道路施工论文发表浅谈30m大跨度公路隧道开挖、支护技术

　　摘 要：伊朗德黑兰萨德——纳耶雅士公路隧道项目位于德黑兰北部，由南、北主隧道、库尔德斯坦隧道及其他附属隧道组成，其中主隧道最大截面处跨度达到30m，具有一定的施工难度。本文将结合萨德——纳耶雅士公路隧道施工过程中采用的一些施工方法和技术参数来详细介绍该隧道的开挖和支护技术。

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　　一、工程概况及特点

　　萨德——纳耶雅士隧道主要由南、北主隧道、库尔德斯坦隧道、03隧道和04隧道组成。其中南隧道全长1850m，北隧道全长1950m，主隧道为3、2车道隧道。库尔德斯坦隧道为全长950m的2车道隧道，并与南隧道地下交叉穿越，形成了连接库尔德斯坦高速的南北向连接通道。03、04隧道为累计长度569m的1车道隧道。隧道总平面如下：

　　由隧道总平面图可以看出，隧道虽然不长，但是平面及立体交叉较多。在平面上，北隧道与03隧道，北隧道与库尔德斯坦隧道，南隧道与04隧道，以及南隧道与远期停车场交叉口处，隧道断面较大，最大的北隧道与库尔德斯坦隧道交叉处断面达31m，在挖掘、衬砌时均有较大难度。

　　二、隧道施工方案

　　萨德——纳耶雅士隧道施工的主要难点在于2车道、3车道及交叉口大断面等几个截面。下面针对这几个跨度较大的截面，对其施工方案做一个简单的介绍。

　　(一)2车道隧道

　　2车道隧道横断面

　　如上图所示，2车道隧道采用3台阶发分5步挖掘，上部和中部又分成左右两部分挖掘，上部两部分中间采用临时衬砌支护隔断，仰拱部分最后挖掘。所有断面完成挖掘、初衬后拆除中间临时支护，进行隧道二次衬砌。

　　(二)3车道隧道

　　3车道隧道横断面截面

　　如上图所示，3车道隧道分左、中、右3部分开挖,左右两部分按上、下两层开挖，中

　　间部分按上、中、下3层开挖。3部分中间由隔墙隔断，隔墙由钢筋桁架及钢筋网片并喷射混凝土临时支护。待全断面挖掘并初衬完成后，拆除中间隔断，然后安装防水板，开始二次衬砌。

　　(三)交叉口处大断面隧道

　　如上图所示，基本工法与3车道隧道大致一致，只是断面更大，对于此类大断面隧道的开挖，我们采用了阶梯式变截面的方法进行挖掘过渡，与普通截面连接。在下一章将对这处30m大跨度公路隧道横断面的开挖和支护技术进行详细阐述。

　　三、施工工法详解

　　(一)施工准备

　　开挖过程避开雨天进行，施工前做好地表情况调查，完善施工范围内地表防排水系统，特别是对顶部及两侧的冲沟进行疏导引流，减少地表水对隧道周边岩体的侵蚀。洞口段边仰坡开挖严格按设计控制坡度，松软地层开挖时从上至下，边挖边防护，随时监测、检查山坡稳定情况。边仰坡上浮石、危石要清除干净，坡面凹凸不平处予以修整平顺。

　　(二)洞口浅埋段施工

　　超前大管棚作为洞口浅埋加强段的辅助施工措施，它通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成拱部坍塌。[1]在洞口Ⅲ类围岩段进洞施工时采用ф50×5mm小导管超前支护;在土质或全、强风化的Ⅱ类围岩段进洞施工时采用ф127×8mm大管棚超前支护，管棚内安装钢筋笼，增加管棚刚度。

　　(三)洞身开挖及支护

　　隧道洞身采用台阶法开挖进洞，首先通过超前地质预报进行掌子面前方岩体的施工性能进行判别，及时调整实施超前支护方案。因为开挖断面宽度大，对施工安全监测要求高。开挖放样后，利用钢架进行超前导管定向。沿开挖轮廓线外缘进行超前导管支护，导管的尾部与钢架焊接牢固，采用注浆机进行导管超前预注浆固结。

　　(四)洞身上台阶开挖

　　根据测量放样，在对隧道周边围岩超前加固后，进行隧道上台阶开挖。上台阶开挖高度控制在7m左右，一是便于工人支护施工操作，二是便于大型机械化出碴作业施工。Ⅳ类围岩段循环进尺控制在2.5～3.5m，Ⅲ类围岩段开挖循环进尺控制在1.5～2.0m，Ⅱ类围岩段采用弱爆破与挖掘机相结合的开挖方式开挖，人工风镐修整开挖轮廓面，循环进尺控制在0.5～1.2m。机械钻孔，光面爆破。为减小爆破对围岩的振动，使周边眼爆破时有较好的临空面，掏槽眼、辅助掏槽眼、底眼、辅助周边眼、周边眼导爆管采用跳段或加大雷管段别的方法，即采用1段5段9段13段17段或2段6段10段14段18段的布设方式。开挖后及时进行型钢架、超前导管、锚杆、钢筋网、喷射混凝土等联合支护。

　　(五)洞身下台阶开挖

　　当上台阶开挖超前30m并且支护稳定以后，再进行下台阶开挖施工。下台阶开挖长度根据围岩类别Ⅲ类控制在3～5m之间，Ⅱ类控制在2～3m之间;开挖宽度根据施工调整一般取7～10m。在Ⅱ类围岩段下导开挖时上台阶支护底脚边墙处预留宽度不小于1m;进行超前支护后采用挖掘机配合人工修整至设计位置，要避免单侧5榀以上钢架同时悬空，钢架及时接至底脚，施工锚杆、钢筋网，及时进行喷射混凝土支护。下导坑左右交错开挖施工长度可根据施工情况具体调整，一般可控制在15～20m之间。

　　(六)隧道初期支护

　　隧道初期支护是由中空锚杆、钢筋网片、型钢架和喷射混凝土支护等联合组成的一种受力结构。在洞口加强段辅助ф127×8mm大管棚超前支护、ф50×5mm管棚超前支护以加强围岩受力，确保隧道洞室开挖稳定。在隧道断面开挖后，及时进行通风、排危和断面超欠挖检查处理。具体支护技术流程图如下：

　　初期支护紧跟开挖面，使围岩与锚喷网及时联合成受力体系，共同受力。锚杆钻孔本身应成直线，不应弯曲。方向沿隧道周边径向，并根据岩层节理、产状予以调整，不能平行于岩面。小导管架立钻孔时应精确核定孔位，保证钻机钻杆线与导管设计线吻合，钻机在钻孔时不能产生偏移和倾斜。导管的尾部与钢架焊接牢固。钢筋网按照设计和规范要求进行预制加工(100cm×100m、200cm×200m)、现场安装，并使钢筋网紧贴初次喷射混凝土面(岩面)。钢筋网的交接点采用梅花形间隔点焊，利用外露中空锚杆进行固定，个别部位采用架设适当的Φ25钢筋头(锚固剂锚固)固定牢固，使钢筋网在喷射混凝土时不至于晃动。[2]

　　安设前进行断面尺寸检查，及时处理欠挖侵入净空部分，保证钢架正确安设，钢架外侧有不小于5cm的喷射混凝土。安设拱脚或墙脚前，清除垫板下的虚碴，将钢架置于原状岩石上。在软弱地段，采用拱脚下垫钢板的方法。钢架与封闭混凝土之间紧贴，在安设过程中，当钢架与围岩之间有较大间隙时安设垫块，垫块数量大于10个，两排钢架间沿环向每隔1m用Ф22的纵向钢筋焊接，形成纵向连接系。拱脚高度不够高设置钢板调整，拱脚高度低于上半断面底线以下10cm。拱脚每边打两根Ф25长1.5m的锁脚锚杆，利于下部开挖时初期支护的稳定。

　　喷射混凝土前对原材料、机械设备进行检查，检查受喷岩面，清除危岩浮土和欠挖部位，冲洗吹扫岩面，埋设厚度标志。边墙部分为自下而上，从左到右或从右到左，分段分片进行，并注意呈旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按顺序进行，旋转半径一般为15cm，每次蛇行长度为3～4m。在拱部拱脚至拱腰处，自下而上，拱腰至拱顶由里向外喷射砼。当岩层松软易坍方时，喷射作业应紧跟作业面，初喷应先拱后墙，复喷应先墙后拱，喷射砼时，其喷射砼速度不宜太慢或太快，适时加以调整。钢架与围岩之间的间隙采用由两侧拱脚向上喷射密实。最后完成隧道壁及隧道顶的钢筋绑扎后，在底板混凝土上拼装衬砌台车，进行隧道壁和隧道顶的二次衬砌。

　　(七)隧道二次衬砌

　　待隧道初期支护稳定后，安装防水材料，并进行密闭性检查后开始进行隧道二次衬砌。本工程采用钢模版衬砌台车进行衬砌，结合本隧道截面特征，共采用1车道台车，2车道台车，3车道台车及大断面台车4种类型台车，衬砌台车均为厂家定制产品。

　　衬砌台车在隧道内组装完成后，一般以每6m为一模板进行二衬混凝土施工，浇筑混凝土48小时后拆除模板，衬砌台车移至下一工作面。在大跨度截面处，单辆台车的截面调整量远远达不到隧道截面尺寸，采用2辆台车并排拼装模板的形式进行施工由于大断面处的隧道截面尺寸阶梯式渐变，模板尺寸需在每个不同截面处进行调整。

　　结束语

　　本文结合伊朗德黑兰萨德——纳耶雅士公路隧道项目的实践，对大跨度公路隧道开挖和支护技术进行了浅讨，为今后大断面公路隧道的施工积累了经验。但对这样的大断面隧道，施工中尚存在许多技术问题有待研究，还需要进一步系统研究。

　　参考文献：

　　[1]马建军、卫永毅、陈向军、陈德国、刘涛.四车道大跨度公路隧道施工工法[J]. 中铁二十一局集团有限公司.2009(11)

　　[2]马飞.黄羊山二号隧道三车道大跨度隧道土质浅埋段开挖及支护施工技术[J]. 中国外资,2010年(7)