太平隧道矿山法区间扩挖施工关键技术

【摘 要】结合太平隧道扩挖实例，本文通过对扩挖施工关键技术的研究，突出了“水平扩挖”在施工中推广应用的价值，以供类似工程参考。

【关键词】隧道；扩挖；技术；研究

1 工程概况

穗莞深城际铁路太平隧道全长14.49km，位于东莞市厚街、虎门镇境内，沿莞太路敷设，地面分布有大量建（构）筑物。拱顶覆土厚度约10～20m，为厚度不均的可塑性粘土、中砂层及风化岩。洞身穿行于全、强、弱风化砂岩、含砾砂岩中，局部地段为燕山期中粗粒花岗岩，花岗岩与第三系含砾砂岩呈不整合接触。属典型城市地下隧道。

因技术标准变化，已完工的2240.8单线米隧道内轮廓已不能满足新技术标准的要求，需对已施工隧道的初支进行破除然后扩挖至新的结构断面。

2 扩挖结构

太平隧道矿山法区间扩挖施工的2240.8单线米隧道由四座竖井，十六个作业面承担，单作业面最长扩挖长度为540m。扩挖段岩性为砂岩、含砾砂岩，围岩等级为Ⅲ～Ⅵ级，共10种扩挖断面结构，本文就难度大、风险高的两种扩挖断面进行阐述。

2.1 Ⅴ级围岩标准段扩挖至下锚段

原Ⅴ级围岩标准段采取φ22格栅钢架，间距0.6m。超前支护采用拱部120°范围内φ42 L=4.0m的超前小导管。边墙设3.5m长的砂浆锚杆，挂网锚喷支护，初支厚度0.3m。

拱部扩挖最大值1.903m，隧底扩挖最大值约0.3m,边墙扩挖0.8～1.2m，每延米扩挖约25.3m3土石方。

2.2 Ⅳ级围岩标准段扩挖至盾构通过段

Ⅳ级围岩标准段采取φ22格栅钢架，间距0.6m。超前支护采用拱部120°范围内φ42 L=4.0m的超前小导管。边墙设3.0m长的砂浆锚杆，挂网锚喷支护，初支厚度0.25m。

拱部扩挖最大值2.81m，隧底扩挖最大值2.01m,边墙扩挖2.56～3.04m。

3 扩挖施工

3.1 扩挖施工方案

矿山法隧道扩挖施工就其本质是一个预加固、拆除、扩挖、受力转换作业的过程。其中预加固在扩挖施工中至关重要，它决定了后续工序实施的条件。

扩挖施工必然对围岩再次造成扰动或破坏，在扩挖施工前需对扩挖范围及应力拱一定范围内的土体进行预加固，以达到止水及加固土体的作用。常见的预加固措施主要有超前锚杆、超前小导管、径向注浆、管棚支护、帷幕工法、水平旋喷桩、冻结管施工。根据本工程实际情况，并综合考虑洞内施工条件、加固目的层、工程造价、工期因素，选择径向注浆方案。

注浆孔按梅花型布置，环向间距0.65～0.75m，纵向间距1.7m，孔深至扩挖轮廓线以外3.0m，孔口管长度根据围岩情况确定。浆液采用纯水泥（个别富水段落，采用双液浆），水灰比1：1，注浆压力按拟加处静水压力加上0.5～1.0Mpa确定。典型扩挖断面径向注浆断面图如图所示。

3.2 扩挖施工步骤

隧道的扩挖必定涉及到结构的受力转换，因此扩挖的施工步骤由不同结构受力的特点所决定。隧道的断面由拱组成，因此隧道受力即是拱结构的受力。

土体给隧道断面的压力，对于拱结构来说是分布径向力，此时对拱结构受力的分析可根据力法公式进行：

δ11X1+Δ1p=0

在拱结构受径向力的体系中：

=

可根据上述两式，计算得拱部任意截面所承受的弯矩和轴力，最终求出X1，即为拱角水平推力。因此可根据拱结构受力特点，即拱结构可以将竖向力转化为水平力的特点，确定施工基本步骤：首先破除拱部初支，进行拱部扩挖；此时隧道拱部所受的径向力转化为水平力，此水平力可由锁脚锚杆和边墙所抵抗。其次进行边墙的扩挖，此时径向力转化的水平力由锁脚锚杆和仰拱抵抗。最后进行仰拱扩挖。

故详细的施工步骤为：

预注浆架设开挖台车破除拱部初支混凝土拱部水平扩挖至外轮廓线拱部初支施工破除边墙初支并扩挖至外轮廓边墙初支施工破除仰拱初支扩挖至外轮廓仰拱初支施工。

4 扩挖施工措施要点

4.1 扩挖施工前，必须打设检查孔检查径向注浆效果，当检查孔最多只有滴水（不成线）且渗水量不大于2L/d时，则判断注浆达到效果，否则应进行补充注浆。

4.2 扩挖遵循水平扩挖的原则，尽量减少挑顶、跳槽施工，合理规划工作面和逃生通道。

4.3 Ⅲ、Ⅳ级围岩原初期支护原则按不超过2榀格栅的长度拆除；Ⅴ、Ⅵ级围岩原初期支护原则上应逐榀拆除，逐榀扩挖，做好锁角锚管施工，及时封闭扩挖后的初支。

4.4 Ⅲ、Ⅳ级围岩水平单方向扩挖采用台阶法，台阶长度根据揭示后的围岩情况综合现场情况确定；Ⅴ、Ⅵ级围岩顺序依次拆除拱部初支并扩挖、施工扩挖断面拱部初支、拆除原边墙初支并扩挖、施工扩挖断面边墙初支、拆除原仰拱初支并扩挖、施工扩挖断面仰拱初支。

4.5 Ⅴ、Ⅵ级围岩可根据揭示的掌子面情况，酌情增设超前小导管，以策安全。

4.6 鉴于隧道扩挖施工的风险，初期支护需达到设计强度的75%，方可进行相邻循环段的拆换。

4.7 扩挖期间需做好监控量测工作，根据量测成果提供反馈信息，用于指导施工。

5 结束语

太平隧道矿山法扩挖现已全部完成施工。本文通过对扩挖施工技术的总结,为类似工程中提供参考。

参考文献

[1]高速铁路隧道工程施工技术指南.北

[2]铁路隧道设计规范及其局部条文修改（铁建设【2009】22、62号）. 北京：中国铁道出版社，2005.

[3]锚杆喷射混凝土支护技术规范. 北京：中国铁道出版社，2001.