高速公路小净距隧道工程开挖及支护施工

高速公路小净距隧道工程开挖及支护施工

                                     彭紫阳

四川公路桥梁建设集团有限公司机械化施工分公司 四川成都610200

【摘要】为探讨高速公路小净距隧道工程开挖及支护施工，结合花山2号隧道实际情况，分析了小净距隧道工程开挖方法，以及支护施工的要点，并提出小净距隧道工程施工中需要注意的一些问题。分析结果表明，在小净距隧道工程施工中，影响施工质量和安全的因素比较多，任何一个细节管控不当，都会影响严重的质量问题和安全事故，需要结合隧道工程围岩结构的种类和特点，选择有针对性的开挖和支护施工技术，才能在保证施工安全的基础上，提升施工效率和质量，促使施工任务能够高效、有序的完成。

【关键词】高速公路；小净距；隧道工程；爆破开挖

1、工程概述

花山2号隧道进口端及出口端均位于宁南县竹寿镇花山村境内，花山2号隧道左洞起讫桩号为Z1K270+733～Z1K274+731,长3998m，V级围岩738m，IV级围岩3260m；花山2号隧道右洞起讫桩号为K270+724～K274+755,长4031m，V级围岩711m，IV级围岩3320m；施工横洞IV级围岩139m；共计4处车行横道、9处人行横道和1处变电所，全长425.76m；紧急停车带8处，全长480m；宁南端、攀枝花端及施工横洞洞口洞门型式均采取端墙式；不良地质有断层、岩溶、变形塌方、涌突水等。

2、小净距隧道工程开挖方法

就案例工程，虽然净距比较小，但隧道长度大，围岩结构复杂，不同围岩结构需要采取与之相适的开挖方法，才能更好的控制施工质量和安全。

2.1Ⅴ级围岩及Ⅳ类围岩紧急停车带开挖

Ⅴ级围岩及Ⅳ类围岩紧急停车带，围岩结构稳定性比较差，为避免开挖过程造成的扰动，影响围岩结构的稳定性及施工的安全性，可采取台阶留核心土的开挖方法，但要注意预留核心土的面积不能小于上台阶的50%，每次循环开挖台阶的长度要控制在3~5m之间。为提升开挖效率，采用以挖掘机开挖为主，人工手持风镐开挖为辅的开挖方法，若遇到人工和挖掘机难以开挖的地段，可采用预裂爆破开挖，但需要严格按照弱振控制爆破的规范和标准来组织实施，以降低爆破对围岩造成的扰动。循环进尺深度可选择50cm或者是60cm，在进行开挖轮廓线测量放线中，需要严格不同衬砌结构型式来分别预留开挖沉降变形量10cm、12cm、15cm，具体的沉降变形量需要按照最终的监控量测的结果进行适当调整。隧道洞口位置选择长管棚进行超前支护，并打设钢管柱，以提升开挖掌子面围岩的稳定性。

2.2Ⅳ级围岩开挖

Ⅳ级围岩结构相对稳定，为提升开挖效率，可采取台阶开挖法，以光面爆破为主，严格按照弱振控制爆破的相关规定来组织实施，以降低爆破对隧道围岩造成的扰动和影响。控制每循环进尺的深度在1榀到2榀之间。在进行开挖轮廓线测量放线中，也需要严格按照不同衬砌结构的型式来控制预留开挖沉降变形量6cm、8cm、10cm，具体的沉降变形量可按照实际情况进行有效调整。

2.3断层破碎带开挖

本工程在开挖中遇到了断层破碎带，岩性比较差，稳定性不足，发生坍塌的概率比较大，为解决这一问题，采用了单侧壁导坑开挖方法，以挖掘机开挖为主，人工手持风镐开挖为辅。在正式开挖前，先利用智能化全站仪精确测量确定隔壁开挖轮廓线，以及超前管棚和小导管的实际布置点。严格按照设计图纸给出的支护参数和标准进行施工，当导坑开挖完成后，侧导坑边墙要及时进行初期支护，支护完成后，设置临时壁墙支撑和支护，以保证断层破碎带开挖的安全性。

2.4光面爆破开挖

对于其他岩性比较好，围岩稳定性前的位置，为提升开挖效率，可采取光面爆破开挖技术。结合超前地质预报的结果，合理选择开挖断面、开挖进尺、爆破器材等。尤其是辅助眼要交错均匀布置，周边眼和辅助眼眼底的要在相同的垂直面上，掏槽眼需要适当加深20cm左右，同时严格控制好周边眼的装药量，选择连续装药结构，以保证药量能够沿着炮眼全长均匀分布，采用非电毫秒微差雷管进行起爆，周边眼可采用导爆索起爆，以最大限度上减少起爆时差，提升爆破效果【1】。按照技术规范，严格控制好光面爆破施工标准，具体如表1所示：

表1光面爆破控制标准

3、小净距隧道工程支护施工要点

支护的主要作用是快速控制或者是限制围岩松弛变形，以避免发生隧道坍塌问题，并充分发挥出隧道围岩自身承载力，以保证施工的安全性。为提升支护效果，案例工程在支护施工结合隧道岩性和开挖方法，选择了不同的支护方式，取得了良好效果。

3.1锚杆支护

每循环进尺开挖完成后，及时跟进锚杆支护，本工程锚杆支护中采用了直径为22mm的砂浆锚杆。利用智能化全站仪进行测量放线，精确定位每根锚杆的安装位置，并做好标记。利用锚杆台车或者人工手持风枪按照测量放线确定的标记进行钻孔，钻孔的角度、孔径、深度要符合设计要求。钻孔完成后，且质量验收合格后，利用高压风机 进行清孔。钻孔后打入锚杆，并在锚杆尾部安装垫板，上紧螺帽。连接上注浆管，通过高压设备进行注浆，注浆顺序为从隧道两侧起拱线开始逐根向拱顶注浆【2】。锚杆埋设后，需要加强保护，在24小时内严禁触碰，更不能悬挂重物，砂浆配制时可加入适量的膨胀剂和早强剂， 以提升锚杆的早期强度。砂浆完成初凝后，安装垫板和螺母，垫板和喷射混凝土需要能够紧密接触，砂浆锚杆布置图如图1所示。  

图1 砂浆锚杆布置图

3.2注浆小导管支护施工

为提升支护效果，本工程在V级围岩、IV级与V级围岩搭接处选择用直径为42mm的注浆小导管进行支护，注浆浆液选择1:1的纯水泥浆液。注浆小导管测量完成后，选择凿岩机进行钻孔，钻孔孔径、深度、倾斜度全部达标后，及时用高压风机进行清孔。清孔后将安装好锥头的注浆小导管插入孔底，并安装上止浆塞、垫板、螺母等，进行质量检测验收，验收通过后，连接注浆导管，通过注浆泵将配制好的浆液注入到钻孔中，控制注浆压力在0.5~1.0MPa之间，先进隧道顶部的小导管注浆，再进行两侧注浆。注浆完成后，要及时将止浆塞塞入到钻孔中，并用速凝混凝土进行封孔。

3.3格栅（型钢）钢架支护施工

格栅钢架支护和型钢钢架支护的都是隧道工程支护施工中常用的方法，格栅钢架的主筋为HRB400φ22钢架，联系钢架为HPB300φ10和φ8共同组成，主要用于Ⅳ级围岩拱墙支护中【3】。型钢钢架则主要由工字钢弯制而成，主要用于Ⅴ级围岩拱墙支护中。在实际支护施工中，无论那种钢架支护方式，钢架和封闭混凝土之间都需要能够紧密贴合，而在具体安装中，经常会遇到钢架和围岩之间间隙比较的问题，如果垫板数量不超过10个，两排钢架之间沿着周边每隔1m需要用φ22纵向钢筋来联接，以形成一个纵向联接体系，改善受力性能，提升支护效果。

3.4湿喷混凝土支护施工

在隧道支护施工中应用湿喷混凝土支护技术，可有效加固隧道围岩，尽快形成一个稳定、封闭的支护体系。湿喷混凝土的坍落度需要控制在80~120mm之间，结合不同的衬砌型式选择合适的混凝土喷射厚度，包括18cm、22cm、24cm、26cm，混凝土强度等级不低于C25，混凝土配合比要通过多次试验来确定。在湿喷混凝土之前，需要先将掌子面上松动的石块、浮土清理干净，若围岩面比较光滑还需要凿毛处理，并用高压风机进行吹扫。如果遇到受喷面渗水、滴水等问题，需要提前埋设好导水管，淋水位置可设置截水圈进行排水处理。在湿喷混凝土时，采取分段、分片、分层的喷射方法，先将凹处大致喷平，再从按照从下到上的顺序分层往复喷射，保证后喷射一层能够压住前一层50%以上。

4、高速公路小净距隧道工程开挖及支护施工中需要注意的问题

第一，注意隧道开挖到明洞洞口地段到明暗分界处时，要先对此处的横断面进行测量，并核实地面线高程，若实际测量值和设计值存在较大出入，要及时提出变更设计【4】。如果不需要变更，需要先进行掌子面开挖和支护，再进行进洞施工。在施工中如果发现边坡失稳问题，要立即停止开挖，进行临时加固处理，以保证施工的安全性。

第二，注意不良地质现象。为降低不良地质对隧道开挖和支护造成的影响，需要通过超前地质预报来实时掌握掌子面前方的地质和水文情况，若进洞深度为30m，则预报长度需要达到100~200m。以掌握隧道围岩的整体调整，及时调整施工方案。

第三，注意在破碎带地段开挖中，要遵循短进尺、勤测量、弱爆破的施工原则，掌子面开挖完成后，要紧跟初期支护。靠近洞口的超浅埋段，需要进行人工开挖，新阿吉全监控量测，一旦发现围岩变形超标，立即停止开挖，等异常全部处理后，再继续开挖，确保施工安全。　

【结束语】

综上所述，结合实际案例，分析了高速公路小净距隧道工程开挖及支护施工，分析结果表明，隧道开挖和支护是隧道施工的主要环节，其施工质量和效果，直接关系到隧道施工建设的总体效果。因此，在实际施工中，必须结合隧道围岩的结构特点和性质，选择科学合理开开挖技术和支护方法，才能保证施工任务顺利完成。

【参考文献】

[1]万桂军,刘春舵,关瑞士,黄均华,张奇.浅埋小净距隧道含软弱夹层段开挖变形与围岩应力分析[J].公路交通科技,2022,39(07):131-138.

[2]姜科锋.小净距隧道工程建设中的开挖与支护工艺[J].中国高新科技,2021(04):100-101.

[3]李凯,冯磊磊.小净距隧道偏压浅埋段开挖及支护技术研究[J].天津化工,2021,35(01):95-96.

[4]刘唐斌.浅析小净距隧道工程的开挖与支护施工技术[J].太原城市职业技术学院学报,2020(01):191-193.