公路隧道洞口浅埋段开挖工法初探

摘 要：对公路隧道洞口浅埋段常用的开挖工法进行了归纳分类并分别对其进行了较详细的介绍和分析，同时对洞口浅埋段各常用开挖工法的综合适用条件进行了分析总结，最后对开挖工法的综合比选提出了建议。

关键词：公路隧道；洞口；浅埋段；开挖工法

中图分类号： U45 文献标识码： A

1 引 言

我国山地、丘陵和高原面积约占国土总面积的69%，改革开放以来特别是20世纪末以来，随着国民经济的迅猛发展，公路交通建设规模日益扩大，技术达到新的水平，我国公路隧道发展速度急剧加快。近五年来，我国公路隧道的通车里程以平均每年700公里的速度在迅速增长[1]。

在公路隧道的建设过程中，洞口地段是公路隧道的最重要组成部分。公路隧道洞口段一般埋深小覆盖层薄、围岩地质条件差，施工难度大，开挖中经常会发生围岩大变形、地表沉陷甚至坍塌、冒顶等情况。因此洞口浅埋段开挖工法的选择不仅决定隧道进洞成功与否，而且严重影响工程的进度和施工安全，因而科学合理的选择公路隧道洞口浅埋段的开挖工法十分重要。

2 洞口浅埋段适用的开挖工法

公路隧道的开挖掘进方法主要有机械掘进法和新奥法（钻爆法）。机械掘进法开挖主要有TBM和盾构法；新奥法开挖主要有：全断面法、台阶法、环形开挖留核心土法、中隔壁法、双侧壁导坑法及中洞法等。而对于公路隧道洞口浅埋段，常用的开挖工法有：台阶法、环形开挖留核心土法、中隔壁法和双侧壁导坑法，下面将分别介绍该四种开挖方法。

（1）台阶法。台阶法开挖是公路隧道开挖施工中最常用的方法。台阶法开挖是将隧道掌子面分为两次或三次开挖成型，首先对上部台阶进行开挖一定距离，并及时对上台阶进行初期支护。再开挖下部台阶并及时施作下台阶初期支护，从而形成上下台阶同时作业的工作面，保证施工安全的前提下一定程度上提高了施工进度。需要指出的是，下台阶的开挖是有时间要求的，一般要在上台阶初期支护喷射混凝土强度达到设计强度70%以上才能开始开挖，若隧道围岩不稳定，上台阶施作钢支撑时，应采用施作锁脚锚杆或扩大拱脚等措施控制围岩变形。

采用台阶法开挖时应根据围岩条件、支护封闭时间及施工设备施工所需空间等合理确定台阶长度，对于Ⅳ,Ⅴ级围岩其台阶长度一般为3-5m左右，不宜超过开挖1倍洞径为宜。台阶高度应根据断面大小、地质情况和施工机械等情况确定，上台阶高度一般宜在2-2.5m左右。

（2）环形开挖留核心土法。环形开挖预留核心土法是先进行上部环形导坑开挖，并及时施作初期支护。然后开挖下部两侧边墙并及时进行初期支护后再开挖中部核心土，从而完成上部台阶的开挖。最后再进行下部台阶的开挖并及时施作初期支护。需要指出的是，一般情况下公路隧道洞口浅埋段围岩的性状及稳定性差，采用留核心土法开挖时强调的是以安全为主，开挖单个循环进尺控制在0.5-1.0m左右为宜，并且在开挖后及时施作初期支护、仰拱超前浇筑和隧道二次衬砌从而对隧道洞口段予以加固。

开挖过程全断面初期支护距拱部完成的掌子面距离不宜超过30m，当围岩地质条件非常差时可采用超前大管棚或是超前小导管给予掌子面预加固，且各开挖工作面宜错开3-5m，以减少隧道围岩压力的急剧释放，发挥作业面对围岩压力重新分布的限制作用。

（3）中隔壁法（CD法）和交叉中隔壁法（CRD法）。该二种开挖工法基本相似，都是将隧道断面分为左右两大部分进行开挖，并先在隧道断面一侧分层开挖并及时施作初期支护，待该侧初期支护形成且喷射混凝土强度达到设计强度的70%以上时再按同样施工工艺和顺序开挖隧道断面的另一侧[2]。交叉中隔壁法（CRD法）较中隔壁法（CD法）在初期支护上更为加强，开挖完每一层后要需要施作临时仰拱以形成临时闭合支护拱圈，适宜于围岩地质条件极差的洞口浅埋地段。因此CRD法较CD法主要多了需施作临时仰拱这个施工环节。

采用CRD法和CD法开挖围岩时隧道断面各部周边轮廓尽量圆顺，以减小应力集中，且当最后一部开挖结束后必须及时完成全断面的支护闭合圈。左右两侧开挖断面拉开距离不宜大于15m，中隔壁宜设置成弧形。浇筑隧道二衬前拆除中隔壁时务必要加强监控量测确保结构稳定，一次拆穿长度不宜超过15m。

（4）双侧壁导坑法。双侧壁导坑法是先开挖隧道左右两侧导坑，并及时施作导坑四周初期支护，然后再根据围岩地质条件、断面大小对中部剩余部分采用上下二台阶（最常用）或是上中下三台阶法开挖。

采用双侧壁导坑开挖工法时，左右导坑应近似成椭圆形，且导坑断面宽度宜为整个断面的1/3。同时各部开挖应错开一定的距离，一般两侧导坑超前中部10-20 m左右。临时支护的拆除过程中要加强监控量测，且一次拆除长度不宜超过15m。由于采用双侧壁导坑开挖方法的一般都是自稳能力较差的Ⅴ、Ⅵ级围岩[3]，故施加初期支护后经监控量测且变形趋于稳定并在允许范围内时，应及时施作隧道二次衬砌。

3 各种开挖工法的综合应用

经过大量的工程实践表明，不同的开挖工法适用的条件和范围是不一样的，一般情况下，可以参考下述条件选择不同公路隧道洞口浅埋段的开挖工法，以符合技术、经济、安全和质量的要求。

台阶法可用于Ⅲ~Ⅴ级围岩的中小跨度隧道。V级围岩的中小跨度隧道在采用了有效的预加固和预处理措施后，也可采用台阶法开挖。

环形开挖留核心土法可用于Ⅳ~Ⅴ级围岩或一般土质的中小跨度隧道[4]。

中隔壁法（CD法）或交叉中隔壁法（CRD法）适用于围岩较差（Ⅳ~Ⅴ级）、跨度大、浅埋及地表沉降需要严格控制的情况。

双侧壁导坑法适用于围岩很差（Ⅴ~Ⅵ级）、浅埋大跨度及地表下沉要求严格的情况。

4 结 论

在实际的公路隧道洞口开挖过程中，隧道开挖方法的选择应该根据围岩级别、隧道长度、断面结构、支护衬砌设计、工期要求、机械设备的配置及装运和施工道路情况等综合确定。作为设计者来说，不能完全根据地质资料依葫芦画瓢确定开挖工法，因为设计阶段的地质勘探不可能完全和实际情况一致，当围岩级别及围岩地质条件发生较大变化时而施工方法如果不能适时调整，势必会到时事故发生。因此公路隧道洞口浅埋段的开挖工法不仅仅要根据图纸确定，而且要运用多种方法比如结合超前地质预报和监控量测，科学、严谨、灵活的综合运用调整各种开挖工法。最终达到技术合理、经济合理、安全适用和确保质量的目的。

参 考 文 献

[] 蒋树屏. 公路隧道建设技术的发展[J]. 兰州：全国公路隧道学术会议，2009.

[2] 孔刚, 王达飞, 沈东. 不同围岩级别围岩隧道的开挖方法[J]. 安徽理工大学学报, 2012(32): 276-281.

[3] 孙国华, 程桦, 汪东林. 浅埋城市隧道开挖方案比选分析与应用[J]. 安徽建筑工业学院学报, 2010, 18(4): 42-46.

[4] 王梦恕． 地下工程浅埋暗挖技术通论［M］． 合肥: 安徽教育出版社, 2004