摘要：近年来，随着山区公路交通网络的逐渐完善，隧道施工成为了公路交通中重要的一个部分。公路隧道软弱围岩隧道浅埋段施工具有较大难度，如果不加以注意，将会直接影响整个隧道施工质量。以某公路隧道施工段为例，对公路隧道软弱围岩隧道浅埋段施工工艺进行分析，为同行工作者提供参考。
关键词：公路隧道；软弱围岩隧道浅埋段；施工工艺
1 工程概况
某公路隧道工程位于陕西某地，全长 3224 m，埋深20 ～ 30 m 之间，隧道设计为双向单洞，洞内支护采用复合式衬砌，以超前支护、全环 I20b 型钢加强围岩地段支护。敷设
为双块式 CＲSTI 型无砟轨枕。该地段大部分岩体严重受构造影响，风化现象较为严重，围岩松散破碎，隧道开挖宽度为13．0 m，洞口段风化严重，开挖后围岩易收敛变形，工程整体地质条件较差。
2 软弱围岩隧道浅埋段施工工艺
2. 1 大拱脚台阶法
在开挖某段隧道中，先将其施工作业面分成 6 个开挖面，把这 6 个位置前后错开同时进行开挖，并分部对其进行支护工作，这样就可以形成有效的支护整体，这样的施工方法就叫做大拱脚台阶法。在软弱围岩承载力不足的隧道施工中，应用该方法可以扩大上部钢架拱脚与垫板，缩短台阶长度，这样不仅可以确保初期支护成环，还可以及时跟进稳定支护体系，在隧道施工中具有实际应用价值。大拱脚台阶法和传统施工相比，能够实现多个作业面平行作业，并且在其施工初期，操作较方便，可以促进整个机械化施工的快速进行，并且其适应性也要明显优于传统施工，例如在软硬岩出现变化或者是围岩结构具有一定复杂性的时候，即可以立即转化施工方法。不仅可以逐步推向纵深，最重要的是可以有效缩短作业循环时间。此工艺结合了三部台阶法的优点，既减少分部开挖次数，还满足了对围岩加强控制的要求，加快了初期支护早封闭的时间，能尽早对侧墙支护进行落底，尽可能地避免不安全因素出现在施工过程中。所研究的隧道开挖过程中，大拱脚预留核心土台阶法共四个部分，分别是上台阶、中台阶、下台阶以及仰拱，其开挖则是在 4 个不同开挖面和 4 个不同位置错开进行，同时支护其各分部，最终结合成整体支护。其实质是利用核心土对掌子面施压，尤其拱脚处的特殊设计提高了钢架支护的稳定性，也增强了初期支护强度，进而完善受力结构。在实际施工中应用在拱脚台阶法，不但要对隧道施工维护控制强化，还应采取最大化地减少分部开挖次数并加快初期支护时间等措施，减少在施工中不安全事故的发生几率。在具体施工应用中，还应注意一些关键技术问题。在大拱脚台阶法应用到隧道施工中，应该做好施工工序衔接问题，避免围岩失稳，减少围岩暴露时间；同时控制施工中隧道垂直方向的变形，需要在上部钢架中增加大拱脚，提高拱脚的承载能力；在钢架拱脚底部打设锁脚锚杆，确保钢架的稳定性，这样可以防止开挖中形成拱部下沉变形；还应确保施工按设计要求，控制超前锚杆支护外插角在 10b ～12b，保证隧道支护安全；并且还需要在隧道周边预留 20 ～ 30 cm，避免机械开挖对围岩的影响，保证围岩稳定性。
2.2 CRD施工法
CRD施工法采用预留核心土的方法，将大断面隧道分成 4 个相对独立的小洞室，之后对四个小洞室展开分部施工，遵循以下施工原则：小分部，短台阶，短循环，快封闭，勤测量，强支护。随挖随撑，及时做好初期支护。然而这种施工工艺分布较多，不利于机械化作业，前面施工形成的力学平衡体系会受后续开挖和拆除支护影响，围岩应力遭到多次改变，可能会出现较大的变形量。
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3 软弱围岩隧道浅埋段施工数值计算
3.1 设置模型
目前工程界广泛应用一种传统的弹塑性力学定律，既Mohr － coulomd 准则，与岩石材料实验结果较为接近，所反映的岩土材料破坏特征符合实际破坏情况。公式如下：
Tn= G + σn+ tanφ
式中：T、φ 以及 G 分别代表是极限抗剪强度，岩土内摩擦角和受力面上的正应力。
3.2 计算模型
整体模型尺寸为：隧道横向取左右测距隧道轮廓线各50 m，为了分析因隧道开挖造成的纵向、横向及竖向位移模拟开挖 15 m。大拱脚台阶法拱顶沉降量为 40． 23，CＲD 法为 30．74，CＲD 法拱顶沉降量为大拱脚的 76．4%。
随着隧道的开挖，大拱脚台阶法拱顶沉降会逐渐均匀且平缓。表 2 中可看出大拱脚台阶法造成的掌子面挤出位移最大值为 56．02，CＲD 法为 37．53，为大拱脚台阶法的 66．9%。
大拱脚台阶法会随隧道的逐步开挖其掌子面挤出变形也均
匀增长。
4 软弱围岩浅埋段是隧道施工重点
4.1 施工前
由于公路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工难度大于其他一般隧道施工，所以应更留意施工过程中的常见问题，通过控制施工质量保证施工安全顺利进行。在施工前应对现场的具体情况予以全面了解和掌握，实地勘察隧道周围自然环境、围岩特点、工程地质、浅埋土层地下水深度等情况，使工程设计方案更加科学合理。
4.2 施工过程中
一般软弱围岩的岩体荷载力小，岩体强度底，应做好超前支护措施，以此保证隧道施工的安全。在进行超前支护工作时，可根据穿越长度、现场地质条件、隧道上部上覆土层等具体施工情况确定支护管的长度和管径。为确保支护性能可靠，可在注浆前进行压水试验并检查所使用的机械设备。支护工作初期应在开挖隧道后及时进行，所采用的施工方法必须要与施工设计相符合，在整个工程中应用的材料质量也要和相关规定相符。冬季施工需注意喷射机中混凝土的粉尘含量必须要在 2 mg/m3之下，温度≥5 ℃。在对其喷混凝土完工之后，还要实施一定的维护保养，在对初期支护完之后，可以对其质量进行检验，达到相关质量要求方可进行下一道工序。一般情况下开挖隧道所使用的措施，包括及时支护、短进尺、弱爆破及强支护等，严格根据设计方案要求设定爆破用药量和具体爆破方法，降低爆破对隧道周围岩层的影响。尽可能地赶在冬季或雨季前完成洞门修筑工作，其墙背回填和端墙的砌筑应保证两侧同时进行，避免因二次衬砌产生偏压影响工程质量。此外，为避免出现拱部崩塌现象，在下部开挖之前可通过在上部支撑拱脚处设置锁脚锚杆和纵向槽钢托梁，以此提高支撑力，同时还可采取加设套拱的方法解决沉降过大的部位。
5 结语
总之，公路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工工艺关键在于其支护作用，通过支护阻止或缓解围岩变形，避免塌方事故。本文所研究的大拱脚台阶法和CRD施工工艺，从掌子面挤出位移方面及隧道拱顶下沉，大拱脚台阶法变形值均大于CRD法，施工效率、施工安全性及经济成本也优于CRD法，因此，此方法值得应用在公路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工中，并根据施工工艺特点及时调整其施工方案，合理安排各道工序，全面提高软弱围岩施工生产质量。
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论文作者:杨善胜
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
标签：围岩论文; 隧道论文; 台阶论文; 软弱论文; 公路论文; 初期论文; 钢架论文; 《防护工程》2017年第15期论文;