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挤压性围岩隧道施工工艺工法 QB/ZTYJGYGF-SD-0509-2011 第五工程有限公司 刘强 1 前言 1.1 概况 交通隧道、水工隧道及其他地下工程穿越地下高应力以及软弱围岩，常导致大变形等相关地质灾害。根据大量文献检索，隧道工程围岩大变形已是困扰地下工程界的一个重大难题。19世纪中叶，铁路隧道底鼓、仰拱破坏就已经出现并引起人们的关注，首例严重的大变形交通隧道是1906年竣工的长19.8km的辛普伦Ⅰ线隧道。此后，日本的惠那山隧道、奥地利的陶恩隧道、阿尔贝格隧道等都是典型的围岩大变形灾害工程实例。我国青藏线的关角隧道（4.0km）、宝中线的大寨岭隧道（3.136km）及堡子梁隧道（1.904km）、南昆线的家竹箐隧道、国道317线的鹧鸪山隧道和鹧鸪山隧道铁路隧道等工程均出现了不同形式和程度的围岩大变形情况，给工程建设造成极大的困难，运营以后病害也多。 1946年，Terzaghi首次提出了挤压性岩石和膨胀性岩石的概念，挤压性岩石是指侵入隧道（开挖轮廓面）后没有明显体积变化的岩石。同时将围岩变形分为两类：一是开挖形成应力重分布超过围岩强度而发生塑性化。如果介质变形缓慢，就属于挤压（如果变形立刻发生，就是岩爆）；二是岩石中的某些矿物和水反应膨胀。水及某些（膨胀性）矿物的存在，对于变形是必须的。大变形是相对正常变形而言，目前还没有统一的定义和判别标准。挤压性围岩的施工技术也是多种多样，目前主要有台阶法、双侧壁导坑法、CD法和CRD法等。本工法主要根据襄渝二线新蜀河隧道的施工经验编写，介绍“三台阶+临时仰拱”法。 1.2 工艺原理 三台阶+临时仰拱法是以“新奥法”基本原理为依据，在开挖时尽量减少对围岩的扰动；初期支护采用柔性支护，并及时使断面封闭，控制围岩变形；进行信息化施工管理，随时掌握施工过程的动态变化，合理安排，确保施工安全。施工过程遵循“早预报、管超前、弱爆破、短进尺、少扰动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则稳步前进。开挖后立即进行初期支护，保证在最短时间封闭围岩，使初支成环，根据量测数据确定最佳二衬施工时间，尽早完成二衬施工。 2 工艺工法特点 隧道开挖的过程是在时间和空间上动态变化的过程，伴随着开挖面的向前推进，隧道围岩不断受到扰动，其受力和变形随时间与空间而逐渐发展。挤压性围岩隧道更具有明显的“时空效应”。较台阶法、双侧壁导坑法、CD法和CRD法等施工方法，具有以下特点： 2.1 该施工方法将隧道分成7部分施工，空间小，减少了对围岩的扰动，同时利于及时封闭。 2.2 临时仰拱增加了横向支护刚度，利于变形控制。 2.3 无需增加特殊设备，投入少，利于现场操作。 3 适用范围 本工艺工法适用于Ⅴ-Ⅵ级挤压性围岩隧道施工，对于大跨地下工程及其它交通工程已有参考价值。 4 主要引用标准 4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417）、《铁路工程测量规范》（TB10101）、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60）、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1） 4.2其他挤压性围岩隧道施工方面的参考资料。 5 施工方法 “三台阶+临时仰拱”法将开挖断面分成上、中、下、仰拱四断面进行开挖（见图1）。上中下三个断面并进施工，在并进施工中，上中台阶长度一般为3～5m，下台阶一般为5～10m。为及时形成支护结构的闭合断面，台阶长度可以适当调整。上部弧形导坑采用人工开挖或采用松动爆破开挖，人工扒渣至中台阶；中下台阶采用机械开挖或松动爆破开挖，各部之间的距离不超过3m。各部开挖后及时封闭掌子面，网喷、锚杆、型钢钢架联合支护作业。临时仰拱紧随上台阶施工，上中下台阶初支墙（拱）脚增设锁脚锚杆，初期支护及时封闭成环。湿喷机湿喷作业，仰拱开挖长度3～4m，开挖后及时施工仰拱。中下台阶开挖后，采用挖掘机扒渣，装载机装渣，自卸汽车运输。实行信息化管理，及时反馈信息，调整支护参数，确保施工安全。 6 工艺流程及操作要点 6.1 施工工艺流程 “三台阶+临时仰拱”法施工步序图见图1 图1 “三台阶+临时仰拱”法施工步序图 施工工艺流程见图2。 图2 施工工艺流程图 6.2 操作要点 6.2.1 施工准备 1 风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施、修建环保、水保设施。 2 根据设计资料详细分析了解工程地质、当地水文地质情况，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工监控量测方案。 6.2.2 施工步骤 1 上台阶开挖及支护 开挖之前进行超前支护，一般设计为φ42×3.5mm小导管，外插角5°～10°，搭接长度不得小于1.5m，环向间距40cm，在洞身变形