大跨径小净距偏压隧道施工方案优化分析

刘朋

摘 要：本文以某大跨进小净距双洞公路隧道为例，具体分析三台阶七步法在实际应用中的不足之处，继而结合施工要求提出优化方案，旨在通过实践探索不断丰富公路隧道开挖技术，提高公路隧道施工水平。

关键词：大跨径小净距隧道；三台阶七步法；施工优化

三台阶七步法隧道开挖方法通常在小净距隧道施工中能获得比较好的施工效果，但是在实际施工中，还需要根据隧道的跨径、单双洞等结构设计要求对开挖方法进行优化调整，以确保该方法能够适应不同工况的施工要求。在本文中，笔者以某大跨进小净距双洞公路隧道为例，具体分析三台阶七步法在实际应用中的不足之处，继而结合施工要求提出优化方案，旨在通过实践探索不断丰富公路隧道开挖技术，提高公路隧道施工水平。

1 工程概况

某高速公路隧道为小净距双洞公路隧道。左隧道长369m，右隧道长373M，隧道跨度最大开挖宽度21.58m，属于大跨度公路隧道。受地质构造影响，隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩段主要为黄棕色碎屑强风化混合片麻岩。局部岩层在强压作用下发生变形和变形，但岩体的产生相对清晰，岩体的走向与隧道中线形成相对小的角度。隧道工作面岩体属于水文地质条件欠发达的干岩体，软硬块体均一。

2 初定的隧道施工工法

2.1 工法描述

该工程初步采用三步七步施工法。首先，采用小导管超前开挖顺序进行截面钢锚喷支护施工。增加I18工字梁临时支撑以提高支撑结构抵抗拱顶压力的承载能力。完成支护结构后对其他分项依次开挖，搭设初期支护架体并将I18临时支护结构拆掉，最后进行核心土的开挖并施作仰拱。施作完成后的立体效果如图1所示：

2.2 工法的不适应性分析

三台阶七步法将大跨径隧道分解成几个区域，采用分区闭合的工艺按顺序施工，但是实际施工前后工序之间衔接非常紧密，但是，以往的施工组织设计不够严格，在一定程度上阻礙了施工的正常进行。不严谨之处主要体现在以下几方面：

1）初期支护结构受力不均匀，型钢的两拱脚和水平方向构成的角度小于设计角度，带锁脚锚管的悬索支护不能承受拱下垂向岩体的内应力，支护结构整体不稳定。。施工时在初期支护结构的基础上临时设置了I18工字钢竖撑钢架，但是由于竖撑钢架质量重，且架体较高，不但安装困难，而且装好后会干扰循环掘进，大型机械也无法从支架下面通过，施工活动无法继续。

2）初期支护的最大开挖空间只有3.9m，空间太窄，不适合采用4.5m长的锚杆体系。

3）隧道开挖施工对围岩的扰动次数频繁，破坏了围岩的稳定性，一定程度上加大了开挖过程中顶板冒落的风险，容易造成安全事故。

4）开挖断面形状小，形状不规则。工作台车和人、机器和材料的布置比较困难，机械利用率不高。，出渣以及安装初期支护结构的工时较长，这会拖慢施工进度，不利于实现中早封闭施工要求。

3 施工工法的优化设计

3.1 施工工法优化设计的整体思路

施工企业针对上述问题，从工法和技术原理等制定了一套优化方案，大致思路如下：

1）按图1所示的开挖顺序，先拓展①区的施工空间，充分利用施工机械提早完成初期支护，以提高隧洞围岩的稳定性和承载力，防止因频繁的施工活动过多地扰动围岩，发生冒顶、塌陷等安全事故；

2）根据现场施工条件和施工组织设计要求调整型钢支撑受力条件，确保在封闭成环前充分发挥型钢支护承受拱顶来压的作用。

3）局部掌子面围岩的稳定性达不到施工要求，针对这类工况，可喷射砼将掌子面封闭，并按图2所示预留一部分核心土，提高掌子面整体结构稳定性的同时避免其外凸塌方。

3.2 施工工法优化方案

1）围绕三台阶七步法进行优化设计。首先对各台阶和步骤施工断面尺寸进行调整。在原设计尺寸的基础上，根据锚杆系统和施工机械可进入的长度将型钢拱架的长度延长5.5m，确保拱顶以下的空间能够一次开挖成形，同时适当扩大上台阶底面与拱架的夹角，使支护结构有足够的承载力承受能够拱顶的垂直来压。

安装了超前注浆小导管预支护结构的拱顶不易发生片帮冒顶事故，但是初期开挖扩大了迎头临空面，掌子面极易向临空面外凸，当外凸到一定程度时极易导致隧洞塌方。所以，为了避免顶板塌方，建议先用喷射砼将掌子面封闭并预留一部分核心土，提高掌子面整体结构的稳定性，以确保后续施工活动在一个相对安全的空间内顺利实施。此外，为了保持围岩的自稳性，单循环进尺不宜超过2m，否则大范围的爆破会大幅度降低围岩的整体稳定性，严重时可能直接导致塌方事故。

2）中、下台阶处居中布置拉马口，以便于来往的车辆顺利通行。该工段采用单侧挑边接腿的工法施工，单循环接腿不能超过三榀型钢，两侧接腿不得同步开挖，否则会降低上台阶型钢支护体系的稳定性，甚至造成支护结构整体垮落。各步施工断面尺寸需要参考现场围岩的稳定性和承载能力进行合理调整。如果围岩整体稳定，中下台阶可分两步同步施工，但左右台阶必须错开10米，以避免相互干扰。下台阶可与倒置拱同步开挖。倒拱需要快速成型。否则，将影响初期支护的施工进度。

3.3 优化设计效果

对原施工组织设计进行优化和调整后，又不间断地测量了隧道拱顶下沉以及周边收敛趋势，从所得测量数据来看，一个月内拱顶水平收敛最大值14.11mm，下沉量最大值为13.94mm，变形速率及时间-沉降曲线变化趋势比较平缓，日平均沉降/收敛速率在逐步下降，半个月内平均每天的沉降速率和收敛速率都未超过0.2mm，一个月内平均每天的沉降速率和收敛速率都在0.1mm以下，围岩整体的稳定性在逐步提高，说明在隧道内施工比较安全。

1）三台阶七步法经优化设计后已成功应用在公路隧道施工活动中，不仅拓宽了作业空间，为大型机械的顺利应用提供了足够的空间，而且也实现了施工现场机械化作业，同时，一些工序的并行运行大大节省了工时，加快了施工进度。某洞长369米，右洞长373米，板岗左洞长310米，右洞长300米，全长1352米，提前3个月安全通过。

2）经优化设计的三台阶七步法大大提高了施工机械的利用率，实现了围岩快速封闭施工，一定程度上避免了围岩开挖后二次风化的问题，同时也促使型钢支护结构的受力条件得到改善，使型钢支护能承受隧道拱顶的垂直来压，隧道塌方事故发生的概率大大降低，为施工活动的顺利实施提供了一个相对安全的施工环境。

3）采用这种方法，某左右隧道、板岗左右隧道的整个施工过程处于安全、快速、高质量的可控状态，不仅解决了特殊地区施工难度大、工期短的问题，而且具有施工速度快、施工周期短的特点。具有可观的经济效益。月产值比开工前增长了45万80000元，达到20万80000元=200万元。由于施工速度的提高，每台分度表的造价降低了6000元，总造价节省了411万元。隧道施工任务圆满完成，受到各方好评。实践证明，该方法具有较强的先进性和实用性。

4 结束语

本文所介绍的隧道施工方法对存在冒顶、片帮、塌方等安全风险的隧道工程有比较高的指导意义。但是在实际施工中，还需要结合具体工况和不同的施工要求对该方法的技术措施进行适当调整，以最大程度发挥去指导作用，切实提高工程施工技术水平。

参考文献

[1]张军军.小净距隧道施工过程的力学行为研究[J].能源与节能，2014（09）：187-188.

[2]吴际.超小净距浅埋偏压隧道施工技术应用[J].山西建筑，2013，39（15）：129-132.

[3]赵钧，董金国，李鹏.小净距偏压隧道进洞施工探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2012，8（11）：302-306.