马 德 兆

(山西远方路桥集团有限责任公司，山西 大同　037005)



软弱地层大断面隧道施工方案与技术优化策略

马 德 兆

(山西远方路桥集团有限责任公司，山西 大同037005)

以某扩改工程中隧道施工为背景，通过对CRD方案和台阶方案进行技术性的比较与选择，论证了三台阶七步开挖法施工技术在实际施工中的可行性与优越性，为软弱地层大断面隧道工程施工提供了方案与技术参考。

软弱地层，大断面，隧道，施工方案

0　引言

处于软弱地层大断面上的隧道，基本上都会因为跨度的增加而呈现出扁平、椭圆的形态。这种拱形结构的抗压力和承载力都不高。围岩应力会逐渐集中于拱脚处，而拱顶部位的围岩压力则会变得软弱松弛。这是软弱地层大断面在隧道开挖作业的过程中常见的一种施工问题。施工人员和技术人员应该根据隧道现场的具体情况，选择科学合理的施工方案，并在简化施工工序的同时提升技术水平。

1　工程概况

本次研究选择的是某隧道工程，该隧道全长396 m，起始和截止的里程桩号分别是DK391+664和DK392+060。隧道埋深最大的位置距离地表50 m。该地段的地质条件较差，整个隧道的下方是薄层状的泥质结构，上方由第四系的全新统坡残积粉质黏土完全覆盖。泥砂质软，岩质较硬。该隧道穿过的岩层主要是强风化层的软质岩，岩体破碎，发育的强度和稳定性都相对较低。该段工程项目的地表水基本上都是大气降水，地下水则大多都是具有弱酸性的酸性水质。开挖施工的整体跨度是16 m，平均高度是13.5 m，断面较大。

2　软弱地层大断面隧道施工的主要方案及其技术

2.1CRD施工方案(交叉中隔壁工法)

CRD施工方案中的交叉中隔壁工法是将软弱地层大断面分割成上、下、左、右、前、后这样六个不同的小断面，逐个进行开挖施工的一种施工技术。如图1所示，在前期的地质预报和测量放线工作结束以后，就可以开始具体的开挖作业了。对隧道中的上、下部进行施工时，需要安装竖撑，以防止隧道的塌陷或沉降。架设起工字型的钢筋支架，喷射4 cm厚的混凝土至28 cm，开挖作业的单次循环深度为0.5 m。左、右部的施工需要安装横撑，以防止隧道内部拱形结构的严重变形。开挖施工的长度一般在3 m～5 m之间。前、后部的隧道施工相对较为轻松，不需要运输、安装横撑与竖撑。但是施工人员要在施工过后逐步拆除临时搭设的钢架，灌注混凝土，完成仰拱回填。最后，还要利用隧道的衬砌模板台车，使用一次性的浇筑技术进行二次衬砌结构的构建。

2.2台阶施工方案(三台阶七步开挖法)

台阶施工方案中的三台阶七步开挖法是将软弱地层大断面的施工隧道分为七个不同的作业面，在七个相互错开的不同位置上同时进行开挖施工的一种施工技术。如图2所示，在测量放样之后，施工人员应该在七个不同的位置建立单个作业面的支护，通过七个小型支护的支撑保护作用，形成整个大断面隧道的支护。检查到各个支护开始作用于隧道的拱形结构之后，就可以开始三台阶七步法的施工作业了。首先，对上层台阶的弧形导坑展开环向开挖，加强初期支护对隧道顶部拱形的支撑力量。然后，在中层台阶和下层台阶上分别实施错开的开挖作业，以此提高隧道周边墙体对拱顶的基本支撑力。其次，在中心位置预留出核心土，开挖隧道底部并及时落底。最后，封闭初期的支护结构，尽可能在最短的时间内完成仰拱填充作业，将支护结构封闭成环，以确保隧道内部拱形结构的均匀受力。

3　软弱地层大断面隧道施工方案与技术的优化选择

根据上文中对CRD施工方案中交叉中隔壁工法和台阶施工方案中三台阶七步开挖法的介绍，笔者分别从施工质量、安全指数和施工进度这三个方面入手，对两种方案与技术进行了详细地对比。具体的对比结果如表1所示。

表1　CRD和台阶施工方案及其技术的对比

从表1中的对比情况可以看出，CRD施工方案中交叉中隔壁工法可以通过将大断面改成小断面的施工技术，有效控制隧道施工过程中的结构变形问题。然而，在质量、安全和进度中有着诸多缺陷，不能尽如人意。相比之下，台阶施工方案中三台阶七步开挖法拓展了隧道内部的作业空间，避免了机械设备派不上用场或机械操作难以控制等尴尬局面的出现，还降低了工人们的劳动强度，节约了一定的人力和物力。在减少成本、保证质量的同时，也提升了施工现场的安全指数。施工进度更是达到了CRD方案的2倍。只是在控制隧道内部拱形结构变形的这一问题上还有待进一步的提升。所以大坪隧道的开挖施工，选用的就是台阶施工方案中的三台阶七步法的施工技术。而其他软弱地层大断面隧道的施工人员和技术人员，应该根据施工现场具体的地理报告、地质情况与环境特点，选择最佳的施工方案和施工技术。

4　结语

通过对两种施工方案及其技术的对比优选，不难发现，CRD施工方案和台阶施工方案在软弱地层大断面的隧道施工过程中有着各自不同的设计理念和工艺流程，技术方面各有优劣。其中，三台阶七步开挖法虽然也有一些细节上的缺陷，但整体上的优势较为明显，得到了更加广泛的应用。

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[2]李利平,李术才.超大断面隧道软弱破碎围岩渐进破坏过程三维地质力学模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2012(3):550-560.

[3]李术才,李利平.地层条件对超大断面隧道软弱破碎围岩施工影响过程规律的数值模拟分析[J].岩土力学,2011(S2):673-678.

On construction scheme for large-section tunnel at weak stratum and its technical optimization strategies

Ma Dezhao

(ShanxiYuanfangRoadandBridgeGroupCo.,Ltd,Datong037005,China)

From the tunnel project of some enlargement and reconstruction project, the paper undertakes the technical comparison and selection for CRD scheme and bench scheme, indicates the feasibility and advantages of the three-bench seven-step excavation method, so as to provide some reference for the scheme and technique for the large-section tunnel project of weak stratum.

weak stratum, large-section, tunnel, construction scheme

1009-6825(2016)19-0157-02

2016-04-25

马德兆(1978- )，男，工程师

U455

A