打开文本图片集

摘要：本文结合三清高速公路老黑山隧道施工，主要介绍了大断面隧道软岩地段施工的难点及重点地段开挖支护施工技术、施工过程控制要点。

关键词：大断面隧道;软岩地段;开挖;支护;施工技术

一、工程概况

曲靖三宝至昆明清水高速公路（昆明段）起于曲靖市与昆明市交界处，本标段起点即九乡互通起点接三清高速（曲靖段）终点，起点桩号为 K58+600，终点桩号为 K72+454.5-Z2K72+454.5。老黑山隧道采用双线分离式布置，双向六车道，左右线间距25.24m。左线隧道全长3606m，右线隧道全长3633m（起讫里程分别为：Z1K60+207-Z1K63+813、K60+197-K63+830），最大深埋210m。

隧道大部分处于软岩地段，如何在软岩地段进行快速、安全的隧道开挖施工，选择合理的支护参数，是该隧道施工面临的重要问题。

二、施工难点及重点

2.1隧道地质情况极为复杂

隧道属构造剥蚀中低山地貌，整体位于南北走向的脊状、带状山群中，地形较陡，沟谷切割较深，空间狭窄，沟谷纵坡陡峭，沟壁陡立，与线路近似垂直相交，地层岩性总体复杂。隧道围岩地质为薄-中厚层状、强中风化砂岩、粉砂岩、砂质页岩互层。围岩总体稳定性一般，节理裂隙发育，施工支护难度大。隧道左线Ⅴ级围岩589m，占比16.33%，IV级围岩2746m，占比76.15%，Ⅲ级围岩271m，占比7.52%。隧道右线Ⅴ级围岩504m，占比13.87%，IV级围岩2794m，占比76.91%，Ⅲ级围岩335m，占比9.22%。

2.2隧道开挖断面大、工期紧

隧道单洞路面以上面积为100.22㎡，考虑支护结构所占用的空间，IV级围岩隧道开挖面积达到了150㎡，Ⅴ级围岩隧道开挖面积达到了170㎡，开挖断面高度及宽度大。为保证总体工期，隧道IV级围岩施工，平均月成洞需保证在70m以上，Ⅴ级围岩施工，平均月成洞需保证在45m以上，进度指标较高，施工过程中的支护难度大幅增加。在如此复杂地质条件下，施工组织难度极大。为加快隧道施工进度，必须充分利用机械化施工优势，根据机械化设备配套的要求，不断优化改进施工工艺。

三、开挖支护施工技术

隧道暗挖采用矿山法施工，遵循新奥法原理，Ⅳ～Ⅴ级围岩宜采用预裂爆破，以最大限度地保护周边岩体的完整性，同时减少超挖量，提高围岩自身承载能力。隧道施工工法主要有：台阶法（三台阶法、短台阶及微台阶）、环形开挖预留核心土法、CRD法等。隧道施工工法应根据现场工程地质和水文地质条件、开挖断面大小、隧道埋深、工法转换的难易、机械设备配置及环境制约等因素综合研究后确定。

按照上述开挖方法的选择原则，在隧道施工展开前，对老黑山隧道施工方法进行了研究，最终确定以台阶法和环形开挖预留核心土的两种施工方法为主，并有针对性的选择IV级围岩加宽段采用CRD法施工的段落进行了工艺试验。CRD法施工的具体步骤见图1。

施工工序：（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。（2）分台阶开挖①、②部。同时，逐步施作导坑周边主体结构的初期支护，中隔壁及开挖台阶的临时支护，即初喷混凝土，架立隧道钢架和接长临时钢架，钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。同时，①部临时台阶及时封闭，并设锁脚锚管。（3）分台阶开挖③、④部。除中隔壁部分临时钢架已施工完毕外，其余步骤均参见上述工序。（4）拆除开挖尾部靠近二次衬砌仰拱6～8m范围内临时钢架，灌注该段内Ⅴ部仰拱。（5）灌注该段内Ⅵ部仰拱填充砼。（6）上述步骤逐步循环。并根据监控量测结果分析，待初期支护收敛稳定后，逐段拆除临时钢架，利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅶ部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

CRD法施工的主要特点是：分部开挖，每部开挖断面小、及时封闭，利于围岩稳定，适用于Ⅴ、Ⅵ级围岩地段施工，但工序转化复杂，施工进度慢，不利于大型机械设备的投入使用。

3.1台阶法或环形开挖预留核心土法施工工艺

3.1.1台阶法施工工序

台阶法施工工序见图2

施工中，上台阶的高度根据钢架设计结合导坑受力情况综合确定;上台阶长度满足机械化施工所需空间为准，通常为30～40m。下部开挖时，左右侧严禁同时开挖，每次开挖长度不大于3榀钢架间距;两侧错开距离不得小于2-3m。仰拱尽量紧跟下台阶初期支护，尽快施作仰拱及填充层，封闭成环。仰拱一次开挖长度为4～6m，分段跳槽施工。仰拱施工时，搭设防干扰平台以保证掌子面的正常施工，其施工工序分布见图3。

3.1.2环形开挖预留核心土法

环形开挖预留核心土法施工步骤见图4。

施工工序：（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。（2）弱爆破分部开挖①部。（3）分部施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，施作锁脚锚管。（4）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（5）在滞后于①部一段距离后，弱爆破分台阶开挖②、③部，左右交错开挖。（6）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，架立钢架，施作锁脚锚管。（7）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度（8）分台阶开挖核心土④部。（9）灌注Ⅴ部仰拱及隧底填充Ⅵ（仰拱及隧底填充应分次施作）。（10）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅶ部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

3.2老黑山隧道工艺试验结果

3.2.1老黑山隧道K60+317～K60+420段工艺试验情况

老黑山隧道K60+317～K60+420段，2020年4月7日正式施工，以砂质页岩、砂岩为主，裂隙较发育，砂质胶结，岩质软硬不一，岩体较破碎，稳定性较差。地下水主要为基岩裂隙水，受补给影响，水量较小，施工时以点滴状出水为主，涌水问题不突出，Ⅳ级围岩。

采用台阶法进行施工。每次开挖长度0.8～1.6m。通过对围岩初期支护及洞顶地表监控量测表示，在开挖后4～6天变形已趋于稳定，拱顶下沉累计位移在8mm内，水平收敛累计位移量在10mm内，地表下沉最大累计位移量15mm内。施工安全可控。

3.2.2老黑山隧道K60+212～K60+262段工艺实验情况

老黑山隧道K60+212～K60+262段，2020年3月23日正式施工，上覆第四系残破积层角砾土，稍密，稳定性差，洞身围岩主要为寒武系下统沧浪铺组强～中风化砂质页岩、砂岩互层，砂质胶结，岩性较软，裂隙极发育，岩体破碎，稳定性差;顶板页岩可能会产生松动、掉块。开挖需及时加强支护。地下水主要为基岩裂隙水，受补给影响，水量较小，施工时以点滴状出水为主，涌水问题不突出，Ⅴ级围岩。鉴于此，为保证施工安全，采取环形开挖预留核心土法施工。为防止掌子面挤出而危及拱顶稳定，每次循环进尺控制在1榀钢支撑间距内。初期支护为间距0.6m的I22b型型钢钢架，系统锚杆长度为4.5m。通过洞内监控量测及洞顶沉降观测显示，围岩变形洞顶下沉均在7d左右即已达到稳定状态，累计变形量在12mm内，初期支护结构稳定，施工安全受控。

3.3开挖支护方法工艺实验结论

根据以上老黑山隧道两种不同的施工工艺实验结果来看，通过这两段时采用的环形开挖预留核心土法和台阶法进行施工时，充分利用了围岩原有自承能力，在各种支护措施的加固处理下，大幅度的提高了隧道开挖后的自稳能力，保证了施工安全。其具有以下优点：

（1）可以满足隧道机械施工的空间要求，便于隧道机械化作业，提高施工效率，有利于加快施工进度。

（2）减少分部开挖次数，最大限度降低了多次爆破对围岩的扰动及对先做初期支护的影响，有利于抑制围岩的收敛变形。

（3）施工工序相对CRD法较简单，减少了多工序之间的互相干扰，便于现场施工组织管理，可以加快施工速度。

（4）减少分部开挖次数，加快了初期支护成拱，并可以有效缩短上、下部施工时的台阶长度，使初期支护结构及时封闭成环。

（5）在围岩情况或其他条件发生变化时，台阶法可以较为迅速的转换为CRD法或CD法进行施工。

因此，在隧道围岩地质情况明确具有一定自稳能力及地下水不发育的条件下，通过超前支护对围岩进行预加固后，围岩开挖后变形小，在规定的允许值之内，且能尽快收敛稳定的隧道采用台阶法或环形开挖预留核心土法是可行的;通过加强监控量测，及时掌握支护结构的变形情况，隧道的施工安全也是能够得到保证的。

四、施工过程控制重点

软弱围岩的自稳能力比较差，因此在软弱围岩的施工过程中最重要的是提高围岩的自支护能力。

（1）加强超前支护及初期支护施工。在围岩地质情况较差地段加密超前支护小导管，缩小间距及增加搭设长度，初期支护型钢加密。

（2）支护方式与方法要适合实际围岩类别，支护闭合时间要尽量缩短。

（3）二次衬砌要及时施作，防止由于初支面暴露时间过长导致的变形或者坍塌。

（4）钻爆采用光面爆破，降低对围岩的扰动和减少超挖量。

（5）严格控制开挖进尺，防止进尺过大引起塌方，并严格控制安全步距，防止步距过大受力不均导致塌方。

（6）施工中加强超前地质预报和监控量测，根据超前地质预报结果和监控量测数据分析结果有效指导施工。

结语

此次工艺试验，取得了较好的效果。针对老黑山隧道施工过程中，如何在确保安全前提下进一步提高工效和施工进度，进行了成功的尝试，取得了宝贵的施工经验。

同时，由于隧道工程受地形及水文地质情况复杂、多变因素的影响，在实际施工过程中，仍必须按照强制性适用条件的要求，采取“岩变我变”的方法，针对不同的地质情况，采取不同的施工方法和支护参数。尤其是围岩松散、破碎、强度低且地下水丰富、无自稳能力等不良地质地段，仍需按照CRD或CD法工艺要求，稳扎稳打，确保施工安全。目前老黑山隧道进口两洞处于SFT4加宽段，采用预留核心土法，每循环进尺两榀1.4m;出口两洞处于SF4a段，采用两台阶法，每循环进尺三榀2.4m。左洞开累进尺2596m，剩余1037m;右洞开累进尺2863m，剩余743m。