刘　娜

(贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳　550000)



大型公路隧道开挖和支护稳定性分析研究

刘娜

(贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳550000)

摘要：将贵州省务川至正安高速公路胡家坝隧道、小水沟隧道、务川隧道作为主要研究对象，对施工工艺以及围岩开挖与支护进行了细致的分析，在此基础上展开开挖与支护稳定性方面的研究，为该隧道工程施工方案的确立与优化奠定良好的基础。

关键词：大型公路隧道；施工工艺；开挖与支护；稳定性分析

1工程概况

本合同段共有3个隧道，分别为胡家坝隧道，小水沟隧道，务川隧道。其中胡家坝隧道的左幅起讫桩号为ZK48+525～ZK51+434，长2 909 m；右幅起讫桩号为YK48+535～YK51+410，长2 875 m。小水沟隧道百纳隧道左幅起讫桩号为ZK53+069～ZK54+200，长1 131 m；右幅起讫桩号为YK53+045～YK54+200，长1 155 m。务川隧道为起讫桩号为JK0+940～JK1+935，长995 m。

2施工工艺

2.1超前管棚施工

具体的施工流程为：工程放样→排水→开挖→边坡防护→套拱→定位→钻孔→设置钢管→灌注。

2.2套拱施工

在对孔口管进行预埋的过程中，位置的选取必须按照设计要求与图纸。在安装工字钢的过程中，工字钢之间的实际间隔距离应切实满足设计要求。

2.3钻孔

在本次施工中，主要使用两台钻机进行平行钻孔，在轴线的两端由高至低进行钻孔，钻孔过程保持的方向需使用事先预埋完成的孔口管实施定位。钻机的控制与操作应稳定可靠，防止在执行钻孔的过程中左右晃动使孔位与设计要求发生偏离。在钻进时，应随时随地对钻杆的实际状况进行检查，如果发现较为严重的偏离现象，应立即做出调整，同时结合钻孔的实际情况对实施方案进行整改和优化。

2.4管棚钢花管安装

为了防止成孔在长时间的暴露情况下发生坍塌，在钻完一个孔位之后，应立即安装管棚钢管，在安装之前，应对孔洞进行细致的清理，确保无任何杂质。在安装之前，需将钢管的前端进行处理，制作成锥形，并根据设计要求对注浆孔进行对应的加工。安装过程中，钢管需逐步进入，管接之间使用丝口进行无缝连接，其长度保持在15 cm左右。相邻的两个钢管之间应预留不小于1 m的错开。

2.5注浆

在上述管棚钢管完成设置之后，需立即进行后续注浆，注浆过程中使用纯水泥浆液，注浆时浆液的压力在1.0~2.0 MPa之间。在实际情况中，将注浆管口放置在钢管的底端，随着浆液的流入将注浆管缓慢拔出，直到注浆过程结束，在完成之后，需使用其他种类的水泥对钢管进行填充，从而提高钢棚钢管的强度。在执行注浆时，相关工作人员应随时观察是否存在浆液蹿孔的情况，如果存在，必须立即停止注浆，在处理之后再进行注浆操作。

2.6超前小导管施工

超前小导管注浆运用外径为φ42 mm，壁厚为4 mm的热扎无缝钢管，长约400 cm，在施工之前将钢管前端制成锥形，钢管尾端焊接φ6钢筋加劲箍，管壁周围钻出四排φ8 mm压浆孔，孔与孔之前的间距保持为15 cm，呈梅花形分布。超前小导管的尾部需焊接在型钢支撑上。小导管前端制作呈锥形，尾部长度约为100 cm，以此作为不设注浆孔的止浆段。施工过程中，每排超前小导管安装35根，每隔360 cm设置一排超前小导管。小导管沿隧道开挖轮廓线布置向外倾斜，环向间距为40 cm，外插角为10°~15°，要求搭接长度大于等于1.0 m。注浆浆液使用纯水泥浆，浆液水灰比取0.5～1.0(重量比)。注浆压力应根据实际地层的密实程度决定，一般按0.5～1.0 MPa进行施工。

3围岩开挖与支护

3.1Ⅲ级围岩开挖及支护

本隧道工程Ⅲ级围岩开挖施工主要运用全断面光面爆破法进行，开挖后初期支护手段为挂网锚喷，在围岩开挖之后稳定性趋于平稳时，进行二测衬砌，使用凿岩机具进行钻孔，钻孔产生的砂土用侧卸式运输车装载。相比之下，Ⅲ级围岩相对较为稳定，所以在开挖的过程中可以适当增大循环进尺，每次循环进尺的设计值为2.5 m。具体的施工流程为：工程放样→凿岩机钻孔→爆破施工→运渣出渣→设置初级支护→完善防水设施→浇筑衬砌。

3.2Ⅳ级围岩开挖及支护

本隧道工程Ⅳ级围岩开挖施工主要运用上下台阶法，开挖后初期支护手段与Ⅲ级围岩开挖相同，施工中台阶的实际长度应准确控制在10~15 m之间。在钻孔的过程中，上断面需配置八台风枪，而下断面钻孔则使用凿岩机进行，利用反铲式挖掘机将上断面中的石渣全部移至下方，然后在固定的位置设置一个装载机，由具有一定自动卸车功能的车辆进行运输。开挖的过程中，应遵循短进尺、小爆破的原则，这是为了有效减少爆破产生的振动对围岩的不利影响，保证围岩在开挖的过程中可以保持稳定，循环进尺的设计范围为1.5~2.0 m，开挖完成之后，立即进行初期支护，支护手段为喷锚挂网，并设置钢结构拱架，及时对围岩进行封闭。施工过流程为：工程放样→上断层开挖与支护→下断层开挖与支护→设置支护拱混凝土→完善排水设施→浇筑混凝土。

3.3Ⅴ级围岩开挖及支护

Ⅴ级围岩开挖之后需运用小导管实施超前支护，开挖方法为环向开挖预留核心土法，要求在施工中上台阶与下台阶之间的距离需保持在5~10 m范围内。伴随开挖过程，使用高压喷射枪向开挖面喷射一定强度的混凝土，同时架设工字钢结构的拱架，架设完毕之后进行二次喷浆，直到浆液的厚度满足设计要求。人工控制风镐进行断面开挖，先进行断面超前支护，再按照设计方案进行开挖，同时构建完善的初期支护设施。开挖过程需遵循短进尺、小爆破的原则，每次循环进尺的设计值应小于等于1 m。

4稳定性分析

4.1大型公路隧道围岩的形变规律

通过大量的实验得知，隧道拱顶的沉降量一般比水平收敛的程度大很多，隧道边墙一般不会出现较大的位移，而且在对上台阶进行开挖以后、对下台阶进行开挖以前，边墙的移动方向是固定的，也就是围岩的深部，这样的实际与最初的计算结果是较为吻合的。产生这一现象的原因为：在开挖过程中，隧道拱段岩石在持续受到重力的作用下逐渐向隧道内部形变，由于公路的规模较大，所以支护结构与围岩会产生相对较大的压力区间，在传递至侧面的围岩时，会使侧面的岩体受到较大的压缩。因此，在这些较为关键的位置上应适当加强支护与控制的力度，在实际情况中，可使用喷锚网进行。

4.2现场测试

通过对现场测试的结果分析得知，该公路隧道的表面收敛与隧道拱顶沉降位移与开挖时间成正比。绝大多数测试点位在对隧道当前位置进行开挖时，位移最大，因此，在对当前断面进行开挖时，隧道围岩的稳定性最差，应注重该环节的支护结构。

5总结

实践证明，在大型公路隧道建设中运用台阶开挖法实施短掘短砌是具有一定可行性的，该施工方法不仅可以大幅缩短施工工期，其经济性与安全性都有所保证，具有广阔的应用与发展前景。

参考文献：

[1]万明富.隧道围岩净距讨论与小净距隧道研究[J].公路 ,2012,120(7):55-58.

[2]贾明魁,赵兴东,贾安立.极软岩巷道底鼓锚注支护控制技术[J].辽宁工程技术大学学报,2012,24(3):360-362.

[3]黄伦海,刘 伟,刘新荣.单洞四车道公路隧道开挖的模型试验研究[J].地下空间,2013,24(4):465-469.

Analysis of stability about excavation and support of large-scale highway tunnel

LIU Na

(Guizhou Road & Bridge Co., Ltd.,Guiyang, Guizhou 550000,China)

Abstract:This paper analyzes the construction technics and the excavation and retaining of surrounding rocks based on the project of Hujiaba tunnel, Xiaoshuigou tunnel and Wuchuan tunnel in the highway built from Wuchuan to Zheng’an in Guizhou Province. The paper also discusses about the stability of excavation and retaining, tries to set up and optimize this tunnel construction scheme.

Keywords:large-scale highway tunnel;construction technics；excavation and retaining;analysis of stability

中图分类号：U455.7

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)01-0120-02

作者简介：刘娜(1986-)，女，贵州安顺人，助理工程师，主要从事公路桥梁研究。

收稿日期：2015-06-03