公路大跨隧道洞身浅埋暗挖防坍塌施工技术研究

宋志宏

中建八局第二建设有限公司，山东 济南 250014

某公路大跨隧道工程在洞身建设期间，经过前期勘察发现相应区域难以进场施工，因此在洞身施工中设计采用浅埋暗挖施工技术。同时，为了保障施工安全，在技术应用同时采取一系列防坍塌措施，避免隧道洞身施工中因坍塌威胁到作业人员人身安全，并为推进施工进度提供保障。文章探讨公路大跨隧道洞身浅埋暗挖防坍塌施工技术，促使相关建设单位及技术人员在掌握技术要点的基础上不断提升工程施工水平。

1 工程概况

某隧道工程位于山区，区域内山势陡峭且地形起伏大，当地沟壑发育，经现场调查发现很难进场施工。隧道设计为双线分离式隧道，右线长1224m、左线长1236m。该隧道左幅浅埋段有50m加上右幅浅埋段70m设计为S5a衬砌支护类型，开挖工法是三台阶七步法，辅助措施是超前径向注浆+超前小导管，其中拱部120°以内区间选用超前径向注浆，注浆花管设计为Ф50×5，每根4m，保持35cm的环向间距，打设角度在15°～20°。基于S5a支护相关参数，可确定钢架间距保持在50cm，并每间隔5榀拱架施作1次。超前小导管使用Ф42×3.5的钢管，每根3m，保持30cm的环向间距，打设角度在3°～5°，同步基于S5a支护相关参数，可确定钢架间距保持在50cm，并每间隔2榀拱架施作1次。补充措施是在此段增大环向盲管密度，设计每间隔3～5m增加一环，促使横线横向排水管和纵向排水管保持更大的直径，以充分发挥其水流引导作用。

另外，右幅浅埋段有30m设计为S5a衬砌支护类型，并以环形开挖预留核心土法进行开挖工作，辅助措施是超前径向注浆+双层超前小导管。超前径向注浆同上，双层超前小导管使用Ф42×3.5钢管，每根2m或3m，保持30cm的环向间距，每根2m的打设角度在5°～7°，每根3m的打设角度在3°～5°。基于S5a支护参数，可确定钢架间距保持在50cm，且针对每根3m的每间隔2榀拱架施作1次，针对每根3m的每间隔1榀拱架施作1次。补充措施也是在此段增大环向盲管密度，通常每间隔2～3m增加一环，促使横向排水管和纵向排水管保持更大直径，充分发挥其水流引导作用。

2 公路大跨隧道洞身浅埋暗挖防坍塌施工技术

2.1 三台阶七步开挖法

三台阶七步开挖法的基本模式是弧形导坑预留核心土法，划分为上、中、下3个台阶，同时包含7个开挖面，所有位置开挖和支护都要顺着隧道纵向相互错开，施工中注意平行推进。该工程应用三台阶七步开挖法期间，需要注意以下事项：（1）主要进行机械开挖，必要情况下辅进行弱爆破。不同开挖面逐步推进并平行作业，且在初期支护施作期间也保持平行进行。不同分部的初期支护需要密切衔接，并结合实际施工情况尽早封闭成环。（2）紧随下台阶施作仰拱，并根据现场情况及时闭合，以构建完整、稳固的支护体系。（3）在施工期间，需要做好监控测量工作，以动态了解围岩状态和支护变形情况，并结合实际情况对预留变形量和支护参数作出适当调整，保障施工的安全与稳定。（4）在洞内建立完善的临时性防排水系统，以防拱墙脚基础在地下水浸泡影响下失稳。（5）完成拱部超前支护之后，对上台阶的弧形导坑实现环向开挖，同步预留一定长度的核心土，一般保持3～5m，同时宽度占到隧道开挖宽度1/3～1/2。结合初期支护钢架所保持间距明确开挖循环进尺，通常不能高出1.5m，并且上台阶的开挖矢跨比需要在0.3以上。（6）结合初期支护钢架具体间距，明确中台阶还有下台阶双侧开挖进尺，通常不能高出1.5m，并且开挖高度一般保持在3～3.5m，双侧的台阶需要保持2～3m的错开距离。（7）上台阶、中台阶、下台阶要保持相同的预留核心土开挖进尺，同时各台阶要有相同的循环进尺。（8）一般仰拱循环开挖期间，长度最好保持在2～3m，完成开挖作业后尽早进行仰拱初期支护施工。两隧底开挖以及支护循环施工结束后，要及时进行仰拱施工，同时仰拱分段长度最好在4～6m。

2.2 环形开挖预留核心土法

此施工技术在应用中主要通过挖掘机开展开挖作业，配合应用风镐、人工以及解小炮对开挖面加以修整。首先开挖拱部环形，此阶段核心土顶面和开挖拱顶两者间距一般保持1.5m，并根据环形开挖断面的1/2控制核心土断面，以便于人员操作。结合围岩实际情况确定环形开挖高度，并对钢支撑加工尺寸参数充分考量，为便于人员操作，高度最好在3.5～4m。根据2榀钢支撑间距把控开挖循环进尺，通常在0.5～1m。之后要开挖拱部核心土，开挖结束后开挖侧墙，此阶段需保持3～5m的错开间距。单侧开挖期间，每次开挖进尺要控制在1.5m以下，并结合2榀钢支撑间距明确具体进尺。开挖期间，保持1.5～2m的宽度，于中心部位暂留核心土。之后，在完成核心土开挖作业后，开展仰拱开挖作业，此环节要全幅开挖，并利用栈桥建立通行道路。边墙下方的钢支撑要和仰拱钢支撑牢固地焊接连接。

2.3 辅助超前措施

若选择超前大管棚施工，要在洞内建立管棚工作室，并且和设计开挖断面相比，此环节开挖断面需高出80～100cm，工作室长度也需要增加至少10m，应用于浅埋段会面临较大的施工坍塌风险。应用超前小导管作业，不仅可有效控制打设角度，还不会对密实土层产生较大扰动，便于后续开挖洞身。另外，若此工程施工中应用地表注浆技术，会因为需要先期施工不能明确洞内岩层情况，且很难发挥良好的竖向加固与支撑作用。选择超前径向注浆作业，可以紧随作业面施工逐步推进，进而更精准的掌握洞内岩层情况，结合实际情况对注浆压力及注浆量作出适当调整，以获得良好的注浆效果。同时，小导管和浆液可实现较好配合，以更有效地对岩层发挥竖向加固及支撑作用。

2.4 防坍塌措施

在浅埋段施工期间，要在地表合适部位设置沉降观测标志，顺着隧道开挖轴线，在横向方向上每间隔3m布置一组，整排横向共布置5组，顺着隧道纵向每间隔5m布置一组。在开挖施工中，每天上午和下午分别对洞内和地表进行监控测量，以观测实际沉降情况。一旦发生变形情况，需及时采取增加缩脚锚管或临时仰拱等措施加以处理，若只在小范围内发生局部坍塌，可及时喷锚，同步将注浆管道埋设于初支面，结束初支后实现注浆处理，对于地表进行工回填操作，以提升防排水效能。在浅埋段，主要以机械开挖形式开展上台阶施工，在局部应用小炮进行辅助施工，并合理控制进尺，一次不能超过2榀拱架。施工现场要有专门的管理人员全天候轮流值班，加强现场监督，贯彻落实施工方案。

2.5 坍塌应急处理措施

一旦出现以下三种情况，需要在相关负责人指挥下有序组织施工人员以及机械设备撤出工作面：（1）围岩测量数据反馈围岩保持急速变形；（2）围岩面持续有掉块剥落；（3）支护喷混凝土外表有脱皮掉块、裂缝、龟裂等情况，同时钢架发生严重变形问题，或者掌子面节理裂隙内部的涌水量或渗水量显著增加。在出现坍塌事件之后，为了避免坍塌影响不断扩大，要求及时锚固或清除坍塌范围内侧壁以及顶部分布的大裂缝、危石等，同时要加固坍塌范围周边原有支护，避免坍塌范围继续扩大。另外，坍塌范围内需及时喷射砼或架设支撑，如必要可加设锚杆。最后要及时衬砌，尤其要尽快在坍塌两端加强局部衬砌，避免坍塌扩大。若坍塌方体积不大，并在坍塌区间内牢固的架设构件支撑，或完成喷锚，可从一端或从两端自上而下地清除坍渣，开挖之后及时喷砼，并同步架设临时构件对支顶起到支撑作用。若坍塌方体积相对较大，或者地表发生明显沉降，或者坍塌体堵塞道路不能在坍塌范围之内加强支护，需要以注浆形式加固坍塌体，进而以穿过法于坍塌体中进行开挖以及衬砌作业。在处理坍塌时，需要同步遵循治塌先治水的原则强化排水。

3 结束语

在公路大跨隧道工程建设期间，隧道洞内开挖施工往往会受到多方面因素影响易出现坍塌事故，严重危及施工人员人身安全以及机械设备安全，并且会影响施工进度，增加工程建设成本。为此，需要相关工程建设单位及施工人员正确认识此类工程的特点，在施工中采取合理的开挖技术，尤其要注意在浅埋段运用恰当的暗挖施工方法，做好支护，采取一系列防坍塌技术。