高速公路隧道Ⅴ级围岩开挖施工方法探讨
【摘要】：介绍了某高速公路隧道Ⅴ级围岩开挖方法，通过分析、比较，优选合理的开挖方法，为隧道施工提供依据。
【关键词】：隧道 围岩 自稳 开挖方法 筒体受力 1、概述
某高速公路是国家高速公路网（简称7918网）中的第17横，汕头至昆明高速公路的广西境内路段，也是广西“4纵6横”高速公路网规划布局中第3横贺州至隆林高速公路的重要组成部分。本工程位于广西西北地区，处在高原边缘山区，与贵州隔水相望，在黔桂两省交界的隆林县平班镇。总体地势西北高，东南低，自西北向东南倾斜。路线区地貌类型主要有构造剥蚀低山地貌、剥蚀堆积丘陵地貌和侵蚀堆积河谷阶地地貌。沿线出露基岩主要为三叠系中统、下第三系碎屑岩，岩性多为较硬砂岩、粉砂岩等夹杂软质泥岩、页岩、泥灰岩等，风化层厚度较大，沿线多为第四系浮土覆盖或全～强风化岩，岩石强度较低，少有弱～微风化基岩出露。
本项目隧道两阶段施工设计图中，洞口加强段及Ⅴ级围岩开挖施工方案均采用CD法施工，但在仰拱封闭上存在着较大差异。一种采用仰拱二衬砼进行封闭；另一种采用型钢拱架进行临时仰拱封闭成环；原设计具体如下图：
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主要支护参数 围岩级别 洞口加强段Ⅴ级围岩 洞内Ⅴ级围岩 超前预支护 大管棚 小导管 初期支护 I18号型钢 钢花拱 锚喷，厚25cm 锚喷，厚25cm 模柱衬砌 拱、墙 C25钢筋砼 仰拱 C25钢筋砼 某隧道Ⅴ级围岩主要施工工序为：①→②→右侧仰拱二衬砌施工→③→④→左侧仰拱二衬施工→下一循环施工→拱墙二衬砼施工（为了便于区别，其它预支、初支工序省略）。
xx隧道Ⅴ级围岩主要施工工序为：①→②→③→④→下一循环施工→仰拱及墙拱二衬砼施工（其它预支、初支工序省略）。
2、存在的问题
以上方案存在的主要问题：（1）、采用仰拱二衬砼作封闭，①、②两部分开挖长度达20m左右才能施作仰拱二衬砼，封闭时间至少延迟10天左右，封闭延迟时间太长；（2）、为了封闭成环，仰拱二衬砼必然紧跟掌子面，施工干扰大，影响后续施工速度；同时围岩收敛不充分，可能导致二衬砼开裂；（3）、由于仰拱二衬是钢筋砼，左右分两次浇筑时间间隔长，造成纵向钢筋焊接接头太多，同时增加清洗纵向施工缝和对钢筋除锈等工作，加大了施工难度，减缓了施工进度；（4）、由于中隔壁钢拱架上支点偏离拱顶约3m，当进行①、②两部分开挖后，隧道偏压严重，Ⅴ级围岩自稳性差，必然增加中隔壁临时锚杆加固数量，不经济，在开挖过程中存在安全隐患。
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3、优化方案
为了解决以上方案存在的问题，现对以上CD法进行适当优化：（1）、对钢拱架重新分段，使中隔壁临时钢支撑上支点偏离拱顶约40cm，避免开挖后产生偏压，同时减少临时锚杆加固数量；（2）、由于洞口加强段均为Ⅴ级围岩，埋深浅，比较破碎，且部分隧道洞口加强段在冲沟软基上，围岩自稳性差，开挖后拱顶下沉量大。为控制隧道变形过大而失稳，同时减少各工序干扰，对仰拱采取钢支撑临时封闭。优化后方案如下图：
主要施工工序为：①→②→③→④→下一循环施工→仰拱及墙拱二衬施拱（其它预支、初支工序省略）。
如果围岩能自稳，可以取消中隔壁锚杆加固，改为挂网喷射砼支护，是比较经济的。为了更有利于控制隧道围岩的收敛，当整个隧道向前推进100m左右时，及时进行仰拱及整体二衬砌砼浇筑，再分段拆除临时钢支撑。此时隧道初支已封闭成环，结构受力均匀，围岩变形小，沉降小。初支封闭使隧道成筒体受力，洞周三维等效加固图如下：
初支加固 仰拱二衬
如遇到地质情况更差，隧道围岩自承能力很差，沉降及收敛大，需要
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做上半断面临时仰拱封闭，CD法可以转换成CRD法。CRD法如下图：
主要施工工序为：①→临时仰拱封闭→②→临时仰拱封闭→③→临时仰拱封闭→④→临时仰拱封闭→下一循环施工→仰拱及墙拱二衬施拱（其它预支、初支工序省略）。
从以上施工工序中可以看出CRD法将隧道围岩分成四个部分开挖，每一部分都封闭成环，可进一步控制围岩沉降及收敛，最大限度地减少围岩的变形，确保隧道施工安全。
CD法和CRD主要适用于浅埋段和地质不良地段的隧道施工。但属于大断面分割施工，开挖断面小，不宜采用大型机械快速施工。拆除中隔壁作业复杂，施工进度慢，施工中隔壁及临时仰拱费用高。
由于本项目建设任务重，工期紧，隧道Ⅴ级围岩较多，如果所有Ⅴ级围岩均采用CD法施工，不但临时支护费用大，而且施工进度也较缓慢，将大大制约工期。开挖进入洞身深埋段后，根据围岩埋深、稳定性、地下水及不良地质现象等，并通过监控量测，将CD法进一步进行优化成环形开挖留核心土的台阶分部开挖法，如下图：
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台阶分部开挖法的施工作业顺序为：在超前预支护保护下，用人工或单臂掘进机开挖环形拱部。架立钢支撑、喷混凝土。在拱部初期支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。根据初期支护变形情况或施工安排施作内层防水板及衬砌。环形开挖进尺为0.5~1.0m，不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般为1倍洞跨。 4、结束语
4.1、设计上Ⅴ级围岩采用CD法，在施工中成功优化为台阶分部开挖法，既经济，又减少了工序和缩短了工期，为其它类似工程施工提供了有益的参考和借鉴。
4.2、施工过程中，根据围岩自稳性，在安全稳定的前提下，各种开挖方法可交替转换，不能固守某种开挖方法，当台阶分部开挖法无法控制围岩变形和下沉时，及时转变为CD法、CRD法等。反之根据围岩条件、变形动态量测等， CRD法、CD法、台阶分部开挖法也可相互转换。
参考文献：
（1）《公路隧道施工技术规范》（JTJ 042-94） （2）《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004） (3)《某高速公路两阶段施工设计图》（2008-5）
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