浅述V级围岩开挖工法的综合比较

浅述V级围岩开挖工法的综合比较

【摘要】笔者以福建某高速公路隧道v级围岩施工各种开挖方法为研究对象,阐述了施工步骤、施工过程监控并进行综合比较以供参考。

【关键词】v级围岩；开挖工法；综合比较

在近些年的南方地区特别是沿海地区高速公路建设中，较软弱围岩开挖方式的选择一直是隧道施工中必然需要考虑的，特别是v级围岩，如何能做到既能保证施工安全又能保证开挖进度且能合理控制施工成本，是广大隧道施工项目技术人员的研究方向。

福建漳州某隧道设计均为iv级、v级围岩，在v级围岩施工过程中兼有中隔壁法（cd法）、交叉中隔壁法（crd法）、三台阶法、上下台阶法开挖，本文对前3种办法进行浅述及比选，以选择最合理的开挖方式。

1、工程概况

隧道左线长2297米，右线长2244米，地质条件相对复杂，为该项目控制性工程。隧道为分离式长隧道，隧道左洞v级围岩1122米，iv级围岩1175米，右洞v级围岩1088米，iv级围岩1156米。

隧道区地下水主要为风化基岩中网状裂隙-孔隙水，以及基岩裂隙水。隧道位于当地侵蚀基准面之上，山坡坡体较陡，地表水总体较贫乏，且隧道场址区未见明显的井、泉发育，总体上来说隧道场区为弱透水层。且有多条断层及节理密集带通过，对隧道洞身围岩的稳定较不利。

设计iv级及v级石质围岩采用上下台阶法进行施工，v级土质围岩采用中隔壁法进行施工。根据现场围岩情况及以往施工经验，研究后决定洞口段80米范围内先采用cd法及crd法进行施工，然后根据现场实际情况适时更换为三台阶法进行施工，并对比两种施工方法后确定最佳开挖方案。

2、cd法及crd法开挖

cd法，即中隔壁法，定义为在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧并施工中隔壁墙，然后再分步开挖隧道的另一侧的施工方法。crd法，即交叉中隔壁法，主要是在cd法的基础上，为了增加掌子面的稳定，控制下沉量，适应大断面施工，采用增设临时仰拱的方法封闭成环的施工方法。

crd开挖法主要施工工序如下：

1.开挖左侧导坑上台阶。

ⅱ.左侧导坑上台阶初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及临时仰拱），施工上台阶锁脚锚杆。

3.开挖左侧导坑下台阶（包括临时仰拱）。

ⅳ.左侧导坑下台阶初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及仰拱初期支护），必要时边墙脚设置锁脚锚杆。

5.开挖右侧导坑上台阶。

ⅵ.右侧导坑上台阶初期支护（包括拱墙初期支护及临时仰拱），施工上台阶锁脚锚杆。

7.开挖右侧导坑下台阶（包括临时仰拱）。

ⅷ.施工下台阶初期支护（包括仰拱初期支护及仰拱初期支护），必要时边墙脚设置锁脚锚杆。

ⅸ.拆除中隔壁临时支护

ⅹ.分步施工防排水系统和仰拱、边墙、拱部二次模筑混凝土衬砌。cd法开挖在以上步骤中省略临时仰拱的施工步骤。

在该隧道进出口80m范围内的cd法及crd法施工过程中，经过第三方的监控量测数据显示，进出口地表边坡测点共21个，有6个位移量超过2mm/周，累计平均位移2.25cm，处于安全阶段。初支周边位移及拱顶下沉所有测线或测点位移小于50%预警值变化速率小于1mm/d，处于最安全的i级报警状态，总体可控。

3、三台阶预留核心土法开挖

三台阶预留核心土开挖法是指在隧道开挖过程中,在三个台阶上分五个开挖作业面（有仰拱段为四个台阶六个开挖作业面），以前后六个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，缩短作业循环时间，尽早使初期支护封闭成环,形成整体支护，仰拱、二衬紧跟,逐步向纵深推进的作业方法。主要步骤如下：

①上部弧形导坑环向开挖，施作拱部初期支护；

②中、下台阶左右错开开挖，施作墙部初期支护；

③中心预留核心土开挖，隧道底部开挖，施作底部初期支护。

每部开挖后均应及时支护，隧道底部初期支护后应及时施作仰拱，尽早封闭成环。

在该隧道进出口改换三台阶法施工的80m范围内的第三方监控量

测数据显示，进出口地表边坡测点位移未见明显变化，处于安全阶段。初支周边位移及拱顶下沉所有测线或测点位移略有增大，但仍处于最安全的i级报警状态，总体可控。

4、综合比较

通过该隧道施工过程中三种开挖方法的现场施工情况来看，总的各有优劣，具体对比如下：

项目cd法crd法三台阶法

施工安全方面较安全安全较安全

技术难度方面较高高一般

施工机械方面中小型小型中大型

工序复杂方面较复杂复杂较简单

工程造价方面较高高较低

地表沉降监测小小小

拱顶沉降监测小小较小

周边位移监测小小较小

掌子面监测稳定稳定稳定

漳州该隧道长度为2270.5米，属于长隧道，且ⅴ级围岩占到了隧道总长度的48.7%，原设计采用了比较保守的crd开挖方法，开挖施工工序较多、施工面狭小、开挖面临时支撑多、空间狭小、难以发挥大机械开挖作业的作用，进度缓慢，效率低，一个施工面每天掘进不足0.5米,以该隧道左洞为例，两个洞口开挖，每个作业队要开挖ⅴ级围岩561米，ⅳ级围岩需要开挖587.5米，按照ⅴ级围

岩每天掘进0.5米，ⅳ级围岩每天掘进3米进算，开挖时间就需要1318天，再加上ⅴ级围岩与ⅳ级围岩变化段的交叉施工，无法满足隧道的工期要求,工期矛盾十分突出。

从施工实际情况来看，cd法及crd法施工工序较多，断面分块也较多，同时施工会产生互相干扰，扰动大，对施工安全较不利。且由于分块后断面较狭窄，不利于大型施工机械进行施工，经常发生对临时中隔壁和监控量测布点的破坏。且隧道开挖爆破施工对中隔壁会产生较大的影响，且中隔壁拆除过程中会对已稳定围岩产生二次扰动，有一定的安全风险。临时支护拆除难度较大，且造成材料浪费。特别是对于该隧道来说，由于v级围岩占比大，但是cd法及crd法工序多，较繁杂，进度受较大影响，且临时支护须待监控量测证明围岩稳定后方可拆除，对项目工期造成非常大的影响。

三台阶法开挖过程中上中下三个台阶同时进行施工，互不干扰，施工空间相比来说较大，有较好的施工平台，初期支护中的锚杆及小导管施工较方便，施工质量也得到了保证。改变开挖方法后每天掘进可达到2~3米，且由于ⅳ级围岩采用上下台阶开挖，在ⅴ级围岩与ⅳ级围岩变化段衔接性较好，节约了较多工期，成本也降低了，且工程总体仍处于可控状态。

5、结论

通过对该隧道v级围岩各种开挖方法的实践和综合比较，得出结论：cd法及crd开挖法较适合大断面开挖施工，通过中隔壁的减跨，临时仰拱的及时封闭成环，可确保掌子面的稳定性，控制拱顶下沉