超大断面扁坦隧道施工安全控制技术

张沛杰

Construction Safety Control Technology of Super Large Section Flat Tunnel

摘要： 本文以勤丰特长隧道施工案例为背景，对超大断面的扁坦公路隧道施工方法进行探讨。介绍了开挖跨度大，扁坦率达到0.68，大跨扁坦隧道与接近卵圆形的高铁隧道在开挖过程中的支护形式与力学特性必然存在巨大差别，且隧道单幅长5480m，进出口设置两个施工工区，单次开挖与支护量较大，工期与工程量都较大，由此合理的施工工序与成熟的施工控制技术，是完成安全施工的关键，同时这也为同类型的隧道施工提供借鉴。

Abstract： In this paper， the construction method of the super large section of the flat highway tunnel is discussed on the background of the construction case of the Qinfeng special long tunnel. It is introduced that the excavation span is large， flat rate open to 0.68， large span flat tunnel and near oval high-speed railway tunnel must have a great difference in supporting form and mechanical characteristics during excavation. And the single length of the tunnel is 5480m， and the two construction areas are set up in the import and export. The single excavation and support are large， and the construction period and the amount of the project are large. Therefore， the reasonable construction process and the mature construction control technology are the key to complete the safety construction. At the same time， it also provides reference for the same type of tunnel construction.

關键词： 超大断面；扁坦隧道；施工控制技术

Key words： super large section；flat tunnel；construction control technology

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）15-0127-03

0 引言

当前，我国的隧道工程施工技术日益完善，然而，仍有必要对新建的不同地区的隧道进行研究分析。王明慧，张忠爱等[1]就渝黔铁路天坪隧道穿越复杂地质极高地应力区，通过实时监测隧道的应力与变形发展趋势，得到了加强支护与仰拱，及做好封闭能够起到控制隧道变形的作用；肖宗荣[2]就软弱围岩下穿隧道的施工变形控制进行分析，介绍了不同的施工工法；陈秋南，王勤荣等[3]就超大断面扁坦隧道进行支护结构的力学性状分析，采用有限差分软件FLAC 3D验证了双侧壁法较适用于小净距隧道；苏春生[4]就城市地下隧道邻近既有建筑物的现状，进行施工技术分析；韩惊伟[5]采用ABAQUS软件对岩溶地区隧道的支护结构进行力学分析。

本文就昆楚高速公路勤丰特长隧道工程，特点为隧道长度大、开挖跨度大、形状扁坦、埋深大、工期紧及围岩节理裂隙发育的特点，进行施工安全控制技术的分析。这里采用了合理的施工工序及施工技术，能够有效保障隧道施工的顺利开展。

1 工程概况

勤丰特长隧道，位于禄丰县禄丰镇东侧山脉，左线起止里程为ZK41+910～ZK47+370，右线起止里程为K41+935～K47+415，共计单幅10940m；左右幅净距约为32.6～33.1m。隧道设计采用复合式衬砌，且隧道最大埋深约为361m，隧道正洞正常断面开挖跨度为17.15m，开挖高度为11.68m。隧道穿越粉质黏土、强中风化泥岩等岩层。地下水主要为基岩裂隙水与孔隙水等。

进口段山势陡峻，岩层风化厚度较大，山体坡脚约35°；出口段地势相对平缓，山体坡脚约15°，且坡面破碎，植被较发育。洞轴线地面高程1995～2325m，相对高差330m。进出口地形地貌如图1、2所示。

2 施工准备

2.1 施工场地布置

施工前，在距隧道进口处2.1km，距隧道出口处140m设置两个施工场地，建立混凝土拌合站，及钢筋加工场，同时，依据地势合理规划施工进场便道，选定弃碴场，及队伍驻地等。

2.2 施工技术要求

隧道开挖前，应具有一定的人力、设计资料、机械设备等资源。对于施工前存在的主要技术如下：

①施工前，项目部应组织技术人员对图纸进行会审，并了解隧道结构的基本形式；

②应遵循“超前探、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则；

③对于关键工序，及特殊表明的勘探不良的地质施工时，应制定详细的控制措施及操作细则；

④技术人员对施工人员进行安全技术交底并组织作业人员培训。

3 施工方法

3.1 施工工法

该隧道坚持科学合理的施工开挖方法，隧道洞口及明洞段易采用明挖法施工，自上而下进行分台开挖，明挖法易对周边岩体造成扰动，因此，应做好边开挖边防护的工作；关于土质地层，采用机械开挖，而石质地层，采用钻爆法开挖。明洞回填时，为保证受力均匀，应在两侧对称分层夯实。

隧道洞身段采用暗挖法施工。洞口淺埋及偏压、断层破碎带段V级围岩采用CRD法开挖，其余V级围岩段，宜采用三台阶预留核心土分部开挖法开挖，Ⅳ级围岩采用三台阶法开挖，Ⅲ级围岩采用一般台阶法开挖。V级围岩地段施工开挖时，加强超前支护，并及时施作初期支护。开挖过程中土质地段以机械开挖为主，必要时辅以微量的弱爆破进行开挖作业，岩石地段应采用预裂爆破或光面爆破技术，严格控制超、欠挖。二次衬砌采用泵送混凝土和整体式模板台车的机械化配套施工方案，确保二次衬砌质量达到内实外光。具体隧道的施工技术参数见表1所示。

3.2 三台阶七步法

勤丰隧道的特点，超大断面、大跨度扁坦形状，关于隧道洞身开挖施工宜采用三台阶七步法。充分利用多层开挖，预留核心土工法，能够适用于该公路隧道跨度为17.15m的施工。开挖第1步，上部弧形导坑开挖，进行拱部超前支护，并预留核心土，其长度宜为3～5m，宽度宜为隧道开挖跨度的1/3～1/2；第2、3步，左右侧中台阶开挖，这里根据初期支护钢架间距确定开挖进尺，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3～3.5m；第4、5步，左右侧下台阶开挖，开挖尺寸同第2、3步；开挖第6步，上中下台阶预留核心土，各台阶开挖后及时施作仰拱初期支护，仰拱分段长度宜为4～6m；第7步，隧底开挖，每循环开挖进尺长度宜为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，仰拱分段长度取为4～6m。

隧道开挖施工时，应做好监控量测工作，及时掌握围岩和支护变形的数据信息，做好调整支护参数和预留的变形量，从而保证施工安全。

4 主要的技术控制及措施

4.1 初期支护

①钢拱架施工时，需在现场预制加工成型，同时，施工场地需用C15混凝土硬化；施工时，钢拱架基脚部应预留0.15～0.2m原地基，且拱脚处设置锁脚钢管2根Φ42*4 mm；按设计位置布设钢拱架，当与初喷层有较大间隙时设置不大于50mm的垫块；钢拱架在架设时，预先设定的位筋一段锚入围岩0.5～1m，另一端与钢拱架联接；最后，钢拱架架立之后应尽快由墙脚处向上喷射混凝土，从而形成稳定的保护层。

②钢筋网施工时，采用Φ8钢筋，现场制作成1.5m×1.5m的网片。同时，钢筋网应与锚杆联接牢固，随拱形坡面进行铺设。

③关于系统锚杆施工，这里采用砂浆锚杆与中空注浆锚杆。砂浆锚杆采用螺纹钢筋制做，凿岩机钻孔，机械配合人工安装锚杆，水泥注浆时，注浆管插入距孔底5～10cm处，缓慢拔出并将杆体插入，终凝后安设孔口垫板；中空注浆锚杆，通过钻孔清理岩屑，且将锚杆送入孔内并固定杆体，向中空锚杆内压注水泥浆。

④喷射混凝土时，采用采用普通硅酸盐水泥，标号为P.O42.5，碎石粒径5-10mm，应有良好的配合比，采用高效减水剂，选用初凝时间≤5min，终凝时间为≤10min的速凝剂；做到两次喷射，一次喷射厚度为3cm，起到封闭岩面的作用，二次喷射应到设计厚度；喷射混凝土终凝2h后，应在衬砌面上喷水养护，养护时间一般不少于7d。同时，应做好混凝土的安全作业工作。

4.2 二次衬砌

关于勤丰隧道内的二次衬砌，台车及模板等支撑系统必须严格执行《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076-95），以及相应的行业规范规程。

根据隧道检测的围岩应力，及初期支护数据，确定隧道衬施作的时间。一般而言，围岩与初期支护在开挖进程完成且基本稳定后施作二次衬砌，洞口浅埋段及特殊地段应及早施作二次衬砌，采用拱墙一次成型工艺。混凝土应振捣密实，防止收缩开裂，振捣时，不破坏防水层。二次衬砌拆模时，混凝土强度应达到有关规范的要求。仰拱宜超前施工，其超前距离宜保持3倍以上的衬砌循环作业长度。

4.3 其他的控制措施

①突发事件控制措施。隧道施工中，应坚持“安全第一，预防为主”的方针。做好隧道开挖安全施工的事前控制，切实履行规章制度，建立健全安全生产责任制度，专职专责，同时，做好安全技术交底工作；事中控制，对于突发事件应妥善处理，并有序的开展工作；事后控制，做好总结等。

最为重要的是进行事前控制，对于有潜在事故的施工，应设专人负责，有正常的工序管理。同时，必备的逃生器材，例如，在在洞内掌子面100m以内配置照明器具、救生衣、医疗箱、饮用水及食物等；在隧道开挖过程中，设置不小于内径为0.8m的逃生通道。

②环境保护措施。隧道开挖施工时，应坚持“少破坏，就是最大的保护；最小的扰动，须尽最大的可能恢复”的原则。施工场地应尽量少占用耕地、林地，洞口边坡做好防护；隧道废水、弃渣应当集中处理；同时，做好环境评估，绿环工程等。

5 结论与认识

本文通过对勤丰隧道，超大断面、形状扁坦、埋深大、工期紧及围岩节理裂隙发育的特点进行了介绍，就该隧道施工安全控制技术进行了分析。并通过一些列的施工控制措施，能够满足该隧道施工的正常开展。同时，这里就隧道洞身采用的三台阶七步法进行了阐述，以及支护形式进行了研究，能够为同类型的隧道施工提供指导。

参考文献：

[1]王明慧，张忠爱，张桥.渝黔铁路极高地应力隧道施工控制技术[J].铁道工程学报，2015，11：93-97.

[2]肖宗荣.软弱围岩隧道变形控制与施工控制[J].施工技术，2017，44（18）：53-54.

[3]陈秋南，王勤荣，谢小鱼，等.扁坦超大断面小净距隧道支护结构的力学性状[J].公路交通科技，2012，29（9）：89-94.

[4]苏春生.邻近敏感建筑城市下穿隧道施工控制技术[J].公路，2017，5：267-270.

[5]韩惊伟.岩溶地区隧道衬砌受力及变形特征的有限元分析[J].路基工程，2017，5：129-131.