撑钢架应与围岩尽量靠近，留2～3cm的间隙做保护层，当钢架与围岩间隙较大时，安设鞍形砼垫块，确保岩面与拱架密贴。

控制钢拱架受力情况的薄弱环节在于节点联结螺栓，定位锚杆及纵向连结筋，因此，所有螺栓要上齐，旋紧、拧好，按设计焊连定位锚杆和纵向连接筋，确保安装质量。

钢架的架设应由专人按规定的信号进行指挥，随时观察围岩动态或喷射砼的情况，防止落石，坍塌引起伤人事故。

当紧固顶部连接螺栓，楔紧钢架时，作业人员应以正确的姿势站在平稳，牢固的脚手架上，并配带安全防护用具防止发生坠落事故。

3.4.6 隧道监控量测 监控量测的项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定。而且，在隧道工程中进行量测，绝不是单纯地为了获取信息，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，因此量测信息应能确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施。结合施家梁隧道的实际情况，将地质与初期支护观察、水平净空收敛量测、拱顶下沉量测作为施工监控量测项目。

4 结束语

目前三车道公路长大隧道正在建设的不少，并逐渐积累了丰富的经验。本文结合施家梁隧道设计，对大断面单洞三车道公路隧道的洞口浅埋土质段结构支护参数、施工开挖方案进行了浅讨，为今后大断面公路隧道的施工积累了经验。但对这样的大断面隧道，施工中尚存在许多技术问题有待研究，例如隧道断面形状的优化、支护参数的合理确定、开挖方法的正确选择以及新技术、新材料的应用等，还需要进一步系统研究。隧道施工过程中，必须认真进行现场监控量测，特别是围岩压力、洞周的位移、拱顶的下沉、初次衬砌的应力、临时支护的变形等应该作为监控量测的重点，通过现场量测及时掌握围岩和支护结构的动态，以实现结构支护参数和施工方案的动态优化。

参考文献

[1]JTJ 042-94.公路隧道施工规范[S].

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关键词：连拱隧道；偏压、浅埋、大跨；施工技术；要点

中图分类号：U45 文献标识码： A

0 前言

公路连拱隧道(Multi-arch Road Tunnel),最初是指两座隧道连成一体的单线双洞隧道,即现今的双连拱隧道,也有人称之为“M”隧道或“眼镜”隧道。其特点，突出地表现在其形态上的两洞紧紧相连，只有一中墙相隔，两洞的拱脚共同建在钢筋混凝土中墙之上。连拱隧道通常不长，多为中短规模，大多在500m以内，因连拱隧道长度较短，导致其埋深浅，围岩强风化、破碎，地质条件较差等一系列特点。再因连拱隧道双洞相连，导致开挖跨度大，2车道的跨度超过20m，3车道的跨度大于30m，且易产生偏压，施工工序较多，导致施工难度增大。本文奉化三高连接线“牛角尖双连拱隧道”施工中，为解决进口段“偏压、大跨、浅埋”等施工技术难题，采取预留核心土施作管棚，挖机配合镐头机凿岩开挖等施工技术。

1 工程概况

“牛角尖连拱隧道”位于浙江宁波奉化市萧王庙镇以南约200米处，连拱隧道进口桩号为AZK8+445，出口桩号为AZK8+615，长170米；隧道进口明洞长18米，出口明洞长15米，隧道进口段位于缓和曲线上，出口位于半径R=1200米的圆曲线上，纵坡为0．5%。隧道单洞净宽为10．25米，建筑界限净高为5米。进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞口。地貌以残丘为主，地面植被茂密，以低矮灌木为主，坡度不大，一般不超过30°。表层为坡残积的含砾亚粘土，层厚6～9米；以下为⑩层风化基岩，强风化层2～5米，岩体极破碎～破碎，弱风化层3～5米，岩体较破碎～较完整，再下为微风化夹泥岩砾岩或粉砂岩。该段围岩整体性及稳定性差，降水较大时可能出现积水。洞身围岩以微风化基岩与弱风化基岩为主，中～厚层状，层岩节理较发育～较不发育，洞顶以上覆盖层厚度一般超过20米，其中微风化基岩一般超过14米，围岩完整性相对较好，地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，以接受大气降水及上部渗流为主，水量贫乏，开挖可能有局部渗漏水。根据地质资料报告，隧道穿越山体的围岩级别长度如下：Ⅳ级围岩长106米，Ⅴ级围岩长64米。隧道不良地质现象主要为隧道进出洞口洞顶以上分布厚度较大的第四系松散堆积层。隧道进出口围岩均为第四系坡残积成因的⑧1含砾亚粘土。该层结构松散，围岩稳定性差，纵深、厚度较大，隧道开挖明洞和洞门时，边坡极易产生坍塌，且其刚性较差，可能会产生差异沉降，隧道进口端地形左高右低，右洞洞顶覆盖层厚度不超过2米，且为湿陷性黄土，极易坍塌，是典型的偏压浅埋隧道，在这种特殊地形条件下，如何保证双连拱隧道安全、经济、快速的进洞，施工方案极为重要。

2 施工方案及关键施工技术

针对上述地形特点，特制定专项施工技术方案：隧道施工采用三导坑法施工。施工中先从出口端开始向进口端方向开挖中导洞，边开挖边施作中导洞初期支护，开挖至离进口出洞还剩约15米时停止，由内向外施作中隔墙，同时从进口方向开挖中导洞，使中导洞贯通，中隔墙施工完毕后，墙顶挂网喷射混凝土填实；然后从进口方向开始主洞开挖，考虑到右主洞偏压、浅埋较突出，故选择先施工左主洞，左主洞进洞30米后开始开挖右主洞，左右主洞采用平行交替开挖保持拉开距离30米左右；出洞时左洞直接穿出，右洞开挖离出洞口还有20米时停止开挖，采取从右洞出洞口进洞的方式在中间贯通。施工过程中根据监控量测的数据及现场围岩情况随时调整开挖方案；左右洞纵向分别贯通后，进行仰拱开挖及回填，这道工序施工时要求一个“快”字，开挖后要求尽快回填，避免拱体下沉或不均匀变形。而且在进行仰拱开挖时左右洞要错开，右洞开挖并回填后左洞才能开挖，尤其在进出洞口处更应注意，施工长度不宜过长，在围岩软弱时必要的话，采取跳码口施工，即开挖十米，间隔十米，利用间隔十米的原状土来支撑两则拱脚，待回填的砼达到一定强度后，再进行间隔段的开挖回填施工，以确保洞身拱体的安全。仰拱施工完成后，方可施工二衬，路面，装饰和机电。采用此方案施工隧道实际施工只花了不到10个月，其关键施工技术如下：

(1)中导洞与中隔墙施工。隧道中导洞开挖从出口向进口方向进行（出口围岩情况相对较好），采取两台阶法掘进，小导管进洞、超前锚杆、格栅钢拱架及锚、喷、网联合装载机倒退出渣的方式作业。当中导洞施工进洞115米时，即停止掘进，开始施工中隔墙，中隔墙施工首先平整中隔墙基础后立模浇筑20cm左右厚度的C25细石砼作为中隔墙基础的垫层，在砼垫层上按设计图纸要求施工基础竖向锚杆和洞顶锚杆，然后按9米一模绑扎钢筋，墙身模板采用组合钢模，泵送砼入模的施工方式自洞内向洞外依次施工。中隔墙施工的同时，隧道进口开始刷坡，作好中导洞进洞准备，进口中导洞进洞采取和出口导洞施工方式一样，中隔墙砼浇筑完后立即对中隔墙顶喷射C30砼，回填密实，使中隔墙顶与围岩密贴。

(2)隧道出口主洞进洞及主洞开挖施工。通过中导洞施工发现隧道围岩为砂砾岩，岩质软弱但围岩整体性较好，故主洞开挖仍采取出口端向进口方向掘进，且先施工左主洞，采用φ108管棚进洞，按设计要求先施工左右主洞管棚然后浇筑1米厚2米宽C30护拱砼。待护拱砼达到设计强度后，进行主洞开挖，主洞进洞开挖采用台阶法开挖，遵循“弱爆破（甚至不爆破）、短进尺、紧支护（早封闭）、勤量测”的原则，一炮一支护，每循环进尺严格控制在1.0～1.5米，对围岩破碎的地方按设计要求,采用小导管或超前锚杆超前支护，同时V级围岩用18号工字钢间距50cm的钢拱架进行加强支护。施工时严格控制钢拱架的竖直度，并与围岩开挖面密贴，用喷射砼喷射饱满密实。左主洞进洞30米后开始开挖右主洞，左右主洞采用平行交替开挖，保持拉开距离30米左右。同时左右主洞做好监控量测工作，位移速率大于20mm/日，需特殊支护：水平收敛值0.1-0.2mm/d，拱项下沉值0.07-0.15mm/d以下一般基本稳定，左主洞开挖还剩2米时从中间开小口穿出，右主洞开挖离出洞还有20米时停止开挖，由进口端相向掘进至贯通通。

(3)隧道进洞口开挖及进洞施工。整个隧道施工的重难点全部集中在右洞进口，右洞进口处地质条件极差，且距离进口12米的地方有一处民房，40米的地方有一处厂房，对爆破作业甚为不利。首先在进口右侧顺着明洞的方向竖立一道隔声屏障，以防噪声扰民。在隧道进洞口开挖采用挖掘机配合镐头机开挖的方式，当开挖到左右主洞正前方时，预留4米高7米宽3米厚的核心土，作为管棚施工的工作平台及浇筑护拱砼的支撑受力基础。待管棚施工完毕，左右护拱砼同时浇筑完成后，首先挖除左洞核心土，采用弱爆破扩洞支护，至此左洞洞口开挖支护完成。右主洞针对偏压、浅埋的问题，采取先挖除核心土后，主洞从中间开始用挖机挖进60cm，再慢慢向下开挖，拱部以下开挖完成后再使用稿头机配合挖掘机慢慢凿除拱部黄土。挖进60cm时立即进行18号工字钢钢拱架施工，钢拱架按25cm（设计为50cm）一道架立3榀，钢拱架架设时，现场专职安全员全程监测拱部土层变化，防止坍塌以保证施工作业人员人生安全，3榀工字钢架立完成后马上初喷一层4cm厚C20钢纤维砼，再进行锚杆挂网作业及超前小导管施工，二次喷砼，初期支护完成，这样就完成了第一循环的进洞作业。下一循环采用同样的方法再掘进60cm，用此方法一直掘进4米以后土层消失，进入软弱岩层，此时右洞进口停止掘进，再从出口方向向进口方向采用上下台阶方式开挖，同时支护紧跟，开挖还剩5米左右时候采用开挖左侧导洞的方式贯通主洞，再分部开挖扩洞直至主洞开挖完成。

(4)后续施工。左右主洞开挖初支完成后，即进行左右主洞仰拱开挖支护回填，防水层施工及二衬砼浇筑，洞内砼路面浇筑和装饰及机电安装施工。

3 结语

牛角尖连拱隧道施工过程中面对进洞难的问题，抛弃常规的隧道爆破作业方式采取机械掘进、人工凿岩机配合进洞，避免了爆破振动可能导致坍塌的危险，成功的克服了偏压浅埋的施工难题。同时使我们清醒的认识到：

(1)针对不同的连拱隧道要根据现场实际地形地质情况制定合理的施工技术方案，确保安全、工程质量的情况下合理的加快施工进度。

(2)今后爆破作业，可能离建筑物越来越近，如何运用科学的手段，既保障爆破作业的正常施工，又能保障周边人员的安全，也不造成附近结构物的损坏，这将值得我们去研究和深思。

参考文献

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关键词 ： 浅埋 三台阶 七步开挖

中图分类号：U45文献标识码： A

1．前言

大断面软岩隧道施工中，传统的施工方法有双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，这些施工方法进度慢、功效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工机械的使用，基本靠人工开挖、速度慢，难以满足快速施工要求；拆除临时支护时，初期支护会因为突然卸载而出现大的变形，存在安全风险；各分部开挖面循环衔接性差，相互干扰大，施工质量得不到充分的保证；临时支护反复拆除，成本投入大等。而目前国内大断面软岩隧道施工中，往往会面临以下问题：对工期紧迫性的要求，需组织快速施工；工程水文地质复杂，可变性大，须选择一种能适应地质变化而迅速过渡的施工方法；能较大限度的发挥大型施工机械的优势，以求最佳的施工进度。

2．工程概况

陈家店隧道位于大连市保税区亮甲店街道办事处陈家店村境内，为低山丘陵，小里程进口处地势较平缓，自然边坡6o～10o，大里程出口地势较陡，山体自然边坡25o～35o，起伏较大。工点区多辟为耕地，冲沟发育，地表局部基岩裸漏，沿线暖湿多雨，水量充沛，水力资源丰富。沿线河流较多，辽南主要河流有青云河、登沙河等，均单独入黄海，受季节性控制，平时河水流量不大，雨季流量较大。

隧道起讫里程为DIK51+660-DIK53+160，全长1500米，进口段有280米明洞，为双线直线隧道，最大埋深为26米，最小埋深5米，属浅埋隧道。其中Ⅴ级围岩988米，Ⅳ级围岩407米，Ⅲ级围岩105米，隧道开挖断面为135～140m2。因该隧道围岩等级基本为Ⅳ、Ⅴ级围岩，岩层较为破碎，埋深较浅，为保证施工安全，采用三台阶七步开挖法施工，每个部位开挖循环进尺控制在2榀钢架间距，即1.2米。

3．施工工艺

3.1工艺流程

先对开挖轮廓线进行准确的放样施作超前支护上部弧形导坑开挖，施作超前支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数左右侧错开挖阶，施作初期支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数左右错开开挖下阶，施作初期支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数开挖上、中、下台阶预留核心土分段开挖隧底，施作初期支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数施作仰拱施作仰拱填充。

3.2施工步骤及工序

第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为隧道开挖宽度的1/3。开挖循环进尺为1.2米，开挖后立即初喷5cm混凝土。为保证施工安全，上部弧形导坑开挖的矢跨比设定为0.35（即上台阶开挖高度为2.8米，宽度为8米），预留的核心土顶面距拱顶1.8米，以利于钢拱架的架设。导坑开挖后立即进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第2、3步，左、右侧阶开挖：开挖循环进尺为1.2米，开挖高度为3米，左、右侧台阶错开3米，开挖后立即初喷5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第4、5步，左、右侧下台阶开挖：开挖循环进尺为1.2米，开挖高度为3.5米，左、右侧台阶错开3米，开挖后立即初喷5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第6步，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺一致。

第7步，隧底开挖：每循环开挖长度为3米，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度为6米。

4．施工控制要点

（1）将超前地质预报纳入施工工序，并根据水文地质变化情况，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，保证隧道开挖安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳能性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。

（2）充分利用隧道各工作面，做到全员全过程要素配置充足，尽可能多工序平行作业，以上导作业为控制开挖循环时间关键工序线路，一切以保证上导坑作业为中心，尽一切可能保证上导坑连续作业，尽量把上导坑部分工序移到中、下导坑工作面完成，减少循环关键工序上导坑的作业时间。

（3）优化工序，为提高施工效率，在保证安全的前提下，上、中、下三台阶宜同时开挖，形成分部平行开挖，平行施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时闭合构成稳固的支护体系。开挖时每台阶长度控制在3～5米范围内，严禁左右侧对称开挖，左右侧错开量不少于3榀钢拱架间距，有受偏压侧先行。

5．结语

（1）采用三台阶七步法开挖，施工空间大，可引入大型施工机械，多作业面平行施工，功效高；部分软岩地段或土质可采用挖掘机直接开挖，减小对围岩的扰动。由于工序简单，各部位开挖及初支较容易控制，降低了施工难度。

（2）能适应不同跨度和多种断面形式，在地质结构复杂多变、软、硬围岩相间的隧道施工中，便于灵活、及时的转换施工工序，调整施工方法。

（3）硬岩隧道爆破施工可分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，既减少了对围岩的扰动，又充分利用了时间空间，还增加了爆破临空面，降低了炸药消耗。

（4）由于工序少，工序间的距离减小，故能尽早使初支封闭成环，发挥支护效应，控制围岩及支护变形；混凝土仰拱可提前施作，不仅便于初期支护及早闭合成环承载，而且改善了洞内作业和运输环境。

（5）安全性较好，上部开挖在超前支护的保护下进行，核心土及下部开挖在拱部初期支护的保护下进行，同时由于采用短进尺，且机械设备的利用使开挖进度加快，围岩暴露时间短，松弛变形能得到及时有效的控制，预留核心土能保证掌子面稳定，可有效的防止围岩坍塌。

参考文献：

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【关键词】深基坑 既有盾构区间 三维数值分析

一、引言

随着城市轨道交通网络的迅速发展，较多的基坑工程会不可避免地在地铁结构沿线进行施工，而基坑施工是一项很复杂的工程，它会引起周围地层初始应力发生改变，进而导致紧邻的地铁结构受力和变形发生改变。【1】而地铁车站和区间隧道结构是对变形要求极为严格的地下结构物。深基坑紧邻既有地铁盾构区间是一项难度较高的工程，为减少基坑施工对已成型的地铁盾构隧道的影响，确保既有隧道的安全，本文以杭州某深基坑南侧紧邻已经建成的地铁1号线盾构隧道作为背景，采用有限元软件建立三维数值分析模型，对基坑施工的全过程进行动态模拟。研究深基坑工程施工对紧邻地铁盾构隧道的影响，探讨深基坑开挖对紧邻地铁盾构隧道影响的控制措施，可为类似工程提供一定的借鉴意义。

二、工程概况

杭州某深基坑工程呈长条形，平面尺寸约为251×75m，基坑的开挖深度为12.56m，局部电梯井深坑来挖深度为15.06m。基坑南侧为地铁1号线已经建成但尚未运营的地铁盾构隧道，基坑围护结构内边线距离盾构隧道管片外皮的距离为8.25m。，区间盾构线与基坑的位置关系详见图1，

场地地层的主要物理参数见表1所示。

三、有限元模拟分析

3.1 三维模型建立及内容

盾构隧道的变形要求极其严格，结构绝对最大位移不能超过20mm，变形曲线的曲率半径不小于15000m，相对弯曲不大于1/2500。为保护地铁盾构隧道的安全，选取深基坑、相邻隧道、隧道周边土体进行数值计算。深基坑宽72米，长248米，盾构区间隧道距离深基坑外边4.18米，盾构隧道外径为3.1米，两盾构隧道中心间距为15米。

采用空间数值模型，土体采用弹塑性三维元模型，屈服准则为Mohr-Coulomb；基坑围护墙、车站主体等采取板壳单元模型模拟，混凝土支撑、格构柱、盾构隧道等采取梁柱单元模型模拟，采用线弹性屈服准则【2】。模型底部施加横向及竖向约束，两侧施加横向约束，约束尽量符合真实受力情况。接地弹簧采用受压弹簧。本计算模型地下水位取为地面下0.5m。本计算模型未考虑坑外降水作用。主要计算围护结构的位移及内力、控制中心基坑开挖对相邻盾构区间的影响即产生的附加弯矩及位移。【3】

3.2计算结果及分析

（1）基坑开挖变形

本基坑平面尺寸较大，混凝土支撑受温度变形影响较大，基坑开挖采用增量法进行分析，开挖完成后基坑位移变形如图3所示。

计算结果表明：考虑支撑温度影响后围护墙体最大位移值发生在基坑变形中，约为30毫米。可考虑适当采用坑外降水减少土体压力以控制变形。

（2）基坑开挖围护结构内力分析

基坑开挖使围护结构地下连续墙产生内力，基坑较大，空间效应明显，以下为计算两个方向的弯矩值，如图4、图5所示：

从上述图中可以看出在支撑处地下连续墙内的应力较大，存在应力集中的情况。空间模型与常规的平面计算模型不同，弯矩值在墙体横向、竖向都各处不等，云图状分布。围护墙正、负最大弯矩绝对值在900～2300KNm左右。平面计算模型中基坑变形较小，为22mm，弯矩较小，800～1900KN。平面模型中将间距7～8米的钢筋混凝土支撑简化成每米的支撑刚度进行计算，假设了地下连续墙在横向的变形都相等，而实际上地下连续墙横向变形不等，在有支撑处地下连续墙变形较小，在无支撑处变形较大。空间模型较真实地反映了围护体系的工作受力情况。

由图7可看出，在临近地下连续墙处混凝土支撑轴力较大，最大标准值约3800KN。

（3）深基坑开挖对盾构区间的影响

由于相邻隧道左线及右线与深基坑净距较小，基坑开挖对盾构区间隧道存在较大影响。如图8和图9：

盾构隧道随基坑开挖产生纵向变形，侧壁最大位移约18mm。隧道收敛发生变化，约0.0185-0.015=0.0028m=2.8mm。

因此按照目前盾构隧道周围土体未加固的情况下，深基坑开挖不能满足地铁运营要求。但尚可以满足未运营隧道的要求：任意点的附加位移和沉降≤20mm。同时，基坑开挖对盾构隧道产生了附加弯矩，最大附加弯矩为52KNm。如图10和图11所示：

基坑开挖对隧道影响评估及建议：深基坑开挖对盾构隧道影响较大，应在基坑开挖时对盾构隧道进行监控量测，根据监控量测情况进行开挖施工。根据监测情况及隧道的现状情况，建议根据监控量测情况，在位移较大的部位采用八点预应力支撑进行隧道内支撑。支撑系统采用图12所示，支撑布置位置采取图13所示。

支撑每5环设置一道，西侧30环范围内共设6环。东侧15米范围内，共设3道。根据监测情况有可能增加设置。同时建议对隧道进行二次注浆。隔一环注一环，对隧道进行保护。同时根据监测情况补充注浆措施。

四、结论

1、深基坑开挖对相邻地铁车站及区间产生一定的影响，应根据监测情况实时跟进，尤其对地铁区间盾构隧道应进行重点保护，严格控制隧道变形及收敛值。临近隧道处的基坑开挖变形控制为本工程的重点及难点。

2、地铁运营时间对控制中心基坑施工起到控制作用。建议基坑赶在地铁运营之前尽快施工。

3、建议适当增加坑外降水减少基坑变形。工期安排上提前施工盾构隧道两侧基坑，尽快施工完主体结构，缩短基坑暴露时间，尽量减少基坑变形。建议基坑开挖前即对盾构隧道进行洞内二次注浆

4、建议在平面计算模型的基础上适当加大配筋量，考虑钢筋混凝土支撑的空间影响。建议根据监控量测情况对盾构隧道内增设预应力内支撑。

参考文献：

【1】包鹤立等.深基坑开挖对相邻已建地铁车站的影响分析.现代隧道技术.2007年增刊

篇10

关键词：隧道工程施工要点

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

近年来，我国公路建设取得了很大成就，为经济社会的发展做出了贡献，公路建设工程一直处于增长中，隧道工程是公路建设中的难点工程，它具有隐蔽性的特点，在隧道工程设计之初虽然进行地质、水文等情况的勘察，但是很难完全掌握这些情况。公路隧道工程与其他隧道工程也有所不同，其开挖面积大, 深度大,对一些客观存在的因素只能在施工过程中采取有针对性的措施，所以塌方、淋水等事故时有发生。如果勘测、设计估计不足或是施工时有些注意事项没有做好可能影响隧道的安全性，也无法使工程正常进行下去。所以，进行隧道施工时,要了解施工要点，针对每个要点严格控制质量, 加强管理，确保安全，以下将解析公路隧道工程施工要点。

一、公路隧道施工的基本特征

公路隧道施工不同于路基、桥涵的施工，有许多很难掌握的水文、地质情况，涉及的细节也不同，其施工有以下特点：

1、隧道工程施工有很强的隐蔽性。公路隧道施工中的隐蔽工程很多，大多数的工程都是在隐蔽的环境下进行。

2、设计方案与实际施工差异性大。隧道设计时会勘探地质情况，但是由于其隐蔽性强，开挖隧道内的地质条件千变万化，初始的设计文件可能不符合施工需要，施工设计方案必须随着围岩的实际状况作出变更或修改。

3、高度的施工安全要求。隧道的施工要求高于路基和桥梁工程，隧道施工均在洞内进行，自然环境十分多变，施工危险程度随着洞身的延长不断增加，许多危险源是不可预见的，如：瓦斯、溶洞、涌水、暗河、松散堆积层等，因此，隧道施工必须更加细致、更加严格。

4、隧道施工作业面少，工序环环相扣，施工作业要求高效、连续，因此对组织管理水平的要求很高。

5、隧道工程质量监控难度大。隧道施工工程质量是否优良不能仅从外观或有无渗漏水来判断，因其隐蔽性施工过程还容易偷工减料，监控起来非常困难。

6、技术要求高、投资大。隧道工程的施工有很多技术性难点，施工人员必须有很强的专业性。此外隧道施工有许多辅助设施，每个隧道需投入200万～400万元，因此要绝对保证质量，保证投资回报。

二、公路隧道施工要点

隧道工程的大致施工流程是：施工准备洞口防排水施工明洞开挖防护洞身掘进二次衬砌洞内路面面层墙面瓷砖、拱部内墙喷涂、电器安装，最后是竣工验收。

1、洞口施工

洞口施工是机械化作业，有多种方法，根据不同的施工部位采用不同的方法，石方爆破用浅眼台阶爆破法，底部和边坡爆破用小炮。洞口施工也包括明洞洞口施工，拉槽开挖前要考察路基，整理水文资料、制定防水、防水措施，做好排水工作。

2、洞身开挖

洞身开挖方法有多种选择，但是要依据尽量利用围岩自承能力的原则进行开挖，主要有全断面法、台阶法、环型留核心土法。还要选择合适的爆破方法，正确炸药用量，进行试爆破时，要注意观察围岩，根据其扰动程度设计合理参数。Ⅴ级围岩可以采用留核心土分部开挖法。要注意施工工序，先进行管棚超前支护，然后进行上部环形部开挖，接着进行核心土开挖，最后进行下部开挖。开挖完成后要喷射混凝土封闭围岩，这时还要注意质量检查、强度检查，保证每一施工环节的安全可靠，分层喷射混凝土直至设计厚度。Ⅳ级围岩采用上半断面长台阶法，施工过程中视实际情况进行一定调整。

3、防排水层施工

防水工程：事先割除外露的锚杆，初期支护的平整程度要达到用2m直尺测量超过90％在5cm。设置隧道专用防卷材，原衬砌层与防水卷材之间要设置土工布。

排水工程：CPE防水板的安装必须采用热熔焊接法，且其抗拉强度不能低于母材。此外，搭接宽度大于lOcm。淋水程度大的层段组合使用排水板、防水板、YAS排水半管，这样能达到更好的防水、排水效果。YAS半管处须沿洞身环向打眼以实现集中排水。

4、隧道二次衬砌

二次衬砌既满足内在质量，又要保证外观质量，为了保证二次衬砌的质量，衬砌台车的尺寸要符合设计要求。为了防止因施工不当等因素导致局部防水失败，二次衬砌要做成自防水砼结构，最好采用低碱性膨胀水泥砼。此外，围岩条件差的地段要增加参照明洞的受力钢筋进行加密。

三、公路隧道施工的质量控制措施

1、公路隧道开挖质量控制

公路隧道与其他隧道相比断面较大，开挖断面的尺寸一定要特别注意。在围岩松软且地层压力较大的情况下，隧道开挖对围岩的扰动大，围岩会发生较大变形，产生围岩块体的不利切割，所以要保证足够的预留变形量及支撑沉落量。公路隧道通常采用扁平断面型式以防止净空不够。为保证开挖质量必须根据围岩类型选择合适的开挖方法、施工工艺，使得拱顶围岩处于良好的应力状态。

2、隧道支护质量控制

隧道开挖后要及时支护。进行喷射混凝土的质量检验、强度检验。锚喷支护的强度检验时进行劈裂法测试，另外要注意检验安装质量、混凝土的原材料质量。锚杆加工质量的检验包括抗拉强度、弹性、延展性等的检测。锚杆拉拔力测试通过千斤顶加载测试，注浆饱满程度、杆长可通过超声检测仪检测。

3、隧道防水系统质量控制

防水系统质量检测其材料检测非常重要，包括长度、宽度、厚度检测，当今，高分子防水卷材防水层有耐老化、耐酸碱、寿命长的优点而受到公路隧道防水、排水系统施工的最佳选择。

4、隧道衬砌质量控制

隧道施工中围岩很容易松动，常常导致二次衬砌产生裂缝，所以要采用塞尺或刻度放大镜观测其深度及宽度，还可以用超声波或雷达探测技术进行更加精确的检测。

四、结语

随着社会经济的日益发展，公路隧道工程的需求量越来越大，一些新的技术也不断出现，但是隧道施工依然是路桥建设的难点，隧道施工对安全程度、地质、水文等要素要求很高，其特点是隧道施工比其他工程控制起来也难得多。公路隧道断面大，运营环境要求高，隐蔽性强，投资大，附属设施多，从开始的原材料配比、人员设备、施工方案的审查和确认到施工过程中洞口施工、洞身开挖、防水排水系统、二次衬砌都需要严格控制质量，遇到问题及时处理。了解隧道施工的要点以后，才能针对这些要点制定措施，预防可能出现的事故，保证隧道施工的安全和质量。

参考文献：

[1]田辰光.公路隧道施工要点解析.城市建设理论研究（电子版）,2012（24）.

[2]贺敏.论公路隧道工程施工要点. 城市建设理论研究（电子版）,2012(7).

[3]卢媛媛.论公路隧道工程施工要点.山西建筑,2012，38 (7).