山区隧道洞口浅埋段软弱围岩开挖工法探讨

张方杰

【摘 要】由于山区段地质条件较差，因此隧道洞口浅埋段软弱岩的施工工艺较为复杂。本文简要概括了本工程的情况，然后采用FLAC3D软件对下寨隧道浅埋段软弱围岩的开挖工法进行了模拟比较，得出的结论是三台阶环型开挖预留核心土法更有利于隧道的稳定。文章最后提出了保证工程质量和安全的具体措施。

【关键词】隧道工程 软弱围岩 开挖工法

在山区段的高速公路建设中，洞口一般都是浅埋，且由于围岩的水文地质条件较差，因此会对隧道的安全运营造成一定影响，因此，有必要对山区隧道洞口浅埋段软弱围岩开挖工法进行探讨。本文以下寨隧道（短隧道）为例，进行了相关研究。

1 工程概况

下寨隧道采用双向四车道分离式双洞设计，位于六盘水市水城县都格镇。勘察场地位于峰丛谷地区，为侵蚀中山地貌，地形切割较强，坡面深切沟谷发育，设计洞顶覆盖层厚度为25.2m～40m不等，围岩主要以碎石土和强风化灰岩为主，其中强风化灰岩，岩质较软弱，节理呈裂隙发育，其中最为明显的就是方解石，而且，隧道开挖过程中常常遭遇孔隙水和裂隙水流出，围岩遇水后立刻变成泥，因此围岩的稳定性极差，级别被定为V级偏差。

2 对两种工序的FLAC3D模拟

2.1 两种工法工序的流程比较

在双向四车道山区高速公路隧道洞口段、围岩较差段的开挖过程中，比较常用的工法有：环型开挖预留核心土法、中隔壁法、短台阶开挖法、交叉中隔壁法以及双侧壁导坑开挖法等。 本文中，通过FLAC3D计算机软件对环型预留核心土法和中隔壁法进行了数据模拟，以选择最佳的开挖方案。环型预留核心土法的工序流程依次为：开挖环型土、施作环型周边初支、开挖上一循环的核心土、开挖中台阶、施作中台阶初支、开挖下台阶、施作下台阶初支、开挖仰拱部分、施作仰拱初支、施作仰拱及仰拱回填、施作二衬。中隔壁法的工序流程依次为：开挖外侧上台阶、施作永久初支和临时初支、开挖外侧下台阶、施作永久初支和临时初支、开挖外侧仰拱部分、施作内侧仰拱永久初支和临时初支、开挖内侧上台阶、施作内侧上台阶初支、开挖内侧上台阶、施作内侧下台阶初支、开挖内侧仰拱部分、施作内侧仰拱初支、拆除临时初支、施作仰拱及仰拱回填、施作二衬。

2.2 两种工序采用FLAC3D模拟的相关数值比较

两种工序采用FLAC3D模拟的位移数值比较，见下表1。

表1 两种工序采用FLAC3D模拟的位移数值比较

类别

三台环型开挖预留核心土开挖法FLAC3D模拟数值

中隔壁法FLAC3D模拟数值

10m

20m

30m

40m

50m

10m

20m

30m

40m

50m

周边收敛位移1

22.35

22.98

23.45

23.17

21.65

44.52

46.17

53.28

45.19

42.33

周边收敛位移2

61.32

62.28

61.90

62.34

61.59

82.33

89.78

92.56

88.78

80.78

拱顶下沉位移

99.45

100.34

102.45

98.56

97.45

109.78

111.45

122.46

109.89

107.58

从上表1中可以看出，采用中隔壁开挖法进行开挖，典型监控点的周边收敛位移较大，最大值可以达到90多m；拱顶下沉位移较大，均在100m以上，最大值甚至达到了120m。采用三台阶环型开挖预留核心土开挖法位移较小，最小值仅为20多m；拱顶下沉位移较小，甚至少了20多m。周边收敛的位移和拱顶下沉位移较小，均有利于成洞段的稳定。通过对两种工序方法的FLAC3D模拟，可以得到对典型监控点的周边收敛位移和拱顶下沉位移数值。而通过对两组数值的比较分析可以看出，在对山区隧道洞口浅埋段软弱围岩开挖时，采用三台阶环型开挖预留核心土挖法比中隔壁开挖法更佳，前者更有利于保证隧道的稳定性。

3 超前长管棚施工

超前长管棚采用水平地质钻机造孔，钢管采用钻机推进器顶进，高压注浆泵注浆。施作套拱：在洞口里程外起拱线以下路基土石方留一长约5m平台，然后在洞外洞口交界处架立钢架，用连接筋焊接成一整体。在钢支撑上安设导向钢管，数量、环向间距和外插角与长管棚设计一致。导向钢管的安装要测量精确定位，使钢管位置与方向准确无误，导向钢管与钢架焊为整体。然后按设计浇筑导向墙，导向墙完成后，喷射砼封闭周围仰坡面，以防止浆液从周围仰坡渗漏。搭设钻孔平台架、安装钻机。

4 工程质量和安全保证措施

4.1 施工方面

（1）在隧道开挖前，要委托第三方采用地质雷达技术提前对地质进行勘测，同时利用超前水平钻孔方法，掌握掌子面前方围岩情况和地质信息，根据勘测结果调整施工方案，避免因施工方法不当或支护措施不到位引起的初支变形坍塌，同时也可以有效避开涌水等地质灾害，以保证隧道施工的安全。（2）在偏压、浅埋等地质较差的隧道洞口设置长管棚、洞身长管棚、超前小导管等超支防护措施，以减少对边仰坡的开挖，防止坍塌，保证工作人员进洞的安全。（3）在施工过程中，要加强监控测量，各项目组成立监控测量小组，每天对拱顶下沉以及水平收敛的情况进行测量并收集数据，由专业人员对数据进行曲线回归分析，当拱顶下沉以及水平收敛的速率达到每分钟5mm或者是整体位移达到100mm时，要暂停工程项目，上报有关部门分析相关原因，并采取措施进行及时处理。第四，在隧道开挖之后，初期支护要封闭成环，同时，衬砌施工也要及时跟进，二次衬砌掌子面的距离V级围岩不得大于70m。

4.2 管理方面

在隧道施工安全管理方面要落实各级人员的责任。（1）加大对施工安全的宣传教育，增强施工人员的安全防范意识，克服施工人员的侥幸心理。制定安全教育培训制度、安全检查制度等各项管理制度，完善安全管理体系。（2）加大监督检查的力度。各工作组要严格落实作业标准，及时消除各种安全隐患；检查小组要不定期的对隧道工程进行专项检查，查处和整治各类安全隐患。（3）加大对重大事故处理的力度，严厉打击偷工减料、粗制滥造等行为，对事故责任人进行严厉的处罚。

5 结语

受地质条件的影响，山区公路隧道在施工过程中易发生各种问题，因此要采用适合本地的开挖方法。同时在施工时，要制定整体的施工计划，针对不同施工地点采取不同的施工工艺。同时要做好对工程安全的保证措施，才能有效确保工程质量。

参考文献：

[1] 孙磊.玉铁铁路隧道工程安全管理及控制措施[J].山西建筑，2013（35）.

[2] 唐雨春 等.山区隧道洞口浅埋段软弱围岩开挖工法探讨[J]湖南交通科技，2015（03）.