公路隧道的開(kāi)挖與支護(hù)方法

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目前為了更快實(shí)現(xiàn)我國(guó)交通運(yùn)輸高速化、重載化，從而大力開(kāi)發(fā)和根基設(shè)施創(chuàng)辦步伐的加快，修建大量大馬路隧道越來(lái)越受到重視。本文重點(diǎn)分析了馬路隧道的開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)。

馬路隧道；隧道開(kāi)挖；支護(hù)方法技術(shù)

0.引言

隧道是處于繁雜地質(zhì)條件下的建筑工程，施工開(kāi)挖隧道主要受自然形成的地質(zhì)條件及人工開(kāi)挖支護(hù)方式兩方面的影響。自然地質(zhì)條件包括地應(yīng)力、地質(zhì)物理參數(shù)、地下水、地質(zhì)斷層等因素，同時(shí)人工開(kāi)挖方式、支護(hù)方式及支護(hù)時(shí)間不同，對(duì)隧道施工帶來(lái)的影響也不盡一致。由于隧道所處的地質(zhì)環(huán)境不同，其圍巖穩(wěn)定特性也不同，因此應(yīng)采用的支護(hù)方式和開(kāi)挖方式也就不一樣。

1.噴錨構(gòu)筑法的內(nèi)涵

噴錨構(gòu)筑法常用于大斷面開(kāi)挖，用以裁減對(duì)圍巖的擾動(dòng)，通常采用光面爆破法或大中型機(jī)械舉行掘進(jìn)。初期支護(hù)參數(shù)要據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)提示的圍巖動(dòng)態(tài)進(jìn)展趨勢(shì)來(lái)確定，為了鞏固圍巖穩(wěn)定性，操縱圍巖的松弛變形，需要對(duì)圍巖的自承載才能舉行加固。初期常用錨桿和噴射混凝土等柔性構(gòu)件組合加固，該加固方式初期支護(hù)適應(yīng)性強(qiáng)，工藝較繁雜，對(duì)圍巖的動(dòng)態(tài)量測(cè)要求較高，隨著挖掘的加深可增加雙層小導(dǎo)管注漿支護(hù)，初期支護(hù)和圍巖共同構(gòu)成隧道的復(fù)合式承載布局體系。

1.1噴錨暗挖構(gòu)筑法的施工方案

噴錨暗挖洞體要嚴(yán)格執(zhí)行“管超前”“嚴(yán)注漿”“短開(kāi)挖”“強(qiáng)支護(hù)”“快封閉”“勤量測(cè)”的十八字方針。當(dāng)洞體開(kāi)挖面對(duì)比穩(wěn)定時(shí)，施工依次是：開(kāi)挖→柔性襯混凝土澆筑→施工量測(cè)（位移、應(yīng)力等量測(cè)）→錨桿施工→防水施工→二襯混凝土澆筑。

1.2噴錨構(gòu)筑法的主要特點(diǎn)

噴錨構(gòu)筑法能有效地支護(hù)圍巖，同時(shí)又允許圍巖變形。錨噴支護(hù)可以應(yīng)用于破碎巖體、弱膠結(jié)的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖。也適用于微裂隙的，但很少有粘土的巖體、強(qiáng)風(fēng)化的巖石、剛塑性的粘土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r體。噴錨構(gòu)筑法是先施工薄壁輔佐混凝土做襯砌，監(jiān)測(cè)變形過(guò)程，待變形穩(wěn)定后才可修筑永久性支護(hù)，通過(guò)測(cè)量圍巖和支護(hù)變形動(dòng)態(tài)，操縱隧道的穩(wěn)定性。

2.隧道開(kāi)挖

隧道開(kāi)挖的根本原那么是在保證圍巖穩(wěn)定或裁減對(duì)圍巖的擾動(dòng)的前提條件下，選擇恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法和掘進(jìn)方式，并應(yīng)盡量提高掘進(jìn)速度。即在選擇開(kāi)挖方法和掘進(jìn)方式時(shí)，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化處境，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式，另一方面應(yīng)考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅(jiān)硬程度，選擇能快速掘進(jìn)，并能裁減對(duì)圍巖的擾動(dòng)的方法和方式。

隧道開(kāi)挖方法實(shí)際上是指開(kāi)挖成形方法。按開(kāi)挖隧道的橫斷面分部情形來(lái)分，開(kāi)挖方法可分為全斷面開(kāi)挖法、臺(tái)階開(kāi)挖法、留核心土臺(tái)階開(kāi)挖法、分部開(kāi)挖法等。臺(tái)階開(kāi)挖法，一般是將設(shè)計(jì)斷面分上半斷面和下半斷面兩次開(kāi)挖成型，也有采用臺(tái)階上部弧形導(dǎo)坑超前開(kāi)挖的。臺(tái)階法適用于III，IV級(jí)圍巖且含薄弱夾層帶或節(jié)理發(fā)育地段。根據(jù)圍巖的破碎程度，臺(tái)階法又可分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法、超短臺(tái)階法。由臺(tái)階法變化而來(lái)，上臺(tái)階超前倍洞跨，主要應(yīng)用在采用短臺(tái)階法開(kāi)挖遇到土質(zhì)、涌水、掌子面坍塌等段落。特點(diǎn)是施工調(diào)整不大，在遇到短距離圍巖變化時(shí)可優(yōu)先采用，能較快提高施工的安好性，但工序增多，進(jìn)尺較短（一般不超過(guò)1m）。分部開(kāi)挖法是將隧道斷面分部開(kāi)挖逐步成型，且一般將某部超前開(kāi)挖，故可稱(chēng)為導(dǎo)坑超前開(kāi)挖法。常用的有上下導(dǎo)坑超前開(kāi)挖法、上導(dǎo)坑超前開(kāi)挖法、單（雙）側(cè)壁導(dǎo)坑超前開(kāi)挖法等。

光面爆破在隧道工程中的應(yīng)用己經(jīng)特別廣泛，它不僅能提高隧道的掘進(jìn)速度，科學(xué)有效的操縱爆破還能制止超欠挖，保證后期支護(hù)效果。光面爆破的實(shí)質(zhì)就是在隧道掘進(jìn)設(shè)計(jì)斷面的輪廓線上布置加密的周邊眼，減小藥包直徑，裁減裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以操縱炸藥爆破能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值作用，削減它在巖石中引起的應(yīng)力波強(qiáng)度，制止在炮孔周邊產(chǎn)生壓碎區(qū)，而使爆破作用集中到需要爆落的一側(cè)巖體上，減弱對(duì)原巖體的破壞作用。

3.支護(hù)方法

3.1噴射混凝土

向洞室內(nèi)外觀圍巖噴射混凝土，能使被裂隙分割的巖塊體粘接起來(lái)，保持巖塊體的咬合和鑲嵌作用，通過(guò)提高巖塊體的粘接力和摩擦力來(lái)有效的防止圍巖松動(dòng)，并制止或緩和了應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生，而且給圍巖外觀以抗力和剪力，使圍巖處于有利于穩(wěn)定的三軸應(yīng)力狀態(tài)，并通過(guò)噴混凝土層自身的布局剛度，來(lái)阻攔不穩(wěn)定體的坍塌。噴射混凝土自身有確定的剛度，能夠抗?fàn)帋r土體的坍塌，并且往往和其它支護(hù)方法共同作用，承受支護(hù)布局的受壓變形，因此噴射混凝土支護(hù)方法是現(xiàn)代隧道施工最常用的方法之一。

3.2錨桿支護(hù)

在巖土體中打入錨桿，能約束巖土體的變形，并通過(guò)向圍巖施加壓力，使原來(lái)處于二軸應(yīng)力狀態(tài)的洞室內(nèi)外觀的圍巖保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，從而阻攔了圍巖體剛度的惡化，尤其是松動(dòng)區(qū)內(nèi)圍巖的剛度。通過(guò)在巖土體中的系統(tǒng)錨桿的作用，在巖土體中形成了被約束變形的巖土體加固圈，形成了能夠承受外部荷載的巖土體承載拱，與巖土體共同承受外部荷載，鞏固了巖土體的穩(wěn)定性。

3.3掛鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)通常是與錨桿連接在一起使用的，由于錨桿布設(shè)有確定的間距，而錨桿約束作用之間的巖土體就分外薄弱，易發(fā)生坍落，為此在錨桿之間用鋼筋網(wǎng)連接，可以使松散的巖土塊體處于三軸應(yīng)力狀態(tài)中，保持穩(wěn)定作用。同時(shí)錨桿之間相互連接，減小了由于單個(gè)錨桿失效，造成局部坍落的可能性。

3.4鋼支撐

鋼支撐是利用支撐布局自身的剛度來(lái)穩(wěn)定巖土體，操縱巖土體的變形，一般在工作面開(kāi)挖完成后，按設(shè)計(jì)間距馬上安裝，這樣能夠充分發(fā)揮鋼支撐的作用，穩(wěn)定巖土體。鋼支撐主要用于巖土體自身穩(wěn)定性極差的地層，通常有兩種形式，一種是用鋼筋制作的格柵鋼架布局，另一種是用型鋼制作的工字鋼支撐。并且鋼支撐經(jīng)常與噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)同時(shí)使用，以確保巖土體的穩(wěn)定。

3.5注漿導(dǎo)管超前支護(hù)

超前注漿導(dǎo)管在超前支護(hù)方法上其作用類(lèi)似于超前錨桿，縱向支撐松散的巖體，在隧道開(kāi)挖的開(kāi)挖輪廓線施做，由后部的鋼支撐和前方未開(kāi)挖片面巖土體支撐起中間片面的巖土體，起縱向梁作用。同時(shí)由于通過(guò)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)注漿和砂漿錨桿注漿，漿液將進(jìn)入巖土體的裂隙中，形成剛度較大的土層加固圈，提高了巖土體的穩(wěn)定性。這種方法對(duì)于裂隙發(fā)育的塊狀巖體效果為佳，超前注漿導(dǎo)管的對(duì)巖土體的注漿加固作用較超前錨桿效果要突出。由于向巖土體內(nèi)注入了漿液，填補(bǔ)了巖土體中裂隙，不但提高了巖上體的力學(xué)性能指標(biāo)，同時(shí)起到了防水的作用，地下水往往會(huì)降低圍巖等級(jí)，不易使巖體失穩(wěn)，發(fā)生坍塌，因此，這種方法對(duì)于含水地層的支護(hù)加固效果尤其顯著。

3.6管棚超前支護(hù)

管棚施工方法主要用于巖土體的成拱效果極差的巖土體地層，這種地層由于地層自重，產(chǎn)生較大的巖土體側(cè)向壓力，隧道內(nèi)會(huì)發(fā)生縱向的坍塌，引起前于地層自重，產(chǎn)生較大的巖土體側(cè)向壓力，隧道內(nèi)會(huì)發(fā)生縱向的坍塌，引起前方地層的陷落。為確保進(jìn)洞的安好，首先在洞口部位施工管棚，采用直徑較大的鋼管超前布置在開(kāi)挖的外輪廓線，超前的距離較大，形成縱向鋼梁的作用，可以有效的減小由于巖土體自重產(chǎn)生的側(cè)向壓力，穩(wěn)定前方地層。

4.終止語(yǔ)

總之，隧道施工主要包括開(kāi)挖和支護(hù)兩大片面。開(kāi)挖是隧道施工的龍頭，是隧道主要操縱方法，開(kāi)挖符合要求，支護(hù)才有一個(gè)順?biāo)斓谋ＷC根基。變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，以達(dá)成堵水、引水、排水、防止?jié)B漏