高海拔长大公路隧道Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩紧急停车带大断面大跨度采用三台阶七步法快速施工技术

青海交通科技２Ｏ１６—３　．＿＿同　海拔长大公路隧道Ⅳ、Ｖ级软弱围岩　紧急停车带大断面大跨度采用三台阶　七步法快速施工技术　口　Ｊ　李小斌王养锋　西宁８１００００）　（青海交通投资有限公司摘要通过探讨高海拔软弱围岩隧道的开挖问题，结合高海拔长大公路隧道实体工程，简述了青　藏高原恶劣的自然条件和复杂的地质条件，长大公路隧道软弱围岩大跨度、大断面紧急停车带开　挖、支护等难度大的情况下的开挖施工问题，实践证明，该施工方法满足了质量、安全、工期和投资　要求，取得了良好效益，在大断面、大跨度隧道施工中是可行的，能保证隧道开挖施工质量、安全和　速度，为解决高海拔隧道Ⅳ、Ｖ级软弱围岩隧道的施工提供了技术参考。　关键词　高海拔公路隧道软弱围岩　大断面　大跨度　Ｕｓｉｎｇ　Ｔｈｒｅｅ　Ｓｅｖｅｎ——ｓｔｅｐ　Ｒａｐｉｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｌａｒｇｅ　Ｃｒｏｓｓ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｐａｎ　Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　Ｓｔｒｉｐ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ａｌｔｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　ＩＶ．Ｖ　ｌｅｖｅｌ　Ｗｅａｋ　Ｒｏｃｋ　Ｌｏｎｇ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｘｉａｏｂｉｎ　Ｉ．ｉ，Ｙａｎｆｅｎｇ　Ｗａｎｇ　（Ｑｉｎｇｈａｉ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｘｉｎｉｎｇ　８　１００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—－ａｌｔｉｔｕｄｅ　ｗｅａｋ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ａｌｔｉｔｕｄｅ　ｌｏｎｇ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｔＯ　ｄｅｓｃｒｉｂｅ　ｔｈｅ　ｈａｒｓｈ　ｎａｔｕｒａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｑｉｎｇｈａｉ—Ｔｉｂｅｔ　Ｐｌａｔｅａｕ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｓｐａｎ　ａｎｄ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｐａｒｋｉｎｇ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｈｉｇｈｗａｙ　ａｎｄ　ｓｏｆｔ　ｒｏｃｋ　ｔｕｎｎｅｌ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｈａｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｓａｆｅｔｙ，ｄｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ，　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｌａｒｇｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｐａｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｆｅｒ－　ｅｎｃｅ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ａｌｔｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　ＩＶ，Ｖ　ｇｒａｄｅ　ｓｏｆｔ　ｒｏｃｋ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｈｉｇｈ—ａｌｔｉｔｕｄｅ　ｒｏａｄ　ｔｕｎｎｅｌ；ｗｅａｋ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ；ｌａｒｇｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ；ｌａｒｇｅ　ｓｐａｎ　当前，青海高速公路建设快速发展，公路隧道越　来越多的分部在高海拔、高严寒地区，恶劣的自然条　弱嗣岩隧道开挖施工的成果经验，发现传统的大断　面软弱围岩施工方法进度慢、工效低，存在一定的局　件和复杂的地质条件，便得机械化施工效率下降约　１０％一２０％，建设速度和效率都难以保证。对于高　海拔软弱围岩施工技术的研究，目前国内还进行得　限性，而三台阶七步法有其固有的优点，能有效的解　决软弱围岩大断面大跨度地段围岩沉降大，收敛大，　施工安全和进度等问题，能突出大断面软弱围岩隧　道开挖施工的技术特点，可有效地解决大断面大跨　度地段软弱围岩开挖问题，值得进行深入研究。　１工程概况　很少，这类隧道尤其是紧急停车带段由于断面大、跨　度大，为保证施工质量、施工安全和施工工期，开挖　工法和支护的选择十分关键，当高海拔地区大跨段　位于Ⅳ、Ｖ级软弱围岩中更是如此。借鉴大断面软　７２　大武至久治段公路全长２３２．３ｋｉｎ，位于青海果　青海交通科技洛藏族自治州久治县境内，平均海拔高程４１００ｍ，建　２适用范围　２０１６—３　设路段共有隧道７座，合计全工３７６１８ｍ，紧急停车　带开挖最大高度１１．３８ｍ，宽度１５．９５ｍ，断面面积　１４８．２ｍ　。隧道围岩主要为全风化钙泥质板岩、强　三台阶七步法对于高海拔、高严寒公路隧道大　断面大跨段，特别是位于软弱围岩中时具有很强的　适用性；同时，对于公路、市政、水利隧道（洞）大断　风化砂岩、局部有千枚岩，呈散体状结构，岩层极破　碎、软弱，岩体节理裂隙发育，破碎程度较高，结构面　密集，结合度差，裂隙内泥质充填，多呈碎裂状结构，　自稳能力差等Ⅳ、Ｖ级软弱围岩，遇水软化呈泥状；　面施工具有借鉴、参考意义。　３工艺流程及操作要点　３．１施工工艺流程　紧急停车带开挖工法如图１所示，其施工流程　采用三台阶七步法施工。　见图２。　图１开挖断面　图２施工流程　７３　李小斌等　高海拔长大公路隧道Ⅳ、Ｖ级软弱围岩紧急停车带大断面大跨度采用三台阶七步法快速施工技术　３．２软弱围岩紧急停车带开挖具体施工作业步骤　七步短台阶法利用２～３层短台阶，分步开挖，　分步施工仰拱、拱墙初期支护，形成稳固的初期支护　体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变位。　应用监控量测进行信息化施工，根据测试数据对衬　砌时间和支护参数进行及时调整并施工。大断面紧　急停车带、富水地层和破碎断层带地层中，采取止　水、小导管注浆加结、短开挖上部弧形导坑后进行拱　部初期支护施工，左右错位进行边墙开挖及其初期　支护施工；及时开挖下台阶施工仰拱封闭初期支护。　软弱围岩紧急停车带施工的开挖断面图和透视图分　别见图３和图４，详细的施工方法为：　（１）根据设计施工要求进行超前支护施工，确　保开挖施工安全，尤其对富水地层、大断面紧急停车　带，应加强超前支护。　（２）进行环向开挖，衔接预留核心土，及时支　护；平行开挖和初期支护施工，施工仰拱中应紧跟下　台阶，紧密衔接分部初期支护，尽快闭合成环。　（３）搞好施工监控，根据监控测量结果及时调　整预留变形量和支护参数，控制好支护和围岩变形。　（４）七步开挖步骤为：①开挖上部弧形导坑。　先进行拱部超前支护，在进行上部弧形导坑环向开　挖，预留３—５ｍ长，１／３～１／２开挖宽度的核心土。　开挖长度依据钢架初期支护的间距确定，不得大于　１．５ｍ，并及时喷混凝土，厚度为３～５ｃｍ，及时架设　钢架、施工锚、网喷支护系统，锁脚锚杆下倾角２５。　打设于钢架拱脚上高０．３ｍ处，焊接牢固钢架和锁　脚锚杆后再喷砼至规定厚度。　②和③开挖左、右侧中台阶：先进行中台阶开　挖，左侧与右侧开挖应相差２～３ｍ。开挖长度依据　钢架初期支护的间距确定，不得大于１．５ｍ，并及时　喷混凝土，厚度为３～５ｃｍ，及时架设钢架、施工锚、　网喷支护系统，锁脚锚杆下倾角３０。搭设于钢架墙　脚上高０．３ｍ处，焊接牢固钢架和锁脚锚杆后再喷　砼至规定厚度。　④和⑤开挖左、右侧下台阶：先进行中台阶开　挖，左侧与右侧开挖应相差２—３ｍ。开挖长度依据　钢架初期支护的间距确定，不得大于１．５ｍ，并及时　７４　喷混凝土，厚度为３—５ｃｍ，及时架设钢架、施工锚、　网喷支护系统，锁脚锚杆下倾角３０。搭设于钢架墙　脚上高０．３ｍ处，焊接牢固钢架和锁脚锚杆后再喷　砼至规定厚度。　⑥预留核心土开挖：按开挖长度分别开挖上、　中、下各台阶预留的核心土。　⑦开挖隧底：隧道开挖长度为每次２—３ｍ，开挖　完成４—６ｍ后及时进行仰拱施工。　（５）开挖后应及时施工初期支护，以确保围岩　稳定，其施工工艺流程见图３。　［　口　清理岩面　初喷混凝土封闭岩面　施作系统锚杆，挂钢筋网　安装钢架　ｌ　图３初期支护施工工艺流程　３．３仰拱施工　（１）隧道开挖长度为每次２～３ｍ，开挖完成４～　６ｍ后及时进行仰拱施工。当仰拱到下台阶开挖面　距离达到３０～４０ｍ时，隧道底部开挖应采用短距离　跳槽开挖。　（２）开挖后应及时清除积水、杂物、泥浆和虚　碴，及时初喷３～５ｃｍ砼封闭岩面，按照设计要求安　装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护　及时闭合成环。　（３）仰拱浇筑长度４—６ｒｎ，用浮放模板支架成　型，分段全幅整体浇筑砼，变形缝和施工缝设置止水　带，保证仰拱超前墙拱混凝土施工面一定距离，不积　水，表面平顺。　（４）在仰拱混凝土终凝并清除干净仰拱表面的　青海交通科技２０１６—３　积水和杂物后再连续整体浇筑填充混凝土。保证其　表面不积水、平顺、坡度符合规定要求，其砼强度达　到设计强度后才能通车，达到５ＭＰａ后才能允许行　人通行。　３．４监控测量　开挖施工后应及时进行隧道监控测量，采用信　息化施工，根据监控数据分析结果对支护参数进行　及时调整。隧道监控测量必测项按隧道施工规范规　定进行。测线、测点布置见图５。净空变化测量初　读数的读取与测点布置规定如下：　图４开挖步骤图　Ａ　拱顶观测点　／　、　、　、　。／／／／　　ｌ　／　譬量测基线＼＼　Ｃ　Ｃ　ｆ｛＼　　『ｌ　Ｄ　ｌ　＼　ｉ　ｔ＼＼　　／／　／　～～　一＼　一一～～～～／／／／　二二　———一——一　图５净空变化测点布置　①测点Ａ和基线Ｂ—Ｂ　在开挖上导坑完成拱部　初期支护后布设，在３—６ｈ测量初读数；　④其它测量初读数应在开挖后１２ｈ～２４ｈ读取，　并应保证开挖完下一循环前读完；　②基线ｃ—ｃ　在开挖中台阶完成上部边墙初　期支护后布设，在３—６ｈ测量初读数；　③基线线Ｄ—Ｄ　在开挖中台阶完成上部边墙初　期支护后布设，在３～６ｈ测量初读数；　⑤为方便比较分析监控数据，地表、拱顶、拱　（墙）脚净空变化观测点在同一断面布设；　⑥量测频率选择见表１，当出现异常情况时，应　加大测量频率。　７５　李小斌等　高海拔长大公路隧道Ⅳ、Ｖ级软弱围岩紧急停车带大断面大跨度采用三台阶七步法快速施工技术　注：ａ、Ｂ一隧道开挖跨度。　４施工控制要点　软弱围岩的相关工程施工非常有限，能够参考的资　（１）隧道进洞前，应搞好各项排水工作。隧道　开挖施工应紧凑安排工序，做好工序衔接，以避免因　围岩暴露时间过长而造成围岩失稳。及时进行初期　支护施工并封闭成环，保证整个断面初期支护闭合　时间不超过１５ｄ．　（２）为减少围岩暴露时间，施工过程中应尽量　缩短台阶开挖长度，应控制核心土长度为３～５ｍ，　１／３～１／２隧道开挖宽度。依据隧道围岩地质情况　确定循环进尺，每次开挖长度应不超过１．Ｏｍ，及时　初喷混凝土。　（３）按规定搞好隧道的超前支护，控制好注浆　和支护外插角，钢架加工制作和架设严格按设计及　规范要求进行，并应与锁脚锚杆焊接牢固。　（４）隧道初期支护背后不得存在空洞，保证围　岩与初期支护密贴，应回填密实超挖部位，必要时应　进行初期支护背后充填注浆。　５　结语　虽然目前在国内进行高海拔、高严寒地区隧道　７６　料很少，该类隧道施工技术难度较大，但只要我们充　分领会设计意图并合理选择施工方法，就能保证隧　道的施工质量和安全。在该大断面大跨度软弱围岩　施工过程中根据具体的实际情况，隧道开挖采用三　台阶七步施工方法，加快了施工速度、提高了工程质　量、减低劳动强度，而且工序安排合理，大大提高了　施工进度。在花久高速公路隧道软弱围岩施工中采　用三台阶七步法施工取得了成功应用，使全线的隧　道质量、工期得到了有效的保障。　参考文献　［１］　《铁路隧道施工规范》（ＴＢｌ０２０４喇２）．　［２］　《铁路隧道工程施工质量验收标准》　（ＴＢ１０４１７－－２００３）．　［３］　崔小鹏，孙韶峰，王广宏，侯敏．ＣＲＤ工法及　三台阶七步开挖工法的对比和改进［Ｊ］．隧道　建设，２０１０年Ｏ２期．　［４］　陈继军．三台阶临时仰拱法在单线铁路隧道　中的应用［Ｊ］．山西建筑，２０１１年１３期．