浅谈硬质岩浅埋大断面隧道施工技术

刘 铮

（中铁六局集团广州工程有限公司，广东 广州 510000）

在我国社会经济发展过程中，人们越来越关注地下空间的综合开发和利用。地下空间开发中大断面暗挖隧道属于一项重要施工环节，工程项目数量越来越多，但是受到断面积、洞室增大等因素影响，隧道施工技术安全风险和施工难度有明显增大，尤其在繁华城市市政施工中，受到投资和环境等因素限制，设计出浅埋大断面隧道，施工难度和风险有进一步增加，同时，很难确保在规定工期内完成施工。当前我国地下工程施工中，浅埋大断面施工理论和技术在软岩隧道中有着非常好应用效果，但是在硬质岩浅埋大断面隧道施工中很难取得理想应用效果，还存在一定的缺陷和不足，本文就此展开了研究分析。

1 硬质岩浅埋大断面隧道施工方案设计、方法和措施

1.1 硬质岩浅埋大断面隧道施工方案设计分析

本文研究期间选择某处公路隧道施工工程为研究对象，对其施工所用的施工方案及方法措施等内容进行了综合探究，该公路工程位于山东省青岛市，公路施工总长为5 000 m，车道为双向六车道，调查工程实际作业区域基本情况可知该地区的隧道为暗挖浅埋大断面隧道，特别是在大断面处存在明显的断层、岩脉发育情况，该处隧道总长度为290 m，所以施工作业难度非常大，需要施工单位先做好隧道作业方案的设计工作，用于指导作业工作的正常有序开展。具体方案设计期间，设计人员主要依据化整为零、分部施工原则完成了设计方案，最终设计完工的作业方案要求施工单位依据双侧壁导坑法进行施工，即将隧道作业区域进行不同施工区块的划分（10处），而后依据设置的临时支撑（横竖支撑分别为2道、3道）开展作业工作，但是在方案可行性的具体分析中，施工单位联合从事硬质岩浅埋大断面隧道施工研究的专家学者，共同认为此种作业方案应用价值不高，具体使用期间难以进行工况的快速转换，导致工程施工容易发生作业安全事故，而且进行不同区域的爆破作业期间，易对附近隧道岩层结构稳定性造成影响，进而发生施工进度延误及安全事故问题，此外，设置的临时支护结构成本较高，给施工单位造成的经济负担较重。针对此种情况，施工方案设计人员再次结合工程隧道施工所在地的地质地貌条件、地下水文活动条件等资料数据，基于新奥法、新意法设计理念，对作业方案进行了优化改进，以此优化完成的新的施工方案在实际应用中，不会对施工区域内及周边地区的岩脉、断层等岩石结构造成巨大影响，施工人员可于施工前对相应隧道洞进行超前帷幕注浆施工，便可达到预期的稳固隧道岩体结构的目的。同时，基于新施工方案开展的围岩加固工作完成后，后续的工程施工所用的临时支撑明显减少，有效降低了施工单位工程成本支出，而且支护施工作业期间，该方案侧重于初期支护作业，以此对前方掌子面、初期支护两者之间的间隔距离进行了有效缩短控制，促使围岩临时暴露距离减少，大断面隧道大跨（横向）进行了小跨（纵向）的转变，以此隧道内纵向梁结构增加，整体外锚结构稳定体系的支护安全性增强。此外，新施工方案中对于爆破振动参数、开挖步长、混凝土喷射参数、注浆、锚杆支护等施工方法措施也进行了明确说明。

1.2 硬质岩浅埋大断面隧道施工方法

围岩属于硬质岩，在确保围岩不出现松散情况下，有着较好的自成拱条件。硬质岩的岩脉及断层破碎带一般与隧道呈小角度斜交形式，同一个断面内，破碎带以及岩脉无法同时存在。在这种情况下，可充分利用这一特征，实现对支护参数的优化和改进。

硬质岩浅埋大断面隧道具体施工前，可采取模拟计算方式分析台阶法、双侧壁导坑法、CD法的适用性，其中台阶法应用效果比较差，双侧壁导坑法在实际要能够由中安全性最高，CD法与双侧壁导坑法在安全性方面较为接近。在保持其他条件不变情况下，台阶法应用在台阶开挖和支护等工况下对结构影响最大，但是采取止水以及固结注浆等措施或，能够使围岩条件得到改善，其应用效果要好于双侧壁导坑法和CD法。综合多个方面因素考虑，最终选择使用台阶法施工，其中上台阶采取左右分步开挖方式，控制分步步长在3～5 m左右，循环进尺控制在0.5～1 m，下台阶可分为三次开挖，先左右部分开挖，中部岩墙提前预留，在竖向可设置相应的竖向监测支撑等，以此实时把握拱顶下沉情况。如果拱顶下沉在竖向支撑方面的轴向压力未超过允许范围，可直接推进施工，如果竖向支撑所承受的轴向压力值过大，那么还需要对其采取必要的补救措施。

1.3 硬质岩浅埋大断面隧道施工措施

1.3.1 大断面段榨掌子面超前预注浆措施

注浆施工中，为了促进浆液的扩散，取得更好的注浆效果，实现对围岩的有效加固，发挥止水效果，可以选择超细水泥单液浆进行超前注浆施工，自隧道上断面及轮廓线外5 m位置开始注浆，整个加固段长度约47 m，破碎段注浆从匝道和第三大断面两侧进行。确保整个注浆施工取得理想的止水和加固效果，为之后工程项目的顺利开展打下良好基础。

1.3.2 锚杆加强措施

为了确保支护结构安全性，可在上台阶位置安装1个7 m长度的全长粘接型长锚杆，锚杆直径28 mm，以此实现对支护结构的补强处理。同时，在每一个循环分幅开挖后打设锚杆，确保锚杆锚固在有着良好完整性围岩中，锚杆外露部分可利用U型钢筋以及栅格架等牢固焊接，使结构稳定性得到提高，确保上台阶左右分布开挖的安全性和稳定性。

1.3.3 纵向连接加固措施

设计计算中往往更多地考虑横断面受力情况，未能对结构纵向刚度有充分考虑，容易忽略纵向位置各个栅格结构彼此之间的影响。围岩实际开挖过程中，不仅受到横向力，同时还受到纵向位置块体稳定性因素影响。施工中选择纵向连接加固方式，能够从支护结构整体性角度出发实现对围堰的有效稳固，确保整个支护结构与围堰相连接，形成稳定的整体性结构。

正常情况下，铁格栅的连接以纵向连接钢筋方式为主，确保其符合纵向连接刚度以及钢拱架方面安装要求，在具体工程项目施工过程中，受到短进尺开挖等因素影响，需要将施工格栅控制在两榅以内，结合当前工艺段要求，对纵向连接钢筋分段处理，将其分为不同小段，使其纵向连接刚度得到控制和消除。另外，纵向钢架与连接钢筋连接时，可以选择焊接工艺，将钢筋十字形交叉布置，在各个连接点点焊，这种连接方式的应用纵向连接钢筋刚度同样会出现一定的削弱。因此，硬质岩浅埋大断面隧道施工中，可选择增加纵向连接格栅方式，将连接钢筋的形状设置为L型，使连接钢筋以及格栅的焊接长度有一定的延长，确保整个支护结构在纵向上有良好整体性。

1.3.4 弱爆破施工技术

为了实现对周围围岩的有效保护，将围岩自成拱作用充分全面发挥出来，工程施工中需要使用弱爆破施工技术，避免爆破施工对周边围岩产生过大的破坏和扰动。

在衡量爆破震动破坏力大小时，可选择爆破震速方式分析考虑，确保围岩条件不发生变化情况下，同段齐爆炸药量直接影响到爆破震速大小，在同段齐爆炸药量控制方面，可选择适当增加雷管段数以及控制进尺等方式完成。

单循环爆破总消耗炸药量的控制可通过单循环爆破进尺方式控制，在具体施工过程中，将控制单循环进尺不超过1 m，如果开挖断面积较大，那么则会有较好临空条件，爆破过程中不会出现过大振动。

另外，还可以选择增加雷管段数方式提高震速控制有效性，在具体工作中，为了增加雷管段数，降低同段齐爆炸药物使用量，增加19个段位雷管，保证各个段位雷管都能够分摊一定的爆炸药量，取得理想的同段齐爆炸药量控制效果。

2 硬质岩浅埋大断面隧道施工注意事项

硬质岩浅埋大断面隧道施工过程中还需要对两个方面问题有充分分析考虑，才可最大限度提高硬质岩浅埋大断面隧道施工有效性，使硬质岩浅埋大断面隧道施工技术的作用得到充分发挥。

一方面，硬质岩浅埋大断面隧道施工过程中需要结合具体围岩特性分析考虑，合理选择施工方案。如果施工地质为软岩，有较大变形，可以采取闭合环以及支护结构方式使围岩的安全性和稳定性得到保证，提高塑性变形量控制有效性。如果施工地质为硬岩，那么还需要确保围岩的自承能力，在确保掌子面稳定情况下，采取降低开挖进尺以及提高支护措施等方式，使原有的横向大跨转变为纵向小跨，同时结合弱爆破以及超前注浆等方式，使整个工程施工安全性得到提高。

另一方面，浅埋、硬岩等大断面隧道工程施工中，还可以选择拱架相互焊接以及拱架与锚杆焊接等方式，使围岩与支护结构之间的受力效果得到提升，支护结构与围岩可形成拱受力，控制开挖程序，取得简化施工组织效果，更加快速完成施工，减少不必要的支护。

3 结语

硬质岩浅埋大断面隧道施工因为地质地形相对较为复杂，施工难度大，施工过程中需要使用到非常多施工技术。分析本文研究的公路隧道施工作业情况，可知经过系统的施工方案设计、施工方法选择与措施制定应用后，该工程施工难度明显降低，施工质量及作业效率较高，投入应用后工程使用寿命显著延长。所以，在具体工程施工中，需要与工程项目实际情况相结合综合分析考虑，合理制定施工方案与选择施工方法，做好大断面段榨掌子面超前预注浆、锚杆加强、纵向连接加固、弱爆破施工技术等方面工作，提高整个硬质岩浅埋大断面隧道施工有效性，取得理想的施工效果，更好地满足工程项目施工建设实际需要。