高速公路连拱隧道主洞三台阶6步开挖法施工简析

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摘要：复杂环境下高速公路连拱隧道主洞开挖方法选择宜采用三台阶6步开挖法，本文简要介绍三台阶6步开挖法施工工艺流程及施工控制要点。

关键词：高速公路连拱隧道;三台阶6步开挖法;工艺流程;控制要点

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A

1.连拱隧道主洞三台阶6步开挖法简介

连拱隧道施工是先行开挖中导洞，完成中导洞初期支护，接着施工完成中隔墙，再进行主洞开挖工作。高速公路连拱隧道主洞“三台阶6步开挖法” 是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶6个开挖断面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道主洞开挖施工方法。此方法主要目的是保护围岩的天然承载力，减少对围岩的扰动。经量测监控信息化反馈指导施工，及时调整支护参数和混凝土衬砌施工时间，适用于不同跨度、多种断面形式及地质结构复杂多变的连拱隧道施工中。

2.连拱隧道主洞三台阶6步开挖法适用条件

三台阶6步开挖法适用于开挖断面为80～180 平方米，具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段连拱隧道的施工。主要表现包括：黄土、强风化岩层（强风化泥岩、强风化泥质粉砂岩等）。不适用于围岩地质为流塑状态、洞口浅埋偏压段（但经过反压处理或施做超前大管棚后可采用）。

3.连拱隧道主洞三台阶6步开挖法施工工艺流程

3.1三台阶开挖与支护施工顺序

上台阶开挖与初期支护（预留核心土）阶开挖与初期支护右下台阶开挖与初期支护右仰拱开挖与初期支护左下台阶开挖与初期支护左仰拱开挖与初期支护。

3.2三台阶6步法施工工艺

三台阶6步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力。

(1)初期支护

(2)初喷混凝土封闭岩面要求：初喷混凝土应在开挖后立即进行。用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。 工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干喷形式快速封闭渗水岩面。喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求。喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱(墙)脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。

(3)系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求：初喷混凝土后应及时施做锚杆，锚杆必须设置垫板。岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺；黄土隧道系统锚杆按设计要求选用。钢筋网可采用为φ8 mm或φ6 mm的HPB235钢制作，网格尺寸宜采用20 cm×20 cm～25 cm×25 cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接。钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3 cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不应小于4 cm。

(4)安装钢架应符合下列要求：

拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置施做定位锚杆架设钢架布设纵向连接筋。

墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板施做定位锚杆对应拱部单元架设墙部钢架单元布设纵向连接筋。

拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接。加强钢架拱(墙)脚锁脚锚杆(管)施工，各台阶每单元钢架拱(墙)脚以上30 cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30。打设4根或4根以上锁脚锚杆(管)，锁脚锚杆(管)与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不应小于22 mm，锁脚锚管直径不应小于42 mm，长度不得小于3．5 m，以控制基脚变形。

(5）安装钢架施工注意事项及要求：

钢架拱(墙)脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的虚渣、虚土及杂物。钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±5 cm，垂直度允许偏差为±2°。钢架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固，以增强钢架的整体稳定性。锁脚锚杆施工应作为施工质量控制的重点，锁脚锚杆尾部宜加工成“L”形。钢架连接板应采用栓接牢固连接。钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2 m应采用骑马或楔形垫块顶紧；钢架与围岩的间隙不应大于5 cm。 喷射混凝土厚度应符合设计要求，二次复喷混凝土应分层喷射，每层厚宜为5～6 cm。喷射混凝土表面应平顺，无空鼓、裂缝、酥松，平整度宜采用2 m靠尺检查，允许偏差为侧壁5 cm、拱部7 cm。

（6）仰拱施工

a 、隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2—3 m。当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽的次数不得多余3次，每次跳槽间隔不得大于10 m。

b、隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5 cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

c、仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6 m，仰拱应采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。仰拱表面应平顺，不积水。

d、仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100％后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。

4.连拱隧道三台阶6步开挖法施工控制要点

4.1隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶及洞口排水沟应铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全；

4.2三台阶6步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右，有条件时应尽量缩短闭合时间；

4.3在满足作业空间和台阶稳定的前提下，应尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在3—5 m，宽度宜为隧道开挖宽度的l／3～l／2；

4.4三台阶6步开挖法施工应严格控制开挖长度，根据围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度不得超过1．5 m；开挖后立即初喷3—5cm混凝土，以减少围岩暴露时间；

4.5严格按设计要求施做超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工；

4.6中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为2～3 m；

4.7钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上，严禁拱(墙)脚悬空或采用虚渣回填。上阶、中下台阶拱脚处钢架必须与锁脚锚杆(管)焊接牢固；

4.8施工过程中可采用增加拱(墙)脚锁脚锚杆(管)、增设钢架拱(墙)脚部位纵向连接筋、扩大拱(墙)脚初期支护基础及增设拱(墙)脚槽钢垫板等增强拱(墙)脚承载力等措施控制变形；

4.9加强监控量测工作，根据量测结果，及时调整支护参数，确定二次衬砌施做时间，进行信息化施工管理；

4.10完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱(墙)脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。当地层含水量大时，上台阶开挖工作面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部或两侧排水沟排出洞外。必要时应配合井点降水等措施，降低地下水位至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。

5.结语

连拱隧道主洞三台阶6步开挖法施工解决了不良地质条件下连拱隧道主洞开挖进度滞后的难题，开挖时分台阶并保留核心土，充分发挥围岩自稳特征的同时，增加工作面，各工作面可交错平行作业，相互干扰较小，施工效率明显提高。同时对各工序施工紧密程度提出了较高要求，尤其是上阶开挖时间间隔。在保证各台阶初支施工锁脚锚杆（管）的施工质量前提下，合理掌握各台阶开挖支护时间间隔，对连拱隧道主洞开挖质量控制和进度控制均是十分有利的。

参考文献：

《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009)