复杂地层隧道全断面短进尺掘进施工工法

摘要：本文通过杭州市九曜山隧道工程的施工经验，根据现场的地质条件，结合新奥法施工原理，介绍了全断面短进尺掘进施工工法（以下简称全短法）在实际中的应用。在进出洞口段以及复杂地层中能够保证工程施工质量及安全的前提下，全短法施工取得了缩短工期提高经济效益的满意结果，在此基础上总结了相关隧道掘进施工经验，以供类似工程借鉴。

关键词：隧道 施工工法 混凝土

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

九曜山隧道起始桩号K0+400.7—K0+1290.7，全长890m，主车道宽9m，净高7.08m，隧道设计为城门型，进口K0+400.7—K0+446 Ⅰ类加强支护段，45.3m；K0+446—K0+570 Ⅱ类加强支护段，124m。地层为第四系残坡积层，下伏珠藏坞组，岩性以泥质砂岩为主，间夹砂岩及石英砂岩和泥岩，呈强风化至全风化，泥质粉砂岩遇水易软化，节理极为发育，围岩易坍塌，进洞条件差。下面就以杭州九曜山隧道工程为例进行说明全短法的工艺流程及操作要点。

2 工法特点

2.1 全短法，简单、快速。与分部开挖法相比较，在全断面凿岩台架的配合下简化了施工工序，减少工序转换时间；在施工过程中容易控制每循环的开挖爆破进尺，班组交接清晰正常，可加快施工速度。

2.2 全短法，最大限度地保证施工安全质量。在大断面的施工中分部开挖法是从高度上去分割空间往往造成钢拱架拱脚或联接部位无法一次落底或成型即刚性支撑不能一次到位起直接的作用。全短法是在隧道的轴线方向控制空间，可以使刚性支撑一次到位，从而起到最直接最快速的刚性支撑作用。再者全短法施工循环快速、爆破次数少扰动围岩小、班组相对专业保证了施工安全质量。

2.3 全短法，节约、实用。从施工成本上而言，通过全断面地预留光爆层控制了超欠挖、减少喷射混凝土和锚杆等的临时支护次数从而减少混凝土回弹量和空压机的用电消耗量达到经济节约的目的；在简单、快速、安全、节约的条件下满足了有效实用的原则。

3适用范围

本工法适用于大小断面隧道的进出洞口、地层条件复杂、不良地质地段、甚至是大塌方的断层。全风化、强风化、自稳能力差、节理发育，地层破碎易坍塌的围岩，分类级别以Ⅰ—Ⅱ级为主的隧道施工。

4工艺原理

4.1超前支护原理： 采用注浆大管棚超前支护，利用洞口的混凝土套拱和洞内未开挖的围岩为管棚的两个支点和对沿开挖轮廓线周边的管棚为中心注浆扩散半径为0.5米形成围岩加固圈起到棚架的作用或采用超前小导管或是超前锚杆，都是超前支护的理论的不同形式。如超前管棚法全短法掘进，施工顺序一。

4.2 光面控制爆破预留光爆层施工技术原理：采用光面爆破技术通过预留光爆层从而保证开挖轮廓线不受破坏以及围岩扰动降到最低。光爆层的炮眼一般的情况可以先打好而不装药，根据掏槽眼和辅助眼爆破后的状况决定是否装药修正。

4.3 轴向空间控制原理：通过在隧道的轴线方向根据地质围岩的情况取每循环的控制钻眼深度，一般考虑与设计支护的钢拱架的间距来确定。一般情况下取0.5-1.5米，有利于缩短管棚两支点的距离，在三维上尽量地缩小打开隧道空间。

4.4 新奥法施工原理 ：通过超前支护、及时地封闭暴露的周边和作业面部位，减少暴露时间、利用整体式的凿岩台架架设钢支撑、布置系统锚杆和喷射混凝土作业，及时通过监控围岩量测数据反馈指导工程施工。

5工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程见图一

5.2 操作要点

5.3 施工准备

⑴ 根据设计地质报告和超前地质预报分析隧道开挖范围内的地质情况，并且制定相应的进洞施工方案。

⑵ 配备专业施工队伍和施工人员，配备施工所需的相关机械设备，备好施工所需的各种材料、工具。

5.4 洞口管棚超前施作

⑴ 洞身开挖前施作钢筋混凝土套拱，按设计图纸在拱部143°范围内布设Ф114×5mm，L=47m，环向间距ɑ=40cm，仰角a=2°的超前管棚支护，管棚布置图见图二

⑵ 管棚施工平台设置

为了便于钻机就位及操作，自上而下设置4个施工平台（钻机在该平台时，必须把平台范围内的管棚施作完毕，才能把平台往下降），具体划分如下：见图三

第一台阶高1.85m（标高32.731—30.881）

第二台阶高2m （标高30.881—28.881）

第三台阶高2m （标高28.881—26.881）

第四台阶高2m （标高26.881—24.881）

隧道底板高程23.881

⑶ 管棚定位：管棚钻孔前依次按照设计图纸在洞脸部位标出孔口位置，再利用水平尺调整钻臂与水平线的夹角，确保管棚孔按照设计的仰角进行钻进。

⑷ 管棚采用履带式NE-1海王星潜孔钻机在开挖轮廓线外35cm位置，向外倾斜2°钻孔，管间用Ф102mm×40cm内衬管焊接连接。第一根钢管头部做成尖锥状，管身梅花形布置（Ф20mm,150mm×150mm）注浆孔，为了保证管棚刚度，第二节钢管未设注浆孔。每钻完一孔立即顶进钢管，钢管与孔口处间隙用CS麻丝胶泥封堵止浆，并在钢管尾部设一个注浆管和一个排气管。注浆采用水泥浆，初始水灰比为：W/C=1，具体参数要根据实际情况作相应调整，注浆的初始压力一般为0.5-1.0MPa,终压为2.0MPa，管棚施工工艺流程，见图四

5.5洞身开挖与初期支护

⑴ 针对隧道洞口处Ⅰ类加强支护段的地质条件非常差，围岩自稳性差，施工中认真坚持“短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的基本原则。全断面每循环的进尺控制在0.5米。

⑵ 测量放样，凿岩台车就位，用YT28型风动凿岩机钻孔，钻孔深度控制在0.6m，爆破用非电秒雷管（拉开排与排之间的时间间隔，减少一次单响药量过大，降低爆破震动对围岩的影响），周边眼用光面预裂爆破法布眼装药，保证爆破后周边围岩稳定。

⑶初期支护为：开挖、出渣后立即喷射4cm厚的C20钢纤维混凝土（初喷），把开挖面进行封闭。接着进行钢拱架安装，锁定、锁脚锚杆，自进式锚杆施作。18号工字钢钢拱架间距为0.5m,钢拱架之间设Ф22纵向连接筋，环向间距为1m，拱脚垫槽钢。SD27N自进式锚杆间距为0.8m×1.0m，呈梅花形布设，深入围岩3.5m，注浆水灰比为0.8：1，注浆压力为0.5MPa,在每榀钢拱架的拱脚及起拱部位往上0.8m的位置设置8根锁定、锁脚砂浆锚杆，并弯折焊在钢拱架上，防止钢拱架在围岩应力作用下外移，锚杆深入围岩3.5m。复喷C20钢纤维混凝土，厚度为20cm。

⑷ 喷射混凝土采用湿喷机施工，可以大幅度降低粉尘和回弹率，喷射混凝土按初喷和复喷进行，开挖出渣后即进行初喷，安装好钢拱架和锚杆及HPB235钢筋网后进行复喷，直至达到设计厚度要求。

⑸喷射混凝土施工要求

a 喷射混凝土之前，先清理受喷面松动岩块及杂物。

b 严格按照设计配合比进行施工。

c 喷浆机风压控制在0.5—0.7MPa范围。

d 喷射手要注意喷嘴的方向控制。

f 喷嘴与岩面的距离保持在0.9m左右，并且与岩面垂直。

e 喷射混凝土用两台湿喷机从两边边墙同时施工，每次喷射厚度不得太厚，应分层多次喷射。

5.6二衬施工

二衬混凝土施工等开挖施工面距离洞口150m以后开始进行施工，并与开挖施工平行作业。由于地质围岩情况比较差，二次衬砌及时跟进施工，确保隧道施工安全。为了保证二衬混凝土质量，采用自行式液压整体钢模台车，在台车模板上均匀分布14个附着式振动器。由于是在市区，混凝土采用商品砼，浇筑混凝土必须左右对称，均匀分层浇筑，防止钢模台车移位和模板变形。拆模时间必须在混凝土强度达到设计强度的70％以后方可拆模。

6质量控制

6.1 管棚施工时认真控制钻孔的质量，顶管的质量，注浆的质量，一定要按照设计要求进行施工。

6.2 隧道开挖超欠挖控制，每次钻爆前认真测量放样，光爆眼钻孔时注意外插角角度，采取多打眼少装药弱爆破法施工。

6.3 钢拱架加工必须符合设计要求，钢拱架安装定位精确，连接牢固，无偏斜、歪倒、翘曲，拱脚垫槽钢。

6.4 锚杆施工严格按设计角度、深度、长度、间距、直径施作，注浆饱满，抗拔力符合设计要求

6.5 喷射混凝土应按配合比进行配料、拌料，喷射密实、平整，厚度、强度符合设计要求。

6.6 严格控制原材料的进场验收，按规范要求对原材料进行取样检验，合格方可使用。

7结束语

采用全短法掘进，能够避免分台阶、左右导坑法施工工序的繁琐，避免工序重复，减少工序施工相互干扰，消除施工进度无法保证的缺点，还能有效确保围岩的稳定及隧道施工的安全，有效缩短施工循环时间，缩短工期，降低施工成本，并能取得显著的经济效益和社会效益。