隧道开挖优化及施工技术要点分析

建筑技术开发　施工技术　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　第４４卷第９期　２０１７年５月　隧道开挖优化及施工技术要点分析　杨勤智　（中铁十二局集团第二工程有限公司，太原０３００３２）　［摘　要］随着我国经济的迅速发展，隧道的开挖技术也越来越成熟，已经发展出各种开挖隧道的技术方法。结合成都经济　区环线高速公路简阳至蒲江段项目二峨山、长秋山两座隧道工程，围岩设计为ＩＶ级，中隔壁法开挖法，经综合各方面分析后　现场决定采用两台阶开挖进行施工更为适宜，并进一步提出了对￣Ａ＿ｒ－图设计的优化调整方案，更好地节约了成本，加快了施工　进度。　［关键词］隧道开挖；施工优化；中隔壁开挖法　［中图分类号］Ｕ４５１．２　［文献标志码］Ｂ　［文章编号］１００１—５２３Ｘ（２０１７）０９－００７３－０２　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｙａｎｇ　Ｑｉｎ—ｚｈｉ　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ’Ｓ　ｅｃｏｎｏｍｙ，ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｍａｔｕｒｅ，ｈａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｕｔｎｎｅｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　Ｊｉａｎｙａｎｇ　ｔｏ　Ｐｕｊｉａｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｚｏｎｅ，　ｔｗｏ　ｒｉｎｇ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｓ　ａｎ　ｌｏｎｇ　Ａｋｉｙａｍａ　ｗｔｏ　ｕｔｎｎｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｇｒａｄｅ　ＩＶ，ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆａｌｌ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆｔｈｅ　ｓｃｅｎｅ　ａｆｔｅｒ　ｄｅｃｉｄｅｄ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｔｗｏ　ｓｔｅｐ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ，ａｎｄ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｂｅｔｔｅｒ　ｔｏ　ｓａｖｅ　ｃｏｓｔｓ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ．　［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｔｕｎｎｅｌ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　隧道又称为地下隧道，根据其不同的性质有不同的分类。　入讨论该隧道的优化开挖方案。　具体内容如下。　２各类钻爆开挖方法的适用条件和技术要点　首先，根据其使用功能的不同，隧道可分为交通隧道、　２．１全断面法　水工隧道、矿山隧道、管线布置隧道；其次，按其所处的位　２．１．１适用条件　置不同，隧道可分为山岭隧道、跨海隧道、越江隧道：再次，　全断面开挖方法是指按隧道设计的轮廓线将其一次爆破　按其埋置深度的不同，隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。　成型，再进行下一步的施工工序。该施工方法的适用条件包　理论上，隧道的断面尺寸、形状、特征是由其使用功能　括较好的围岩级别和适度的开挖断面，且在施工前，要先行　和所处的地理环境所决定的，因此，在具体的实践施工过程　预加固，这样在一定程度上增加了施工的程序的复杂性，对　中，根据环境的不同选择合适的施工开挖方法是十分重要的。　施工效益和进度并没有好处。但从隧道施工的实践来看也有　隧道开挖作为整个施工工程的重要工序，开挖方法的不同不　一定的优势。采用全断面法只要满足两个条件即可施工。（１）　仅决定着隧道的施工难度，且严重影响施工的安全性和质量，　隧道围岩为Ｉ级、ＩＩ级；（２）设计断面不大于１２０ｍ　。因此，　增加了施工成本。故科学合理地优化隧道开挖方法，准确把　对施工条件的要求较低。　握施工过程中的技术要点是十分重要的。　２．１．２技术要点　１　隧道开挖方法的概述　对全断面法的技术要点，主要包括３个方面。　隧道开挖方法对于隧道的修建起着关键的作用。从实践　（１）要进行地质复核。在实践中，只要隧道的围岩条件　施工的方面来说，主要分为机械挖掘法和钻爆挖掘法两种方　许可，隧道的施工采用全断面法的开挖方法比较普遍，但是　法。其中，机械开挖方法主要包括ＴＢＭ和盾构两种方式，钻　仅依据围岩条件决定开挖方法是存在较大的风险。为此，在　爆开挖方法主要包括全断面法、台阶法、中隔壁法等；台阶　全断面法开挖中，有必要开展掌子面地质扫描和超前地质预　法又分为二台阶、三台阶和预土法。本文将以成都经济区环　报，掌握确切的围岩实际情况，并依据实际测量的结果，及　线高速公路简阳至蒲江段二峨山和长秋山隧道开挖为例，深　时修改开挖方法，减少循环进尺。　（２）要进行钻爆方法的优化设计。钻爆设计是全断面法　收稿日期：２０１７＿Ｊ０２—１５　中重要的技术要点之一，钻爆质量的好坏对施工进度的影响　作者简介：杨勤智（１９７４一），男，山西太原人，工程师，主要研究　巨大，而且，由于爆破参数需在施工过程中不断调整，因此　方向为建筑（铁路、公路、地铁）工程施工及管理。　钻爆方案的设计和优化也是动态的。具体而言，钻爆方法的　料的持久性和安全性，只有这样，技术人员才能创建出美丽　【２］王国英．节能型技术在风景园林施工中的应用分析【Ｊ］．房地产导刊，　的风景园林，促进城市的物质、精神文明建设。　２０１４：１４５－１４６．　［３］刮宏波．节能型技术在风景园林施工中的应用［Ｊ］．现代园艺，２０１５　参考文献　（１９）：１３０－１３１．　［１］渠丽．对节能型技术在风景园林施工中的应用分析［Ｊ］．现代园艺　（４］刘小平，杨蕊．古典园林风格建筑布局与装饰中的光影美学运用［Ｊ】．　２０１４（１８）：１６８．　建筑技术，２０１６，４７（１１）：１０４７—１０５０．　・７３・　第４４卷第９期　２０１７年５月　施工技术　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　建筑技术开发　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　设计内容主要包括：掏槽形式确定、炮孔布置、数量、深度、　角度、装药量及装药结构、起爆方法和起爆顺序，这些在具　体的施工过程中都需要不断的优化。　（３）要进行循环进尺和步距的规划，要根据围岩级别、　断面尺寸、设备配置条件来确定。　２．２台阶法　表１隧道情况　总长　ｍ　围岩类别　隧道名称　进出口里程　度／ＩＶ级　长度／ｍ　Ｖ级　长度／ｍ　３１４　２０２　１３２０　１３４０　二峨山隧道左洞　ＺＫ２５４＋５６７～ＺＫ２５６十８２１　２２５４　二峨山隧道右洞　Ｋ２５４＋５４６￣Ｋ２５６＋８２８　２２８２　１　９４０　２０８０　６ｌ３　６４７　２．２．１适用条件　台阶开挖法是隧道开挖施工过程中最为广泛的方法，主　要运用于二级、三级的围岩隧道开挖施工工序中。具体而言，　采用台阶法施工不仅取决于隧道围岩的级别，还要考虑开控　断面的大小及施工设备的型号和大小。台阶开挖法是将隧道　设计断面分为两次或３次开挖，上台阶超前一定距离，超前长　度大于５０ｍ或５倍洞径以上的叫做长台阶开挖；上下台阶并进，　台阶长度仅３－５１１１，临时支护或者衬砌快速闭合叫做微台阶开　挖。台阶开挖方法也是隧道施工中采用的最广泛的方法。在　选取台阶开挖法的时候，不仅取决于围岩的级别，还要考虑　开挖断面的大小是否与施工设备相匹配，及围岩的稳定情况、　施工进度要求和施工习惯等因素。　２．２．２技术要点　台阶法的技术要点主要包括３个方面。　（１）结合隧道的实际条件确定合适的台阶长度和步距，　通过具体考虑隧道围岩的地质条件、支护封闭的时间、大型　机械设备的施工使用方法和使用条件，及在施工中应注意相　关技术条件和技术指南等特别要求。在二、三级围岩中，采　用长台阶开挖方法为多，台阶的长度大多都控制在５０ｍ左右；　在四、五级围岩中，采用微台阶的开挖方法，台阶的长度大　多都控制在３－５ｍ。　（２）做好支护工作。关于隧道的支护工作，多数都运用　在四、五级的隧道围岩中，多采用有型的钢筋或者格栅拱架。　拱架的设置过程中，要采用多单元段加工，安装的过程中必　须要保持在足够的空间中，确保上下拱架之间的安装精度在　合理的范围内，同时在喷射混凝土的过程中，也必须将拱架　全部覆盖。　（３）采用台阶开挖法进行隧道开挖，若是硬岩隧道，须　要采用爆破作业完成施工，且在施工过程中，下台阶也须采　用控制爆破。　２．２．３具体类型　长秋山隧道左洞　ＺＫ３０５＋３２２－ＺＫ３０７＋２６５　１　９３３　长秋山隧道右洞　Ｋ３０５＋３　１　１～Ｋ３０７＋２９８　１　９８７　道围岩以泥岩为主，夹细砂岩、粉砂岩，薄到中厚层状构造，　为背斜轴部平缓段，节理较发育，岩质软硬不均，层问结合　般，薄层状砂岩层面富集云母，层间结合差，岩层较完整。　因位于背斜核部，受构造影响，砂岩裂隙发育带及岩体破碎　带有天然气，故按低瓦斯隧道设计。掌子面围岩岩质为砂岩　夹泥岩，弱风化，表面干燥，局部潮湿，无水。设计为ＩＶ级　围岩中隔壁法开挖。现场依据沉降观测资料反应，拱顶沉降　和水平收敛均在允许范围内。隧道若采用中隔壁法施工，隧　道通风管道布置困难，不利于低瓦斯隧道通风，而采用两台　阶法施工，隧道通风管易于布置，有利于低瓦斯隧道通风。　通过以上深入研究分析，二峨山和长秋山隧道掌子面的工程　地质和水文地质情况，采用两台阶开挖工法是最有效的施工　一方法。　在台阶开挖法中，根据隧道围岩的各个分类不同，可将　台阶开挖方法分为二台阶开挖法、三台阶开挖法和微台阶开　挖法这３类，下文将对３种不同的开挖方法进行具体的阐述。　首先，在采用二台阶开挖法进行隧道施工时，主要是根据开　挖过程中所需的机械设备、配置及进度指标进行选取。而在　二台阶开挖方法在施工的时候，要确保隧道的高度能够满足　大型机械设备的作业要求，同时保证机械设备与隧道的开控　相同，施工进度要控制在１００～１５０ｍ之间最为适宜。　３工程概况　３．１隧道简介　二峨山隧道为分离式隧道，洞身埋深３０～３００ｍ。左线全　长为２２５４ｍ，右线全长２２８２ｍ。主要为Ⅳ、Ｖ级围岩，最大　开挖不仅仅只针对施工图纸提供的各类施工方法，而且应该　开挖断面约２０８ｍ　，Ⅳ围岩断面为１５９．５７ｍ　、Ｖ级围岩断面　将超前地质预报、地质复核工作纳入施工程序中，很好地了　为１６６．２０ｍ　；隧道为低瓦斯隧道；长秋山隧道为分离式隧道，　解隧道周边的地理环境，并提前做好施工方法的转换和工作　洞身埋深３０￣２８０ｍ。左线全长１９３３ｍ；右线全长１９８７ｍ。主　的衔接。　４隧道开挖过程中的注意事项　根据上文的研究分析，并结合二峨山和长秋山隧道掌子　面的工程地质和水文地质情况，Ｉｖ级围岩采用两台阶开挖工　法可行。在具体的施工过程中，应注意以下几点。（１）加强　超前支护施作，及时施作初期支护，尽早封问成环。（２）做　好超前地质预报工作，加强监控量测，及时信息反馈，根据　监控量测结果科学指导施工。（３）根据场围岩情况优化上台　阶开挖高度，严格控制各工序的安全步距。（４）及时调整爆　破参数，减少对围岩的扰动。（５）当围岩级别发生改变时，　应及时调整开挖工法。（６）做好应急预案和应急资源的储备。　（７）施工方案应重新调整，经批准后方可实施。（８）加强围　岩监控量测，发现异常立即采取加强支护措施，并随时调整　开挖工法，加强超前地质预报工作，要求超前地质预报采用　钻探、ＴＳＰ、地质雷达扫描、红外线探水４种方法。（９）每榀　拱架增加２组锁脚锚管，严格按要求施作锁脚锚管，确保拱架　稳定。（１０）上下台阶拱架接合部和拱脚处均增加长５０ｃｒｎ的　槽钢，以增加拱脚受力面积，拱脚须座于坚实的岩面或基础上，　确保拱架稳定。　５结束语　由于隧道工程地质复杂，加上在设计阶段的地质勘探工　作不能够细致，设计过程中没有具体合理地结合当时的地质　条件，导致设计方案与实际情况大为不同，不能够很好地进　行因地制宜的合理开挖施工，而且在施工过程中根据具体的　情况没有进行及时、有效的调整，严重影响隧道开挖的进度　和隧道的质量，甚至埋下了一系列的安全隐患。因此，隧道　要为Ⅳ、Ｖ级围岩段，最大开挖断面约２０８ｍ　，Ⅳ围岩断面　为１５９．５７ｍ　，Ｖ级围岩断面为１６６．２０ｍ２；隧道为低瓦斯隧道，　见表１。　３．２隧道开挖方案优化　参考文献　［１】张波．浅谈隧道开挖方法及其技术要点［Ｊ】．科技信息，２０１６（９）．　［２］李力．我国隧道开挖技术［Ｊ］．江苏科技，２０１６（９）．　Ｊ］．铁路技术，２０１６（５）．　成都经济区环线高速公路简阳至蒲江段二峨山和长秋山　［３］张峰．试论隧道开挖的注意事项［４】曹杰，杨流，陈凯，等．单管双线地铁隧道中隔墙施工质量控制［Ｊ］　隧道长、断面大、地质条件较复杂，隧道明洞设计采用明挖　【法施工，洞身均按新奥法原理施工。二峨山隧道和长秋山隧　・７４・　建筑技术，２０１５，４６（２）：１７７—１７９．