大跨度软弱围岩隧道施工技术研究
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【摘 要】大跨度软弱围岩隧道因其围岩软弱、开挖跨度大、难以控制围岩稳定性等问题，给施工带来了一定难度和风险，如果控制不当，便可能导致大变形、塌方等工程事故。双侧壁导坑法对于跨度大、围岩条件较差、地表沉陷要求严格的隧道比较适用，有利于隧道围岩的稳定性；微台阶留核心土法施工不需临时支护，并且各台阶平行作业，可保证支护结构的承载能力，也更有利于确保工程施工质量。文章简要探讨了这两种施工方法的技术特性，并结合工程实例进行了分析。
【关键词】大跨度；软弱围岩；隧道施工；双侧壁导坑法；微台阶留核心土法
大跨度软弱围岩隧道施工一直是个工程上的技术难题，由于围岩软弱、开挖跨度大，使得围岩的稳定性难以控制，施工控制不当的话可能出现大变形、塌方冒顶或边仰坡垮塌等事故。尤其是结构高跨比较小的隧道，其呈现出的扁平状更加不利于结构的稳定性，扁平状洞室开挖后很容易降低围岩稳定性，集中围岩的应力，相对的增大了其松弛压力，当围岩变形应力超过支护结构提供的内力时，便会直接威胁到隧道的施工安全。为解决大跨度隧道形状扁平、围岩稳定性差的问题，通常对于大跨度隧道洞口段进行缩小开挖断面、分部开挖，以提高围岩稳定性，双侧壁导坑法和微台阶留核心土法便是两种最为常用的施工方法。下面简要探讨这两种大跨度软弱围岩隧道施工技术，并结合工程实例进行分析。
一、双侧壁导坑法及其特征
双侧壁导坑法，即先在隧道两侧开挖高度要大于跨度的两个小的导洞，这样就使得竖向荷载明显大于水平荷载，有利于结构的受力。通过施作主洞初期支护和临时支护体系，使得隧道的开挖断面相应地减小，从而提高围岩稳定性。图1为双侧壁导坑法的施工顺序。
图1 双侧壁导洞法施工工序
先施作拱部超前支护、并注浆加固地层，然后开始对①部分土方进行开挖，开挖过程中应及时施作初期支护和临时支护；然后依次对后面的第②～⑦部分土方进行开挖，逐段拆除临时侧壁，由上至下对防排水系统进行施作，最后施作仰拱和拱墙衬砌Ⅸ部分。
双侧壁导坑法对于跨度大、围岩条件较差、地表沉陷要求严格的隧道比较适用，其优点是导坑高度大于跨度，导坑断面形状有利于承受较大的竖向荷载，避免应力过于集中；增设有大量临时支撑，使每个单元在开挖后马上就组成稳固的环形，杜绝变形的产生和发展，能在开挖过程中有效地抵抗开挖扰动和结构荷载转换。但同时双侧壁导坑法也有一定的缺点，即开挖断面小，增加了临时支撑，减缓施工速度，同时增加工程成本，并且左右两侧导坑分别独立施工，可能发生两侧钢支撑不能正常对接的现象，从而大大降低结构的承载能力。
二、微台阶留核心土法及其特征
此法是通过在隧道上台阶进行环形开挖，台阶高度不宜小于跨度的0.3倍，施作拱圈的初期支护结构，推进一个2～3m台阶后，左右错开开挖中（下）台阶两侧边墙，再开挖中间预留核心土。各台阶平行作业。此法应先对拱部进行开挖，由于一般都是高度小于跨度，在竖向荷载显著大于水平荷载，不利于结构的受力，所以应对上覆围岩进行适当的保护，只允许人工或机械开挖，防止造成较大的扰动。在竖向松动荷载较大的情况下，若为了控制开挖断面而大量压缩开挖高度，则可能造成拱圈过于平坦，受力上不成拱，从而使得支护结构沉降、裂损，所以应注意协调好开挖高度和跨度之间的比例关系。
微台阶留核心土法的施工顺序：（1）先对上部弧形导坑进行开挖，留核心土，并施作初期支护；（2）对中(下)台阶侧导坑进行开挖，并施作墙部初期支护；（3）开挖中心预留核心土以及隧道底部，并进行初期支护；（4）及时施作仰拱、封闭成环。
当围岩具有一定粘性和自稳能力，并具备机械或人工开挖条件时，应优先考虑采用微台阶留核心土法；但应注意当围岩为松散土体、土夹石时，一般不要采用此法，因为其顶部围岩通常都难以自稳；此外，若上覆为具有一定强度的薄层岩体，微台阶留核心土法也不适用，因爆破开挖可能导致上覆岩体完成松动，使得所有荷载都作用在拱圈初支结构上，可能导致其出现裂损。
微台阶留核心土法施工的优点是开挖不需临时支护，并且各台阶平行作业，既节省了材料又加快了进度；此法主洞支护结构是依次施作，可保证支护结构的承载能力，也更有利于确保工程施工质量。但此法也有一定的缺点，即结构跨度大于高度，不利于结构的受力，并且开挖高度小而跨度大，导致拱圈平坦，可能引起支护结构沉降、裂损；此外，由于环形开挖部分作业面狭窄，其空间只够人工或小型机械进行作业，增加了施工难度。
三、大跨度软弱围岩施工工程实例分析
1．工程概况。某隧道采用上下行分离式、双向6车道布置，隧道全长约1900米，隧道单洞开挖断面为18m，净高5m。隧道进出口段岩体完整性差，围岩类别为Ⅴ级，隧道洞身段也以Ⅴ级软弱围岩为主。
2．洞口段软弱围岩段施工。该隧道洞口段围岩整体性差，成洞面要逐级开挖逐级防护，在进洞开挖之前，应在洞口完成防护并完成成洞面超前预支护，并且还应采取以下进洞加强措施来保证施工及结构安全：（1）加强地表和洞内测量，发现地表及支护下沉较大，则应对支护参数进行调整；（2）确保排水畅
通，做好边仰坡外的截水沟、洞口排水沟；（3）制定进洞施工实施方案及安全保证措施；（4）对洞口软弱围岩进行超前预注浆
加固；（5）为防止雨水冲刷洞口，应及时做好洞口及洞顶防护及绿化工作。
3．正洞软弱围岩段施工。当围岩软弱、松散时，便可能加快围岩变形速度，缩短自稳时间，使得初期支护早期强度满足不了围岩稳定要求，可能造成围岩失稳坍塌事故。所以为了确保施工安全，就应选择科学合理的施工方法，本工程采用双侧壁导坑法进行施工。在对洞口采用大管棚（小导管）超前支护后，采用双侧壁导坑法施工，其施工技术方法如下：（1）洞身拱部注浆小导管超前预支护施工。（2）对图1中的①单元进行超前中空注浆锚杆支护施工，然后对其进行开挖；喷5cm厚混凝土封闭①单元掌子面，然后施作导坑周边的初期支护和临时支护，喷4cm混凝土并挂φ6.5钢筋网，然后用I20a工字钢进行临时支撑，安设锁脚锚杆和临时仰拱后，施作注浆小导管，再挂一层φ6.5钢筋网，并复喷C20砼至设计厚度。（3）滞后于①单元30m后，按照相同的施工工艺对第②单元进行开挖和支护施工；此后在每个单元施工30m后，开始进行按照相同的工艺依次对下一个单元进行施工，直至第⑦单元。（4）对测量监控的结果进行分析，符合安全情况时可将临时钢架支撑及临时钢架仰拱予以拆除；灌注仰拱C30钢筋砼二次衬砌，再对基底C20砼垫层进行施工，边墙灌注C30钢筋砼二次衬砌。