建筑公路隧道软岩浅埋地层施工技术

公路隧道软岩浅埋地层施工技术
摘要
关键词
1. 工程概况
1.1. 隧道概况：
** 隧道位于** 高速公路第* 合同段，为左右分离式双洞式汽车单向行驶双车道隧道。

进口端两洞口高差1.732 米，出口端两洞口高差1.29 米。

隧道断面按半圆拱双曲线设计，洞内最大宽度10.9 米，高度6.92 米。

该隧道按“新奥法”施工要求设计，采用复合式衬砌结构形式，i、n类围岩类别分别设计结构断面，初支采用管棚、钢拱架、径向锚杆、喷射砼形成柔性支护。

1.2. 隧道区地形、地貌：
此隧道区为丘陵缓坡地形，海拔高程在431.00米〜466.50米之间，左线隧道最大埋
深39.734 米，右线最大埋深38.416 米。

1.3. 地质：
隧道区内表层为厚0〜3.0 米的第四系残坡积层亚粘土，下伏有灰黄色中至厚层状强风化白云岩，灰白色中厚层中风化白云岩及下寒武系下统清虚组石灰岩，隧道区位于区域性
镇远枢纽压性破碎带及断层影响带中，破碎带内岩体极破碎，节理裂隙极发育，岩体呈角砾状。

受断层影响，近断层破碎带岩体亦极破碎，节理裂隙极发育，岩体呈碎块状、粉砂状，岩体靠钙泥质胶结，成洞条件较差。

尤其左幅隧道内围岩呈砂夹大块石状，开挖时拱部的砂自稳性差，易漏下而造成大块状孤石悬空失稳、引发坍塌。

隧道区地表水系发育，地下水为岩体裂隙水，受大气降水影响，地下水位随季节变化较大。

2. 施工方案
公路软岩浅埋地段隧道的施工方法，主要有CD法、双侧壁导坑法、中隔墙法等。

但在
工程实践中，发现双侧壁导坑法和中隔墙法存在以下缺点：一是限制了大型施工机械的使用，降低了工效；二是临时施工支护多，投入大，不经济；三是施工中相互干扰大；四是分部施工防水层和混凝土衬砌，运营病害多。

由于此隧道为山岭隧道，对地表沉降量要求不是很严格，同时由于上述施工方法的种种缺点，结合以往经验，我们选用台阶法施工技术。

因隧址围岩自稳性极差，确定的施工原则为：“短进尺、快循环、弱爆破、紧封闭、下导紧跟。

”采取从进口向出口方向独头掘
进。

左右幅同时进洞，确保右幅在施工里程上超前左幅30〜50米减少两洞施工影响。

洞身
开挖采取控制爆破、机械出碴、人工配合清边脚、无轨运输。

3. 技术特点及适用范围
3.1 技术特点
（1）施工空间大，可以引入大型施工机械多作业面平行施工，工效高；部分软岩地段可以采用反铲挖掘机直接开挖下半断面，减小了对围岩的扰动。

（2）没有需拆除的临时施工支护，节省投资。

（3）混凝土仰拱及时施作，便于初期支护及早闭合成环承载，且改善了洞内作业、运输环境。

（4）全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌，确保了混凝土衬砌施工质量，运营病害少。

（5）无需增加特殊设备，投入少，操作性强，易推广。

3.2 运用范围
本技术适用于公路、铁路I~II 类围岩的隧道；对大跨度地下工程及其他交通通道工程亦有参考价值。

在断层带、破碎带及富水地层中，采取大管棚、迈式自进式注浆锚杆和小导管预注浆固结、止水等技术措施后亦可适用。

4. 工艺原理
在浅埋、破碎带等自稳性较差地层和富水地层中，则采用大管棚、迈式自进式注浆锚杆和小导管预注浆固结、止水等辅助施工措施后，上部弧形导坑法短开挖施做拱部初期支护，再左右错位开挖及施做边墙初期支护；混凝土仰拱紧跟下台阶并及时施做尽早闭合成环构成支护体系受力。

5. 施工方法
1）开挖
对隧道周边围岩进行超前预加固后进行分步平行开挖，施工顺序见图1。

1类围岩段上
半断面环形部分采用挖掘机开挖、装渣，人工采用风镐修边，个别孤石采取弱爆破清挖，循环进尺一般控制在0.5m。

n类围岩段采用光面爆破开挖，循环进尺一般控制在0.5m~0.7m 为宜，炮眼深度一般控制在0.9~1.2m ，炮眼用气脚式凿岩机在自制简易台车上钻眼。

采用装载机、挖掘机装车，自卸汽车出碴。

|~||类围岩均遵循”弱爆破、短开挖”的原则采用光面爆破或预留光爆层微振动控制爆
破技术开挖上半断面，以减小对围岩的扰动。

上部环形开挖，中部留核心土；施工支护完
成后，再对下半断面开挖，下半断面落底时，首先开挖5m 宽的中槽，然后两侧相互错挖 2.0m 长的马口，马口开挖完后，及时支护边墙部位，依次循环最后开挖仰拱。

2）初期支护施工
初期支护是由锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。

为保护围 岩的天然承载力，初期支护要尽快施作。

（1）初喷混凝土封闭岩面
于台阶平行流水作业法示意图（尺寸单位：
m
埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉， 如工作面有滴水或淋 水，提前做好钻孔埋管的引排水工作。

喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷， 以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙脚）而不密实，
以致强度不够，造成失稳；先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。

喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动， 并使喷头尽量保持与受喷面垂直，喷嘴口至
受喷面距离以0.6~1.0m 为宜。

喷射混凝土表面应大面平整并呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

（2）施作结构锚杆，挂设钢筋网
系统锚杆为迈式自钻式 R25N 锚杆，I 类围岩段长度为5m 或是6m,间距0.7m ； II 类围岩段 长度为3.5m 或是5m 间距0.8m ，梅花形布置，径向施作。

钢筋网为①6mm 钢筋焊接而成，网格为 15cm 。

钢筋网应随受喷面的起伏铺设，其间隙不 大于3cm,钢筋网应与锚杆体连接牢固。

（3 ）安装钢架
钢架是软弱围岩中初期支护的重要组成部分， 应严格按设计图及设计要求加工制作和架 ①钢架施工
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用高压风自上而下吹净岩面,
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i 、型钢钢架采用现场冷弯制作。

ii 、确认型钢钢架设计图无误后，按1：1 比例进行实地放样，设置型钢钢架加工工作
平台，根据设计线形制作加工模具。

iii 、将加工好的各个单元放在样台上试拼，沿大样周边轮廓误差不大于3cm,连接各
单元的螺栓孔中心距公差不超过土0.5mm，钢架平放时，平面翘曲小于2cm。

iv 、检查开挖断面净空，合格后即安装型钢钢架，型钢钢架与隧道中心线垂直，连接要做到上、下端螺栓孔对齐。

v、各片型钢钢架拼装完并检查无误后，焊接长56cm^ 25螺纹纵向连接筋。

vi 、拱脚（或墙脚）超挖时,采用钢垫板调整至设计标高。

②施工注意事项
a. 为保证钢架置于稳固的地基上,施工中应在钢架基脚部位预留足够的坚实地基,架立钢架时挖槽就位。

b. 钢架平面应垂直于隧道中线, 其倾斜度不大于2°；钢架的任何部位偏离铅垂面不应大于5cm。

c. 为增强钢架的整体稳定性,应将钢架与纵向连接筋、结构锚杆焊接牢固。

d. 钢架连接接头要连接牢固。

拱脚部位易发生塑性剪切破坏,故该部位接头除栓接外, 还应四面帮焊,确保接头的刚度和强度。

条件允许时,接头最好采用角钢连接板,便于混凝土全面握裹。

e. 当钢架和初喷层间存在较大间隙时要设骑马或楔形垫块顶紧围岩；钢架与围岩的间距不应大于5cm。

图2台阶法施工钢架单元结构图（尺寸单位：
m
（4） 施作拱部超前支护和二次喷射混凝土
拱部按设计技术参数施作下一循环超前支护，并把该支护尾端焊在钢架上。

分层喷射 混凝土到设计厚度，每层 5~6cm 厚；钢架保护层不小于 2cni 整个喷射混凝土表面要平顺。

（5） 监控量测、修正支护参数
严格按设计要求进行拱顶下沉和周边收敛位移量测，通过监控量测的信息反馈，及时 调整支护参数，以保证衬砌结构的安全。

监控量测项目及频率见表
1。

监控量测项目及频率表
表1 序 号
项目 布置
量测间隔时间
1-15d 16d-1个月 1-3个月 3个月以上
1 地质和支护 状
况观察
开挖后及初期支护 后进
行
每次爆破后进行
2 周边位移 每5m 一个断面，每 断面2-3对测点
1-2 次 /
天 1次/2天 1-2 次 /
周
1-3次/月 3 拱顶下沉 每5m 一个断面 1次/天
1次/2天 1次/周 1次/月 4
地表下沉
每5m 一个断面，每 断面3对测点
1-2 次 /
天
1次/天
2次/周
1次/周
③监控量测中应注意:
a. 为取得开挖后围岩早期状态变化数据，
各项测点应尽量靠近开挖面布置（不大于2m ，
在爆破后24h 内或下次爆破前，读取初次读数。

b. 周边收敛、拱顶下沉及地表下沉各项测点应尽量集中断面布设，
以便量测成果的协调
分析、综合运用。

昭
-30X1
A 单元 22a
工字钢单元图
垫板
(30X1
垫板 连接板 25X 25X1
B 单元
连接板 25X 25X1
A 单元 -22a
c. 量测时，应先把钢尺拉出（拉出长度稍长于量测基线）停放20min，以使钢尺温度与
环境气温相差达到基本一致。

（当在同一洞口内连续量测若干断面，且环境气温相差不大时，可连续量测）。

d. 采用台阶法开挖时，当下半断面开挖靠近上半量测断面，量测频率应适当增加。

3）仰拱施工
在设计有混凝土仰拱施工地段，拱墙初期支护施工完成后，要及时左右错位跳挖仰拱，安装仰拱钢架，进行混凝土仰拱施工，使初期支护尽早闭合成环构成稳固的初期支护体系。

并为施工运输创造良好环境。

4）混凝土衬砌采用可调式防水层作业专用台车按设计材料和技术参数施作防水层，铺设时要采用无钉
孔工艺，并视初期支护的平整情况，将防水板留一定的富余量，以防止过紧而被混凝土挤破。

混凝土衬砌采用全断面液压钢模衬砌台车、泵送混凝土灌注。

混凝土生产采用自动计量拌合机拌合，混凝土输送车运输。

要左右对称地灌筑，防止台车偏移。

设置制式挡头模板，确保施工缝处混凝土质量。

5. 结束语本项施工技术为大跨度软岩公路隧道机械化施工积累了成功的经验。

与双侧壁导坑法相比，可节省大量临时钢架施工支护费用，减少了投资。