特殊地段的隧道开挖施工技术分析张磊

特殊地段的隧道开挖施工技术分析张磊

张磊

山东同舟工程咨询有限公司山东烟台264003

摘要：在隧道开挖的过程中，必须要考虑到开挖的地质情况，特殊地段的隧道开挖一定要注重开挖的质量，因为开挖的条件比较恶劣，开挖技术必须要应用得当。本文主要探讨了特殊地段的隧道开挖的施工技术方法，明确了在施工的过程中如何采取更为合适的施工技术手段，提出了施工质量控制的措施，以供参考。

关键词：特殊地段；隧道开挖；施工技术

1隧道施工主要的施工技术种类

公路建设是我国经济经济腾飞的重要保障，只有建成遍及全国各地的发达的系统性公路交通网络，才能进一步促进我国各地区的改革开放、经济发展。而我国地域宽广，山地、丘陵、河流等复杂地形分布较多，对公路建设提出了很大挑战。过去的劈山开道，见河架桥等既破坏环境又影响水路交通的简单思路已不适应如今的发展要求。现阶段，在山区、河流地区，通常选用开挖公路隧道的途径穿越山体或水体。这对于公路隧道开发的技术水平提出了更高的要求。

1.1盾构法

盾构法是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。其的主要优点有：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少噪声和振动对附近居民的影响。

1.2新奥法

新奥法充分利用了围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形。

1.3浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是一项边开挖边浇筑的隧道施工技术，其突出优势为不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

2隧道施工中的主要问题

对隧道施工中出现的难点进行汇总，分析施工中遇到的问题，避免隧道施工影响工程建设。

2.1隧道施工的稳定问题

稳定问题是隧道施工技术中最为关键的环节，在工程修建中，处理稳定问题的技术难度最大，例如：隧道跨越式处理不稳定、爆破不稳定、加固结构不稳定等，都会导致隧道施工搁置，因此必须对隧道中的稳定问题，实行技术优化处理，加强隧道稳定。

2.2隧道内的岩体问题

隧道内的岩体处于整体的状态，由于隧道开挖有可能造成岩土坍塌、掉落，形成岩体断层，如果岩体出现的断层较大，有可能会导致工程瘫痪，不能正常施工，因此在处理岩体问题时，必须综合考虑施工技术的涉及范围，既要避免发生

3特殊地段的隧道开挖施工技术

本文以某隧道工程为例，隧道全长1．7公里，地质条件非常复杂，围岩破碎，渗水量较大，隧道工程需要穿过将近0．6公里的断层以及0．3公里的浅埋层，经测定，隧道工程的围岩等级为:Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

3.1超前支护法

隧道工程中，初期支护体系作用是承担隧道工程的围岩压力，在充分考虑隧道工程的受力特点、地质条件、围岩等级、断面结构等因素，并参考同类工程的施工经验，确定初期支护包括超前锚杆、超前管棚和超前小导管预注浆。

3.1.1超前锚杆

一般情况下，需要根据开挖循环次数、钻孔机械类型、锚杆拉拔试验强度以及隧道工程地质条件等因素，来确定超前锚杆的长度，本工程中，将锚杆长度设定为4.5m，锚杆倾角设定为10°，超前锚杆包括两种不同的形式，即钢架支撑超前锚杆和悬吊式超前锚杆。

（1）悬吊式超前锚杆，沿开挖轮廓线方向，将悬吊式超前锚杆的前端固定在稳定的岩层中，超前锚杆的末端支撑在径向悬吊锚杆上，其主要作用是对拱部上方进行支撑，确保爆破作业之后的相应时间内，围岩不会出现松弛坍塌现象。

（2）钢架支撑超前锚杆，这种超前锚杆形式的前端需要固定到稳定的岩层中，末端应该连接到钢架上。常用的钢架结构分为两种，即格栅拱架和钢拱架，其中，格栅拱架主要采用焊接的方式制作而成的，而钢拱架则以型钢冷弯的方式制作而成的，型钢材料多为16号工字钢。

3.1.2超前管棚

根据钢管的长度进行划分，可以将管棚分为小管棚和大管棚两种形式。

（1）小管棚法。这种施工方法所用到的钢管的直径在50毫米以内，钢管的长度最大为5米。沿开挖轮廓线的外边缘走向，按照规定的仰角布置钢管，对于砂砾石或者粉细砂为主的地层来说，由于缺少相应的粘聚力，且松散无自稳，可以将仰角设定在5°～10°的范围内。通常情况下，从拱顶开始布置，一直布置到管脚，钢管的间距由小变大，打孔时，让孔径比管径大4～5毫米左右。在钢管壁的四周设置一定数量的压降孔，孔径不得超过1公分，根据实际工程的需求，可以采用不同的方式来提高钢管的强度，比如灌注混凝土或者放置钢筋并灌注混凝土等。

（2）大管棚法。其施工原理与小管棚法类似，是在小管棚法的基础上，进一步拓展而来的。大管棚法的钢管直径在50毫米到150毫米之间，钢管长度约为10米到25米，钢管壁厚不超过6毫米。大管棚法的循环长度需要按照实际工程要求进行设定，一般控制在30米以内。管棚法施工中，由于钢管长度和直径等指标的差别，应该根据工程规模和断面结构，选择合适的管棚法。管棚施工注浆结束之后，需要根据注浆材料确定开挖时间，若选择水玻璃和水泥双液浆，可以在3个小时以后进行开挖作业。

3.1.3超前小导管预注浆

小导管预注浆法需要将钢管前端改变为尖楔形状，钢管前端的一定范围内，设置相应数量的注浆孔，孔径不超过6毫米，平面布局为梅花型。沿开挖轮廓线，按照规定的外插角进行钻孔作业，同时，将小导管打入孔洞中，再将水泥砂浆注入到小导管中，确保围岩的空隙全部填充，等到水泥砂浆固结之后，小导管注浆法施工结束，这种方法适用于软弱围岩浅埋地段、断层破碎带、砂卵石层、自稳性差的砂层等。小导管以热轧钢管为主，钢管直径不大于40毫米，钢管长度约为4米，钢管壁厚为3.5毫米，小导管的搭接长度控制在1米左右。

3.2超前灌浆法

对于松散地层来说，常采用注浆加固的方法，将底层固结成一个统一的整体，再进行开挖作业。由于地层的构成不同，需要采用不同的注浆材料，在粗砂、且存在侵蚀性水的地层中，主要采用水泥砂浆作为注浆材料；在细砂、粉砂或者存在侵蚀性水的地层中，多以化学浆液为主要注浆材料。此外，确定洞内注浆段长度时，应该充分考虑机械设备、注浆要求、地质条件等因素，通常将注浆段长度设3.3爆破设计

结合围岩等级和地质条件等因素，确定采用上下台阶光面爆破和全断面光面爆破方案，以“短进尺，弱爆破”为施工标准，合理设定炮孔深度，本工程的围岩以强风化砂砾岩为主，故将光面爆破施工方法应用于墙部和拱部，并将综合微震控制爆破技术应用于掏槽，最大限度的控制爆破施工对围岩结构强度的破坏，保证围岩的稳定性，进而控制隧道开挖的轮廓。

（1）爆破方案

根据隧道工程的围岩状况来确定爆破方案。

（2）爆破施工

本工程围岩松动变形比较大、变形速度快，按照围岩松动的塌落拱理论，暗挖区间隧道爆破以全断面法和台阶法为主，围岩较差的地段则主要采用分步开挖法，以减小围岩变形，降低支护难度。

结束语

综上所述，只有进一步明确了特殊地段的隧道开挖的技术方法，才能够真正有效提升技术开挖的水平，同时，对特殊地段的隧道开挖的质量管理和控制方法也要进行深入研究，才能够提升整个工程的质量。

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