路桥隧道工程开挖支护的施工要点解析刘成龙

路桥隧道工程开挖支护的施工要点解析刘成龙

刘成龙华福宾

中交一公局海威工程建设有限公司北京市101119

摘要：隧道施工过程中，如何选择合适的开挖与支护施工技术是防止冒顶和确保安全施工的前提，笔者结合最近参与的浅埋段隧道的开挖与支护施工，较为详细的阐述了浅埋段隧道开挖与支护控制关键技术，为同类浅埋段隧道开挖与支护施工提供参考借鉴。

关键词：路桥隧道；开挖支护；施工要点

引言

中国路桥隧道工程建设的进程越来越快，为了避免大规模建设带来的破坏，合理运用路桥隧道工程隧道开挖与支护中各项技术指标是路桥建设可持续发展，更好地构建和谐交通的基础。

一、隧道开挖

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的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法和掘进方式时，一方面应考虑隧道围岩地质条件及其变化情况，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的方法和方式。

隧道开挖方法实际上是指开挖成形方法。按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、留核心土台阶开挖法、分部开挖法等。台阶开挖法，一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型，也有采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。台阶法适用于III，IV级围岩且含软弱夹层带或节理发育地段。根据围岩的破碎程度，台阶法又可分为长台阶法、短台阶法、超短台阶法。由台阶法变化而来，上台阶超前倍洞跨，主要应用在采用短台阶法开挖遇到土质、涌水、掌子面坍塌等段落。特点是施工调整不大，在遇到短距离围岩变化时可优先采用，能较快提高施工的安全性，但工序增多，进尺较短（一般不超过1m）。分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故可称为导坑超前开挖法。常用的有上下导坑超前开挖法、上导坑超前开挖法、单（双）侧壁导坑超前开挖法等。

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。

二、路桥隧道工程开挖支护的施工要点

1、钢架及大拱脚钢架施工要点分析

（1）钢架施工。钢架在加工厂下料分节焊接制作，保证每节的弧度与尺寸符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接。钢架安装应严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵入衬砌净空，钢架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实，保证支护与围岩密贴，控制围岩变形，两排钢架间用纵向连接钢筋连接，连接钢筋环向间距1m，以形成整体受力结构。（2）大拱脚钢架设计施工分析。围岩破碎自稳性差采取正台阶施工时，为确保开挖下台阶时上台阶结构稳定，在上台阶拱脚处设置大拱脚，大拱脚高1m，宽0.5m。大拱脚钢架施工是在上台阶开挖后，采用风镐人工修凿扩大拱脚，支立加工好的拱架后，喷射初期支护混凝土。大拱脚施工，任何一种支护措施都有其适用范围，大拱脚钢架支护形式主要适用于黄土等自稳性较好地质，正台阶法开挖施工。对薄层页岩等地质该法适用性较差，因上台阶开挖后修凿扩大拱脚需要一定时间，围岩开挖后不能及时支护，有可能造成围岩失稳坍塌。但隧道设计中，为加强软弱围岩支护措施，往往直接套用该措施，既不便于施工，又浪费材料，同时带来了更大的施工安全风险，故该法应谨慎采用。

2、钢支撑

利用支撑结构自身的刚度来稳定岩土体的方式是钢支撑，可以达到控制岩土体的变形的目的，在工作面开挖完成以后一般应该立刻按照设计间距安装钢支撑，这样能够将它的作用充分的发挥出来，起到稳定岩土体的作用。在岩土体自身稳定性极差的地层通常会使用钢支撑，钢支撑一般有两种形式：钢筋制作的格栅钢架结构和型钢制作的工字钢支撑。为了确保保岩土体的稳定，喷射混凝土、锚杆、钢筋网经常与钢支撑混合使用。

3、隧道混凝土喷射支护施工技术

在开展隧道工程的开挖支护时，喷射混凝土是一种支护技术，也是最关键的一个环节。隧道开挖后应该及时采取混凝土对已经开挖的层面进行喷射，喷射的时候主要借助喷射机，然后按照分层喷射的方法，喷射之后还要及时展开养护。某些施工单位为了减少工作量和节约成本，往往会选择在喷射混凝土前在部分较大的轮廓面填充石棉板、木板等材料，然后再采取混凝土进行喷射，这样虽然节约了混凝土材料，但是极有可能在初期支护过程当中，以及岩层内出现空腔，导致整个隧道工程的施工以及后期的应用存在较大的安全隐患，因此，在开展喷射混凝土支护技术的时候，要确保隧道开挖保持平整的轮廓面，即便遇到不平顺的层面，也要加强混凝土浇筑，可以积极应用多点式的浇筑，提高支护效果，保障施工安全及隧道后期应用效率。

4、隧道超前小导管开挖支护技术

采取超前小导管隧道开挖支护技术，需要在制作好导管后，将其设置在隧道拱部120°范围内，环向间距一般控制为40cm～50cm，其外倾角控制为10°～12°左右。该开挖支护施工流程主要是：布孔完成后进入钻孔环节，然后再将制作好的小导管进行安装，最后采取注浆。此时应要注意：注浆施工一定要给予高度重视，保障注浆质量，有助于提升其支护效果，通过这样的措施才能真正确保导管施工过程中不会出现任何偏差。

5、管棚超前支护

管棚施工方法主要用于岩土体的成拱效果极差的岩土体地层，这种地层由于地层自重，产生较大的岩土体侧向压力，隧道内会发生纵向的坍塌，引起前于地层自重，产生较大的岩土体侧向压力，隧道内会发生纵向的坍塌，引起前方地层的陷落。为确保进洞的安全，首先在洞口部位施工管棚，采用直径较大的钢管超前布置在开挖的外轮廓线，超前的距离较大，形成纵向钢梁的作用，可以有效的减小由于岩土体自重产生的侧向压力，稳定前方地层。

6、注浆导管超前支护

超前注浆导管在超前支护方法上其作用类似于超前锚杆，纵向支撑松散的岩体，在隧道开挖的开挖轮廓线施做，由后部的钢支撑和前方未开挖部分岩土体支撑起中间部分的岩土体，起纵向梁作用。同时由于通过对导管内注浆和砂浆锚杆注浆，浆液将进入岩土体的裂隙中，形成刚度较大的土层加固圈，提高了岩土体的稳定性。这种方法对于裂隙发育的块状岩体效果为佳，超前注浆导管的对岩土体的注浆加固作用较超前锚杆效果要突出。由于向岩土体内注入了浆液，填补了岩土体中裂隙，不但提高了岩上体的力学性能指标，同时起到了防水的作用，地下水往往会降低围岩等级，不易使岩体失稳，发生坍塌，因此，这种方法对于含水地层的支护加固效果尤其显著。

结语

隧道施工过程中，开挖方法和支护形式的选择是隧道施工中的关键技术，如何选择合理的开挖方法和支护形式是隧道工作者要考虑的首要问题。在隧道现场施工中，一般根据上部地质情况、土层覆盖厚度、结构受力特征、隧道开挖的时空效应及施工各工序间的相互影响等因素而决定施工方法，精简施工工序，提高施工效率。做为施工管理者，我们还要对经济情况和工期的影响进行分析，同时结合数值综合考虑。

参考文献：

[1]王坤.某高速公路双连拱隧道施工技术[J].石家庄铁道大学学报，2016.

[2]郝海龙.关于隧道开挖支护施工技术的运用研究[J].山西建筑.2017（03）.