硬质岩浅埋大断面隧道施工技术及其应用

摘 要：结合工程实例，对围绕硬质岩浅埋大断面隧道施工技术进行分析与研讨，提出施工方法，并从掌子面超前预注浆措施、锚杆强化措施、纵向连接加固措施、弱爆破施工措施等方面入手，详细阐述硬质岩浅埋大断面隧道施工技术的应用手段，供同类工程参考。

关键词：硬质岩;浅埋大断面;隧道施工;

作者简介：邓军婷（1988—），女，江西南昌人，工程师，研究方向为公路与桥梁工程。;

现阶段，我国经济和社会发展速度显著加快，地下空间的开发和使用已受到社会广泛关注，空间开发和工程建设期间，大断面隧道是重要施工环节和施工流程，所涉及的项目较多，但在施工过程中，难免受到断面面积等多方因素的影响，导致工程存在较高的施工难度和施工风险。以往我国部分地下工程中，针对浅埋大断面进行施工时，常采取临时支撑、化整为零、封闭循环等综合理念，但此类施工方法以及施工理念更适宜于软岩的隧道，对不同类型的硬质岩隧道施工应用效果略差，甚至可能导致施工难度和安全风险增加，故针对硬质岩浅埋的大断面隧道进行施工需要进行全面的分析与研讨。

本研究中，硬质岩浅埋大断面隧道施工案例为A公路隧道施工工程，该工程位于我国山东省青岛市地区，公路隧道工程全长7 200m，设置双向六车道。通过前期工程调研与勘察得知，公路隧道工程所属区域为暗挖浅埋的大断面隧道类型，大断面位置处存在明显断层，施工难度高，施工风险大，需于隧道施工前提前制定施工方案，完善规划与设计。

A公路隧道工程隧道段总长约350m，隧道结构设计中，需沿隧道纵向方向，应用突变断面设计法，合理规划6个跨度。在前期方案规划中，工程需依照双侧壁导坑法施工，将隧道作业区域划分为不同施工区块，不同区块间需通过临时支撑予以固定，为后期隧道施工作业奠定稳定的基础。但是，此种施工手段与方法的应用价值低，尤其对于A公路隧道工程所处的硬质岩浅埋大断面施工区域而言，融合度难以满足预期，工程实施过程中，易出现安全风险问题和爆破隐患问题[1]。将A公路隧道施工方案进一步优化与升级后，最终确定的施工方案重新全面考察了A隧道工程所处的地质地貌以及水文条件，综合应用新型隧道施工设计理念，施工前对所属区域进行超前帷幕注浆施工，以进一步实现稳定周边隧道硬质岩岩体结构的目标，通过此类前期注浆加固的操作，能够有效减少后续硬质岩浅埋大断面隧道施工中所应用的临时支撑方法，既减少了施工成本投入，同样可避免施工支护作业对其他作业工序造成影响。

A公路隧道工程所属的围岩层为硬质岩，此类硬质岩整体结构稳定，不易发生松散问题，自成拱条件相对较好。A公路工程所处硬质岩岩脉与大断面之间存在角度较小的斜角夹角，因此在隧道施工时，可根据此类特征进行隧道施工的支护操作。A隧道工程正式施工前，可采取模拟计算方法，全面分析不同硬质岩浅埋大断面隧道施工技术的适用性与优缺点，例如台阶法、CD法和双侧壁导坑法等。台阶法对于A隧道工程的适用性最差，CD法和双侧壁导坑法安全性相对一致；在其他施工参考因素保持不变的前提下，如采用台阶法，在开挖过程中对硬质岩结构的影响较大，但是如果配合止水措施以及必要的支护及注浆措施，则也能有效改善现有的硬质岩条件，其应用效果相较于其他类型的施工方法更具优势。在A公路隧道工程施工过程中，最终确定应用台阶法的施工方式进行施工，应用台阶法时采取分层次左右开挖的方法，每一步控制在3～5m的区间范围，下台阶位置则分三次进行左右开挖，提前预留好中部的岩层结构，确保能够达到更好的隧道支撑力效果；在施工过程中如果存在竖向支撑压力值过大的情况，需要对其采取有针对性的补救措施。

为保证硬质岩以及公路隧道工程整体结构稳固，需对为岩层进行加固与注浆，在实现围岩加固目标的同时有效止水，可应用超细水泥进行单液浆的调配，随后应用泥浆进行超前注浆施工。注浆操作中，需提前按照公路隧道的上断面以及外轮廓线位置5m左右提前进行注浆，公路工程的加固段长度约为50m，可分别从闸道和第三断面进行有序注浆。

A公路隧道工程施工过程中，需对整体隧道结构进行支护，进一步提高工程安全性。结合本次大断面隧道施工的台阶法施工措施，于上台阶位置提前安装长锚杆，长锚杆的长度为7m，直径为28mm，能够对现有隧道内部结构进行有力的支护。应用台阶法进行循环施工后，需要按照施工方案中确定的开挖顺序依次打设锚杆，通过锚杆加固周边围岩。锚杆暴露在外的部分可应用钢筋格栅焊接，提高工程的安全与稳定性。

A公路隧道工程存在大断面，施工和方案设计中要充分考虑断面的受力情况，避免无法充分平衡纵向以及横向栅格结构之间的相互作用。硬质岩浅埋大断面隧道施工中，需采用纵向连接与加固方式，使围岩更加稳固，同时使围岩与现有支护紧密联系，达到整体加固的目标。纵向连接加固中，可采取铁格栅连接方式搭接纵向连接钢筋。对用于连接的钢筋进行分段处理，有效避免钢筋纵向刚度的影响[2]。钢筋与钢架焊接时，可采取十字型交叉焊接方式，对不同的连接点进行分别点焊，确保硬质岩浅埋大断面隧道施工支护结构的整体性效果。

做好周边围岩的保护与相关支护措施后，围岩可产生自成拱作用，有利于提升弱爆破施工的应用水平，避免爆破施工对周边的硬质岩产生破坏和扰动，从而减少工程安全风险。弱爆破期间，施工人员需充分衡量爆破的综合破坏力，可根据周边硬质岩和围岩条件综合确定爆破震速和爆破方式，合理确定爆炸用的药量，避免出现炸药量过多而导致爆破震速过大或过小的情况，以免对周边围岩造成扰动或破坏。此外，也可根据不同围岩的施工特点合理选择雷管段数，将循环进尺控制在1m范围之内，如公路隧道开挖的横断面积相对较大，则临空条件更好，爆破震动并不明显。

(1）施工过程中需充分考虑工程所处区域的围岩特性，做好前期的勘察，针对性制定施工方案于计划。如公路隧道施工所处地质为软岩条件，变形空间相对较大，则可优先选择闭合环的支护结构和方法，保证公路隧道施工过程中围岩的稳定性，对塑性变形量进行更为有效的控制[3]；但如公路隧道施工工程所处地质为硬质岩层，则需考虑周边围岩的自身承重力，同时确保掌子面的稳定，可适当降低开挖进尺并配合必要的支护与保护措施，应用弱爆破或提前注浆法，加快工程进度，保证施工安全。

(2）硬质岩或浅埋等大断面特征的公路隧道工程中，施工人员可应用拱架与锚杆进行焊接，也可于拱架之间相互焊接，提高硬质岩公路隧道工程支护结构之间的平衡受力效果，合理控制工程的开挖程序与开挖环节，尽量减少不必要的支护结构与支护手段，提高施工的整体性。

综上所述，相较于其他地质条件，硬质岩浅埋大断面隧道施工难度更大，施工技术要求更高，周边地质和地形条件更加复杂。为保障施工过程中的安全性和稳定性，需提高硬质岩浅埋大断面隧道施工技术及其应用水平，对此，本文结合具体案例，针对施工技术进行分析与探讨，为硬质岩浅埋大断面隧道施工提供参考借鉴。

[1] 刘铮.浅谈硬质岩浅埋大断面隧道施工技术[J].智能城市，2019,5(3):101-102.

[2] 朱朝佐，谢文清.硬质岩浅埋大断面隧道施工技术[J].现代隧道技术，2017,54(3):190-194.

[3] 魏慧忠.硬质岩浅埋大断面隧道施工技术的浅析[J].山西建筑，2018,44(9):187-188.

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