浅谈大断面隧道开挖质量通病及施工开挖方法

李学文范明坤杨 华

（1.迪庆州公路管理总段机械化养护与应急中心 云南 香格里拉 674400 2.云南航天工程物探检测股份有限公司 云南 昆明650217 3.云南工程建设总承包公司 云南 昆明 650011）

浅谈大断面隧道开挖质量通病及施工开挖方法

李学文1范明坤2杨 华3

（1.迪庆州公路管理总段机械化养护与应急中心 云南 香格里拉 674400 2.云南航天工程物探检测股份有限公司 云南 昆明650217 3.云南工程建设总承包公司 云南 昆明 650011）

云南山区高速公路特点：山高谷深、沟壑纵横、工程艰巨、投资巨大、不良地质病害多。修建高速公路有的地段需要穿越高山，那就必须修建隧道，由于云南地形受横断山脉的影响，地质条件复杂在隧道施工时易出现塌方。本文介绍结合云南地形及地质条件差浅谈大断面隧道开挖施工方法，为今后解决施工时地质条件较差的难题。

隧道特点；质量通病；开挖方法及要求

1 隧道特点及施工原则

1.1 隧道特点

昆明绕城高速公路是国家高速公路网城市绕城与云南省干线公路“9210”骨架网的环线之一。该公路的建设是扭转昆明交通“外拥内堵、过境交通线缺乏”的局面，加快客、货流通，实现低碳经济，快速推进滇中城市经济圈建设的需要，也是加快国家高速公路网建设的需要。本项目隧道线路区位于扬子准地台西部二级构造分区滇东台褶皱带的东部边缘及川滇南北构造、南岭东西构造与云南山字型构造交接带，他是经历了晋宁构造运动（9亿年前）、澄江构造运动（7亿年前）、加里东（广西）构造运动（4亿年前）、华力西（澜沧）构造运动（2.5亿年前）燕山期构造运动（1亿年前）和喜马拉雅构造运动（0.7亿年前）等多次构造旋回形成。经历了多次构造运动后，构造体系行迹主要有南北向构造体系、北西向构造体系、新华夏（北东向）构造体系以及“入”字型构造体系。

隧道软弱围岩占比大，其中Ⅴ、Ⅳ围岩比例高达76%。隧道洞口大多位于浅埋、偏压地段，进洞条件差。三车道隧道开挖断面大，开挖宽度在16.5～17.25m，高度在9.5～11.73m之间；洞身开挖后围岩自身成拱效应差，超前支护和系统锚杆施工质量尤为重要。

1.2 施工原则

大多数隧道都采用“新奥法”设计和施工，由于对“新奥法”概念和原则的内涵理解有偏差，所以在许多工程中遭到失败。一般在软弱、破碎、偏压、浅埋等地层中施工隧道时，应遵行“探先行、管超前、短进尺、弱爆破、强支护（Ⅲ级围岩有加劲支护）、勤量测、早封闭”的原则。不按照这样可能会造成围岩松弛坍塌，“新奥法”对监控量测、信息处理、及时反馈要求很严，没有这样的保证，塌方是很难避免的。

2 隧道开挖常见的质量通病

隧道开挖常见质量通病主要为：超、欠挖严重；偏压段施工工序不当；侧壁导坑法侧壁布置及工序不合理；小净距隧道施工工序不当；台阶法施工步距不合理；落底开挖方法不当；反向出洞施工方法不当。本文列举其中两个质量通病叙述。

2.1 超挖、欠挖严重

开挖后轮廓线与设计轮廓线相差较大，开挖轮廓表面严重凹凸不平，超、欠挖严重。

2.1.1 原因分析

（1）控制爆破设计参数不合理，或未随围岩条件变化调整控爆参数。

（2）开挖放样不精确。（3）爆破钻孔偏位。（4）局部欠挖未进行处理。

2.1.2 防治措施

（1）加强爆破工程师与钻孔人员的信息沟通，针对不同围岩条件动态调整爆破参数。

（2）及时校核导线，并应在每循环开挖前准确放样。

（3）严格按设计间距与数量打设钻爆孔，特别要注意控制周边眼钻孔位置与角度。

（4）应及时处理欠挖，特别要注意边墙脚的欠挖处理。

2.2 侧壁导坑法侧壁布置及工序不合理

2.2.1 表现形式

（1）双侧壁法开挖时，中导坑横断面宽度太小。

（2）双侧壁法开挖时，两侧下半断面尚未开挖、也未设置临时仰拱即开挖中导坑，或两侧壁导坑下台阶已开挖，但支护尚未成环即开挖中导坑。中导坑开挖过早，导致临时支撑作用减弱或失效。

（3）双侧壁法下台阶开挖后，导坑临时支撑未封闭成环。

（4）单侧壁导坑法施工时，两侧导坑上台阶掌子面平行开挖，导致侧壁临时支撑作用减弱或失效。

2.2.2 原因分析

（1）对采用侧壁导坑法施工的作用和原理不清楚。

（2）对侧壁导坑法的正确施工步序不清楚，设备配套不合理。

2.2.3 防治措施

（1）正确理解侧壁导坑法施工的作用，严格按施工步序进行施工（如图1～2）。

图1 双侧壁导坑法的正确施工步序示意图

（2）各导坑下半断面及仰拱开挖后，应立即进行支护并及时封闭成环。

（3）双侧壁导坑法施工时，应在两侧导坑支护闭合后再开挖中导坑，最后拆除临时支护。

图2 单侧壁导坑法的正确施工步序示意图

3 隧道主要洞身开挖方法

开挖方法主要有全断面法、台阶法、环形开挖预留核心土法、中隔壁法、双侧壁导坑法、导洞法、CD法、CRD法等其他施工方法。结合本条路线应根据隧道长度、断面大小、结构形式、工期要求、机械设备、地质条件等，选择合理的开挖方案，并应具有较大适用性。结合地形等情况本文列举其中两个开挖方法叙述。

3.1 CRD工法

CRD法施工程序示意见图3。

图3 施工程序示意图<一>（1:100）

3.1.1 施工步骤

Ⅰ左侧洞上半断面开挖：1、2a、2b施作左侧洞初期支护和临时支护。

Ⅱ右侧洞上半断面开挖：3、2c施作右侧洞初期支护和临时支护。

Ⅲ左侧洞下半断面开挖：4、2d施作左侧洞仰拱初期支护和临时支护。

Ⅳ右侧洞下半断面开挖：5、施作右侧洞仰拱初期支护。6、浇筑仰拱混凝土。分段拆除2a、2b、2c、2d。7、施作仰拱回填混凝土。8、浇筑拱圈混凝土。9、施作电缆沟和排水沟、路面工程。

3.1.2 施工要求

左、右侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15m。各导坑初期支护是否及时封闭成环、循环进尺（1榀）、型钢连接质量、锁脚锚杆或锚管施工质量、系统锚杆施工质量、注浆效果、喷射混凝土质量等。

3.2 四台阶法

四台法施工程序示意见图4。

3.2.1 施工步骤

（1）拱顶部分开挖Ⅲ

Ⅰ拱顶部分初期支护。

（2）上部开挖

Ⅱ上部初期支护。

图4 施工程序示意图<二>

（3）中部开挖

Ⅲ中部初期支护。（4）下部开挖

Ⅳ下部初期支护。

3.2.2 施工要求

重点关注：超前支护施工质量、开挖循环进尺控制（特别是各台阶左右侧开挖是否交替错开）、掌子面围岩自稳能力、型钢连接质量（特别是拱脚不能悬空）、锁脚锚杆或锚管施工质量、系统锚杆施工质量、注浆效果、喷射混凝土质量等。

4 结语

隧道施工过程中出现的严重灾害。为预防塌方，人们在施工实践中总结了很多有效的方法。如CRD工法适用于隧道Ⅴ级围岩洞口浅埋段、破碎带及下穿道路、地表房屋段落；四台阶法适用于隧道洞身Ⅴ级围岩段；三台阶法适用于隧道洞身Ⅳ级围岩段；二台阶法适用于隧道洞身Ⅲ级围岩段。

其中隧道施工防坍塌卡控红线：Ⅳ、Ⅴ级围岩台阶的纵向距离应小于10m，Ⅲ围岩台阶纵向距离可取15～20m。必须做到隧道开挖步距符合铁道部《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设[2010]120号文之要求。及时支护，快速封闭成环，要求Ⅳ～Ⅵ级围岩，开挖距初支封闭成环不超过35m，仰拱一次施作长度不超过3m。上台阶每循环开挖支护进尺Ⅴ、Ⅵ围岩不应大于1榀钢架间距，Ⅳ级围岩不得大于2榀钢架间距。.边墙每循环开挖进尺不得大于2榀。仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆，每循环开挖进尺不得大于3m。二次衬砌距离掌子面的距离：Ⅳ级围岩不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ围岩不得大于70m。仰拱距掌子面距离Ⅲ级围岩不超过90m，Ⅳ级围岩不超过50m，Ⅴ级及以上不超过40m。二次衬砌距掌子面距离：Ⅰ、Ⅱ级围岩不超过200m，Ⅲ级围岩不超过120m，Ⅳ级及以上围岩不超过90m或设计要求。

U45

A

1673-0038（2015）37-0306-02

2015-8-24

李学文（1976-），男，工程师，本科，从事公路管理机械化养护与应急工作。