南吕梁山隧道围岩开挖技术浅谈

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摘要：本文将以南吕梁山隧道为例，大致介绍一些围岩开挖技术及相关施工经验，重点阐述全断面法的施工设计要点以及施工工艺控制要点，并加以总结上述方法成功的关键因素还有其管理上的要求，希望能为其他相似的工程施工提供参考。

关键词：南吕梁山隧道；围岩开挖；施工方法；施工技术

中图分类号：U45文献标识码：A

在隧道施工的过程中，能否正确选择隧道的开挖方法，是影响隧道稳定以及施工运营期间各种工程安全文问题的首要考虑因素，必须引起高度重视。隧道中围岩在开挖的过程中，选择不同的开挖手段及施工步骤都会对隧道围岩应力重分布产生一定影响，对隧道围岩的稳定有着巨大的制约作用，还对控制工程成本有较大作用。要充分考虑影响围岩稳定的各种因素，对围岩隧道采用三种不同的施工方法，为南吕梁山隧道设计提供理论参考。

一、南吕梁山隧道工程概况

南吕梁山隧道地处山西省临汾市境内，隧道线路整体贯穿于南吕梁山山脉以东（临汾盆地边缘丘陵区）。隧道进口端地处蒲县境内，出口端地处临汾市尧都区与洪洞县交界处，设计方案为双洞单线隧道，线间距30m。左线进口里程 DK298+175，右线进口里程DK298+145,分界里程 DK310+800，左线总长12625m，右线总长12655m；左线进口段 DK298+145～DK298+145段位于缓和曲线（缓和曲线长为120m，圆曲线半径为1200m），其它均位于直线段，隧道中的设计为单面下坡，自洞口起分别以8‰（坡长575m）、12.6‰、10.9‰下坡到隧道出口；右线均位于直线段上方，隧道内设计为单面坡，自进口起分别以6.6‰ （坡长795m）、 12.6‰,11.1‰下坡到隧道出口。

在DK304+200、DK309+050附近设置1#、2#斜井。采用双车道无轨运输断面，其中1#斜井总长为2450m，综合坡率为11.1%，2#斜井总长为2630m，综合坡率为11.4%，如下图1-1。

图 1-1斜井布置图

二、南吕梁山隧道围岩开挖技术

南吕梁山隧道围岩总共分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级四个等级，Ⅱ、Ⅲ围岩将采用全断面法开挖，下文将着重阐述全断面法技术。

（一）全断面法

南吕梁山隧道Ⅱ级围岩将全部采用全断面开挖法，循环进尺为3m～3.5m，施工过程中可采用多功能作业台架再配合人工手持风钻进行打眼、装药，电雷管起爆等工作，爆破将采用光面爆破。利用全断面法开挖钻眼前要先画出开挖断面轮廓、中线、水平线、底板线，标出炮眼位置，钻眼时必须严格控制炮眼的角度和深度还有间距，尤其是周边眼（周边眼应采用小直径药卷间隔装药）。

1.施工原则

在全断面法施工过程中，必须严格遵循以下步骤：

1.1支护措施

南吕吕梁山隧道Ⅱ级围岩，按照Ⅱ型支护参数进行施工[1] ，拱部局部打设φ22中空组合式锚杆，长度2m。喷射C25喷射混凝土,厚度为5cm。按设计、规范要求进行监控量测，及时反馈量测信息，指导现场施工。

Ⅱ型复合式衬砌，二衬拱墙设计为30cm 厚C30混凝土；底板厚度为40cm，分别为10cm厚的C20混凝土底板找平层和30cm厚的C35钢筋混凝土底板。依据这一特性可推断，在Ⅱ类围岩隧道施工过程中开挖后必须要跟进初期支护，及早完成初期封闭，对于此类围岩小断面隧道施工无需进行超前支护[2]。

1.2进尺长短

对于周边眼安排的工作来说，必须准确无误的沿着开挖轮廓线上进行均匀布置工作[3]。

1.3爆破强度

在隧道工程当中，遇到Ⅱ类围岩岩质较硬的情况时，多数施工单位都会选择光面爆破法，若是遇到质地较软的岩石时便采用预裂爆破法。由于预裂爆破就是另一种形式的光面爆破，那是由于预裂爆破和光面爆破的原理基本一致。但是由于所需爆破材料较少，因此在起爆后对围岩会产生的破坏干扰随之就会相应减小,因此大部分时候施工单位在软弱破损的岩层中都会更倾向于选择预裂爆破法[4]。

1.4 早封闭

Ⅱ级围岩拱部局部打设锚杆，Ⅲ级围岩在拱部打设锚杆，Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面光面爆破不设置拱架、网片。只有这样，在隧道施工项目中，才能在全断面法建设施工中对隧道内部岩石建立起更有效的支护体系，更有效的进行快速施工。

2.全断面开挖Ⅱ类围岩的优势

对于全断面开挖方法，具有以下几点优势。

2.1在全断面开挖方法的实施过程中，可以使施工人员能有比普通工作方法所拥有的更大工作空间,与普通工作方法相比，全断面法更加适用于大型机械化施工项目。

2.2有利于围岩稳定，由于在全断面开挖方法中，对于岩面采用的是能够一次成功的预裂爆破法。在前文中也有提及，预裂爆破法本身对软质地的岩石所起的影响作用非常小，因此隧道施工中的围岩也会相对比较稳定，对围岩惊动次数以及强度上远远不及普通方法的一半。

3.钻孔爆破技术的应用

3.1掏槽区域钻孔规划及钻孔方向的管控

掏槽成效将左右挖掘工程的进度，若掏槽孔眼分布位置错误或方向不一样，就会对爆破效果产生影响，进而使岩石残渣堵塞在孔眼内。

（1）形成的主因是：对爆破设计有陌生感，其主因是人员的变动；钻孔方向参照物缺乏，不能统一钻孔方向；此外，整个测试台上造成钻孔的遗漏（协调指挥不佳）也是主因之一。

（2）应对措施：第一，应用测试台上的自然区域，将钻爆工作按计划规划成特定区间，并编绘钻孔分布示意图以及钻孔的长度、角度示意图；第二，将爆破人员按以上区间进行人员的分配，降低人员的流动性，并各自牢记该区间的钻孔数据；第三，掏槽孔方向应利用测试台架构及底版做明显标志；第四，整个测试台上钻孔尤其是掏槽区孔眼在安装炸药前应仔细核查，使其长度和角度符合爆破规范，规避打孔遗漏或炸药堵塞孔眼后其它孔眼已装有炸药而不能再填补的情形出现[5]。

3.2炮眼雷管段别的精准度管控

掏槽孔与扩槽孔之间，以及扩槽孔与内圈眼之间在部分区域因为空口位置邻近，极易混淆雷管段位，进而扰乱起爆顺序并影响爆破成效。其应对的措施主要有。

（1）钻爆人员应依照爆破设计的段位在孔眼中放置炸药，并按区间进行核查。

（2）钻爆人员应仔细核对自身的责任区间并进行仔细检查，对导爆管上没有显著标志段位的雷管进行调换。

3.3底端超挖和欠挖的管控

隧道底端的超挖和欠挖一直是困扰隧道挖掘工程的一大难题。其主因是由于在底端钻孔没有在拱部钻孔便捷。在底端钻孔时要弯下身子，钻杆要往后抬，前端要穿插。这样，必将陷入不是超挖就是欠挖或者底端呈齿轮状的困境；而且，上述情况会导致测试台基本无法前进，来回走动会被卡住，从而影响施工进度。经过笔者对隧道全断面施工的调查和研究，在测试台后的行走轮子或轨道之间卡一根钢梁，之后在打底端的孔眼时，风钻可平放在地上，钻孔人员只需调整送风量就可使钻孔平整。

4.楔形槽的应用及其经济效益解析

楔形掏槽的定义：在工作面上由两组对称的倾斜炮眼构成，爆破后形成楔形的掏槽。其种类有水平楔形和垂直楔形两类。通常情况下，后者的使用频率较高；但当有水平构造面时，则使用前者。在挖掘中等断面以上（>4m2）的工程经常利用到。假如使用机械进行钻孔，楔形槽的利用就较少。

利用楔形槽进行作业，在孔眼利用效率、单位立方岩石的选取、炸药的节省量及钻孔流程的简化等方面都有应用价值。尤其值得一提的是：楔形掏槽钻孔量要比直眼法锐减1/4左右，在时间、成本上都有较为显著的优势。楔形槽施工方式在中部区域没有孔眼，所以测试台中部就不必设置平台，残渣的装运变得极为便捷。

楔形槽因为其作业特性决定了其挖掘面比较大，并且掌子面有强大的自我稳定功能。楔形掏槽的宽度和深度，即楔形的尺寸会受钻孔工具及钻杆倾斜度的约束，可以先使用短钎杆进行打孔后使用长钎杆钻孔。

楔形槽将大掌子当作边界面使用，这形成了楔形掏槽法挖掘中孔眼数量少的特点。这样，可以节省炸药[6]。这也充分解释了挖掘孔眼与掏槽孔眼的间隔距离达到1.5米还能实现有效爆破的原因。

三、总结

我国自古以来就是一个多山的国家,在山区修建铁路必然产生许多隧道工程。但是目前我国仍然没有十分完善的地下结构理论用来指导隧道工程的设计和施工问题,有时候依旧避免不了工程事故的发生。因此,要根据不同的地质条件,采取相应的施工技术,才能中最大限度确保隧道施工和使用的安全。

参考文献

[1]齐志阳.浅埋复杂地质隧道围岩开挖技术[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(6).

[2]李利平,李术才,赵勇等.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,2012,31(3):550-560.

[3]周泽林,陈寿根,段运启等.唐家山隧道围岩变形规律探讨[J].施工技术,2011,40(20):50-52.

[4]文竞舟,张永兴,王成等.隧道围岩-喷射混凝土界面应力解析[J].土木建筑与环境工程,2012,34(6):67-74.

[5]王乾,曲立清,郭洪雨等.青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术[J].岩石力学与工程学报,2011,30(4):790-802.

[6]张国庭.特长隧道围岩施工技术探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2012,(4).