小断面隧道开挖施工技术

余辉

一、摘要：

本文以一断面隧道，隧道断面（衬砌后）2.5m*2.8m，详细讲述了小断面隧道的开挖，初期支护等施工方法，施工重点，施工经过，以及出碴等，希望能给同类施工以借鉴。

二、关键词

小断面 洞口工程 洞身开挖 洞身支护 出碴与运输

三、工程概况

本文某隧道施工为例。该隧道全长为1310.993m，隧道断面（衬砌后）2.5m*2.8m，属小断面隧道，地址条件主要以砂岩为主，隧道进口黄褐色、褐黄色，夹杂少量的浅红色，夹粉质粘土。土、石等级为Ⅱ级。围岩基本分级为Ⅵ级。

四、隧道工程施工方法

1.洞口工程施工方法

洞口工程施工先检查边、仰坡以上的山坡稳定情况，清除悬石、處理危石。施工期间实施不间断监测和防护。结合现场地形，边、仰坡及早做好坡面防护。隧道开挖应力求早进洞，避免出现深路堑或高边坡，尽量减少对山体的破坏，防止水土流失。

洞口段表土及风化岩层可采用自上而下分层开挖，施工机械以挖掘机为主，尽量不采用钻爆，保证不扰动原地层；洞口场地用装载机辅以推土机整平压实；与坚硬石质地层人工钻眼爆破，运输采用自卸车，挖方弃往指定的弃碴场。洞门仰坡和边坡宜在进洞前按设计坡度一次整修到位，坡度的施工允许偏差为5%，并分层进行边仰坡防护，以防围岩风化，雨水渗透而坍塌。

实际揭露洞口段围岩条件不好时，可采用超前小导管、超前钻孔注浆等形式超前支护后开挖进洞。

2.洞身开挖

⑴洞身开挖方法

Ⅳ围岩地段均采用全断面开挖，利用简易钻孔台架配合人工钻孔，光面爆破。对于黄土及粉砂土Ⅴ、Ⅵ级围岩全部采用扒渣机挖装。运输均采用1.5m3自卸车运输。

隧道采用人工钻锚杆孔，人工安装锚杆并进行锚固或注浆，采用湿喷机进行喷砼。根据量测要求布设量测点，并及时进行分析反馈指导施工。

本标段小路塬隧道进出口及上多还隧道均为黄土，不采用爆破，均采用扒渣机开挖。小路塬隧道中间段及安沟隧道均为砂岩，采用全断面爆破开挖。其中小路塬隧道与上多海隧道采用两端同时掘进外，安沟隧道采用由进口端独头掘进的方式。

（2）.洞身支护

隧道支护形式：

进出口段Ⅳ～Ⅴ级围岩：初期支护采用9号矿用工字钢+挂网喷浆80mm，二次衬砌200mm，铺底200mm。

洞身Ⅴ级围岩地段：初期支护采用9号矿用工字钢+挂网喷浆80mm，二次衬砌200mm，铺底200mm。

洞身Ⅳ级围岩段：采用全断面开挖，锚网喷支护，T=100mm。

⑴喷射混凝土

喷射混凝土采用湿喷工艺，紧跟开挖面施工。使用湿式喷射机或TK-961型湿喷机喷砼。喷射砼所使用的水泥采用早强水泥，细集料采用细度模数大于2.5的中粗砂，粗集料采用粒径不大于15mm的碎石。

①喷射前准备

a.喷射前应对受喷岩面进行处理。因本地段隧道主要为土质隧道，为防止隧道围岩泥化，喷射砼前岩面清理采用高压风吹净岩面表面灰尘。喷射混凝土前，先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷射混凝土。

②混凝土搅拌、运输

湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料严格按施工配合比进行操作，速凝剂在喷射机喂料时加入。

运输采用小型运输车。

③喷射作业

a.喷射操作程序应为：打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土。

b.喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6m。喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。

喷射混凝土分段施工时，上次喷混凝土应预留斜面，斜面宽度为200～300mm，斜面上需用压力水冲洗润湿后再行喷射混凝土。

分片喷射要自下而上进行并先喷钢架与壁面间混凝土，再喷两钢架之间混凝土。边墙喷混凝土应从墙脚开始向上喷射，使回弹不致裹入最后喷层。

c.喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5MPa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压：边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。黄土隧道喷射混凝土时喷射机的压力一般不宜大于0.2MPa。

d.喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90°，以使获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面间距宜为1.5～2.0m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60cm，高15～20cm；若受喷面被钢架、钢筋网覆盖时，可将喷嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果喷嘴与受喷面的角度大小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生出凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷混凝土的质量。

④养护

喷射混凝土终凝2小时后，应进行喷水养护，养护时间不小于14d。当气温低于+5℃时，不得洒水养护，采用自然养护形式。

⑤施工控制要点

a.喷射混凝土原材料先检验合格后才能使用，速凝剂应妥善保管，防止受潮变质。严格控制拌合物的水灰比，经常检查速凝剂注入环的工作状况。喷射混凝土的坍落度宜控制在8～13cm，过大混凝土会流淌，过小容易出现堵管现象。喷射过程中应及时检查混凝土的回弹率和实际配合比。喷射混凝土的回弹率：侧壁不应大于15%，拱部不应大于25%。

b.喷射混凝土拌合物的停放时间不得大于30min。

c.必须在隧道开挖后及时进行施作。喷射混凝土严禁选用具有潜在碱活性骨料。喷混凝土厚度应预埋厚度控制标志，严格控制喷射砼的厚度。

d.喷射前应仔细检查喷射面，如有松动土块应及时处理。喷射机应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整工作风压。

e.喷射完成后应检查喷射混凝土与岩面粘结情况，可用锤敲击检查。同时测量其平整度和断面，并将此断面与开挖断面对比，确认喷射砼厚度是否满足设计和规范要求。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净进行重喷，或采用压浆法充填。

⑵锚杆

锚杆采用风钻钻锚杆孔，锚杆钻孔利用台架施钻，按照设计间排距，根据设计要求打入结构面，高压风吹孔。用风枪将锚杆送入孔内，使杆体位于孔位中央，然后安装垫板，垫板必须用螺帽紧固在岩面上，增强锚杆与喷砼的综合支护作用。锚杆尾端尽量焊接在拱架上，以便共同受力。普通螺纹树脂锚杆施工工艺框图见图4.5-4。

⑶钢筋网铺设

钢筋网片采用定型钢筋网片，钢筋须经试验合格，使用前必须除锈，在洞外分片制作，制作尺寸按施工方法及循环进尺确定，安装时搭接长度不小于一个网格。

人工铺设贴近岩面，与锚杆和钢架绑扎连接（或点焊焊接）牢固。钢筋网和钢架绑扎时，应绑在靠近岩面一侧，确保整体结构受力平衡。

喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。

⑷9号矿用工字钢支架施工

制作：支架按设计尺寸在洞外下料分节焊接制作，支架采用冷弯机冷弯，在定型模上焊接连接板。制作时严格按设计图纸进行，保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，加工后必须进行试拼检查，严禁不合格品进场。

安装：支架按设计要求安装，安装尺寸允许偏差：横向和高程为±5cm，垂直度±2°。支架的下端设在稳固的地层上，拱脚高度低于上部开挖底线以下15～20cm。拱脚加设钢板垫块。安装后利用锁脚锚杆定位。超挖较大时，拱背喷填同级混凝土，以使支护与围岩密贴，控制其变形的进一步发展。两排支架间用拉杆纵向连接牢固，以便形成整体受力结构。