浅埋软岩公路隧道开挖施工技术优化措施

浅埋软岩公路隧道开挖施工技术优化措施

杜郭栋 杜令钊

中国水利水电第四工程局有限公司 青海省西宁市 810000

摘要：公路工程项目中，隧道是通过特殊地形的重要结构形式，但受围岩特性等方面的影响，易在施工期间出现质量问题。鉴于此，需以公路隧道围岩的实际情况为立足点，梳理施工流程，合理应用施工技术，兼顾安全、质量、效益等多重要求。

关键词：浅埋软岩；公路隧道；开挖

前言

众所周知，公路隧道施工工艺流程复杂、施工环境独特，在施工过程中经常会出现诸多困难与问题，不利于工程项目质量的提升，存在许多潜在的隐患与风险。隧道工程施工的质量控制重点，在于开挖及支护阶段，施工遵循的基本原则是“少扰动、早喷锚、勤测量、早封闭”。隧道施工具有一定的复杂性，除隧道洞口为明挖之外，洞身内部均为暗挖，增加了施工难度，很容易诱发安全事故。基于此，本文结合工程实例，对公路隧道开挖支护技术进行探讨。

1公路隧道施工特点

1.1不可预见性

公路隧道施工的不可预见性，主要因为其施工流程较为复杂，在具体的施工过程中，相关技术人员不具备先进的勘探手段，难以全面且准确地把握工程所在地的地质条件。因此，难以预见泥石流、地下水、山体滑坡以及围岩变化等自然灾害的发生，加大了公路隧道施工的难度。

1.2显著时效性

在具体的公路隧道施工中，所面临的环境和状况复杂且多变，尤其是围岩的变化情况。因此，在公路隧道竣工后，必须做出相应的防护措施，增强公路隧道项目的安全性与可靠性。

1.3环境复杂性

在当前的公路隧道施工过程中，由于施工技术限制，施工人员不能完全掌握具体施工情况，可能会发生地质变化，导致塌方事故发生。由于公路隧道工程项目，一般处于半封闭式的状态中，通风效果难以得到保证，加强了施工环境的复杂性。

2工程概况

某高速公路是区域内的重要沟通“渠道”，是其高速公路系统中不可或缺的部分。沿线地形地势复杂，桥隧比较高，隧道施工期间常遇到浅埋软弱围岩，开挖等环节的施工难度较大。3不良地质

2.1岩溶

（1）分布区域。本项目沿线的碳酸盐地层较为丰富，经钻探后采集资料，确定岩溶的主要分布范围以及具体情况。

（2）岩溶对公路建设的影响。对于存在溶蚀裂隙的斜坡，该处的岩石稳定性欠佳，存在较大规模的危岩体，受施工的扰动性影响，容易导致该处发生滑塌等事故，安全隐患多。在岩溶发育处施工时易受到地表水和地下水的影响，岩溶塌陷的覆盖范围逐步扩宽，隧道的涌水突泥发生概率较高。

2.2特殊性岩土

以软土为主，具体包含淤泥和淤泥质土两类，厚度较小，便于处理，因此不会对正常施工造成过多的干扰。

3浅埋软岩公路隧道的开挖工艺

隧道采取的是进出口对向施工的方式，共形成12个作业面；在隧道工程中依然采取相同的施工方式，作业面数量为4个。基于明挖法展开隧道明洞的施工作业，基于新奥法完成暗洞部分的施工。软弱围岩地质条件特殊，应减小开挖进尺和加强测量与控制。两隧道的正洞左右线进出口均存在一定程度的V级围岩浅埋偏压断和断层破碎带，以实际地质情况为立足点，开挖环节的可选对象有CD（CenterDiaphragm，中隔壁）法和核心土法；V级围岩浅埋段可选方法为三台阶法和核心土法；Ⅲ级围岩为两台阶法。遇地质条件欠佳的施工段时，以机械开挖的方式为主，特殊区域可采取小规模的浅眼松动爆破方式。洞身段分布较多的Ⅲ、IV级围岩，该部分以光面弱爆破技术较合适，随开挖作业的推进，期间及时采取支护措施，营造安全的施工环境。

3.1三台阶开挖

（1）上台阶开挖。完成拱部超前支护作业后组织开挖作业，以隧道开挖轮廓线为基准，按环向开挖的方式操作，从而形成上台阶。支护采用钢架结构，根据不同地质条件调整数量，Ⅴ级围岩1榀、Ⅳ级围岩2榀；布设锁脚锚管和系统锚杆，拌制混凝土并喷射到位。（2）中台阶开挖。每循环2榀钢架，开挖成型后随即初喷混凝土，形成3～5cm的混凝土层，再架设钢架；布设锁脚锚管和系统锚杆，拌制混凝土并喷射到位。（3）下台阶开挖。此环节施工方式与中台阶相同，此处不再赘述。（4）隧道仰拱开挖。以围岩实际情况合理调整方法，围岩稳定性较好时可采取仰拱和下台阶同步开挖的方式；遇较为松散的围岩时，出于安全层面的考虑需单独开挖。

3.2三台阶法

（1）开挖作业以弱爆破的方式为宜，为确保施工安全，需严格控制炮眼深度和装药量。（2）对于存在超前支护的情况，应利用先前架立的钢架施作，再组织开挖。（3）适时应用锁脚小导管，目的在于维持下台阶的稳定性。（4）台阶开挖期间，单次作业长度以8～10m为宜，随开挖作业的持续推进，待第3步台阶开挖后及时跟进仰拱。（5）施工期间的细节较多，应当加强检测，根据所得数据判断施工情况，明确洞身是否具有稳定性，给支护参数的优化提供参考依据。（6）临时仰拱应设置到位，以达到提高稳定性的效果，必要时可增设钢架，加强防护。

4 FLAC3D数值模拟的方法

4.1模型建立

鉴于隧道出口V级围岩浅埋段施工条件较为特殊的情况，将该处作为模拟对象。此处仅考虑二次衬砌的工艺参数，以此为基础创建支护结构的模型。为减小其他因素的干扰，对钢筋混凝土结构做出简化操作，将其视为具有均质等厚特点的环形结构，模型总长25m。创建摩尔-库伦模型，横断面为放射状网格，数量约700个，纵向25个网格，总单元量为17500个。

4.2模拟方法

以二次衬砌的参数为准，展开关于支护结构的建模工作，暂未考虑其他方面的影响，以便于模拟及分析。在开挖作业的扰动性影响下，围岩存在变形现象，此处重点考虑的是拱顶和仰拱两部分，分析各自的位移量。每完成一次开挖后随即布设位移测点。

5数值模拟结果及具体分析

5.1模拟结果

以三台阶法和CD法为浅埋软岩开挖的主要施工工艺，确定各方法下各监控点的竖向位移量。结合表中内容展开分析：无论采取何种方法，拱顶沉降最大值的发生区域均一致，即监测点1处，具体情况为三台阶法15.60mm、CD法10.40mm，前者更大；从仰拱隆起最大值的角度来看也具有一致性，即监测点8处，各自的结果为三台阶法18.30mm、CD法12.90mm，前者更大。

5.2结果分析及方法选择

（1）在某特定的横断面中，两种方法开挖后产生的仰拱隆起量均较大（相较于拱顶沉降）。通过与浅埋软岩隧道支护应用特点的对比分析可知，具有一致性，即符合支护结构的变形规律。（2）取先开挖区和新挖区两个区域并分别确定各自的位移量，由此求得差值。可以发现：在应用CD法时该差值较小，而三台阶法所产生的差值较大，意味着CD法开挖后并不会对围岩造成过多的影响，围岩可维持较稳定的状态，且支护结构长期处于相对稳定的状态，虽然后期存在变形但幅度较小。（3）结合位移云图展开关于围岩位移衰减的分析，可知CD法所产生的衰减速度较快，围岩的后期稳定性表现较佳。（4）在相同监测点处，应用CD法后支护结构虽然存在竖向位移但较微弱，而三台阶法则更为明显，意味着CD法开挖所造成的扰动性影响较小，更有利于维持支护结构的稳定性。（5）经上述多角度的对比分析后可知，CD法更具可行性，经开挖后支护结构和围岩的稳定性较佳。

结束语

综上所述，公路隧道施工是一项系统性与复杂性并存的工程项目，基于公路隧道施工本身特殊性，对施工技术和质量控制提出了更高的要求。本文结合工程案例，对公路隧道的开挖及支护施工过程进行了相关研究，由此可知，在具体的施工过程中，为了提升公路隧道施工的质量和效率，必须依据设计要求，保障施工技术的可行性，加强施工质量控制，进而保障公路隧道施工的有序推进。

参考文献：

[1]胡添强.公路长隧道施工开挖和支护难点及措施[J].四川建材,2020(08).

[2]王玉瑞.公路隧道施工技术及质量控制措施[J].工程建设与设计,2019(15).

作者简介：

姓名：杜郭栋 ；出生年份：1992年5月5日；性别：男；民族：汉；

籍贯：甘肃定西 ； 主要从事：水电站、公路、高铁、新能源、水环境治理等方面施工技术管理，重点对隧道开挖以及公路路基施工方面进行研究。