浅谈隧洞工程土石方开挖施工技术
作者：管理员 分类：建筑工程 时间：2015-11-05 11:16:20

随着社会经济的进步，交通建设被越来越多的应用到各地。其中，在丘陵山地等地段，隧洞开挖是交通线路建设中无法避免的工程之一。本文主要描述了隧洞工程土石方开挖施工技术，重点阐述隧洞工程开挖施工工艺的应用、优缺点、施工方法以及相关的技术措施等。该项施工技术在本工程被成功的应用且效果较好，可供类似工程借鉴参考。

【关键词】砂砾石隧洞  土石方开挖  施工技术  

1 基本概述

某隧洞工程全长2.24km，其中:隧洞段长1780km，进口明渠及连接段长230m，出口明渠连接段长234m。隧洞主要穿越Ⅴ～Ⅵ级阶地的砂砾石地层。隧洞设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为100年一遇。椐当地气象站的气象统计资料提供：多年平均气温7.4ºC，极端最高气温37.4ºC，极端最低气温-37.6ºC，多年平均降水量256.66mm。

进口明渠及连接段:沿线地形比较平坦,为Ⅴ～Ⅵ级阶地，上部为厚1～10m的上更新统风积黄土层，其在结构上比较牢固；下部为上更新统冲积砂砾石层，该层在一定程度上比较密实；底部为第三系上新统泥岩、砂岩互层，该层是水平的，主要以泥质胶结为主，经过初步分析，泥岩可能在一定程度上具有膨胀性。经过分析该段渠道为深挖方，并且其开挖的深度一般10～20m之间，该段渠道的地下水低于渠底，渠身大部分处在冲积砂砾石层内，部分处于第三系上新统泥岩、砂岩互层内，砂砾石层允许承载力300～400kpa，这就是该段渠道的实际情况。

隧洞洞身:隧洞通过的地层岩性为第四系中更新统的砂砾石,进口表层覆盖有6～10m厚的风积黄土,其出口表层覆盖一层厚4～10m的坡洪积碎石土,砂砾石干密度γd为1.91～2.00g/cm3,纵波速度vp=1000～1200m/s,其弹性抗力系数k=100～200N/cm3,砾石含量81%,一般粒径20～100mm,其中最大的粒径为150mm,磨圆度中等,砾石成份为凝灰角砾石和花岗岩，胶结较差,在分类上属Ⅴ类围岩,其稳定性较差，根据PD10号平硐揭露，围岩内可能分布有松散的砂层透镜体，对该层要加以支护，使得地下水低于隧洞底部。

出口明渠及连接段:该地段沿线的地势较为平坦，表层覆盖有一层厚为3～10m的坡洪积碎石土，其下为第四系中更新统的砂砾石,砂砾石干密度γd为1.91～2.00g/cm3,纵波速度vp=1000～1200m/s，弹性抗力系数k=100～200N/cm3,地下水低于渠底，这是该地段的具体状况。

2 隧洞进、出口开挖施工技术

2.1开挖施工工艺

施工测量定位→断面复测→进出口一期进洞开挖规划→进出口分层开挖→土料运输→进出口洞脸范围临时支护处理。

2.2开挖施工技术方法

隧洞工程进、出口土方开挖通道道路以现场已形成交通道路为基础，至开挖面道路利用推土机推修筑，土方利用1.60m3挖掘机自上而下分层开挖，每层开挖高度控制在3m，开挖料利用20T自卸汽车运输至规划内的弃渣及利用料场。机械设备开挖前首先人工清除开挖区内的植被、杂物，同时进行测量放样设计开挖边线，核实开挖断面，按设计开挖坡外截水沟，在进、出口上游外侧设临时挡渣及排水沟设施，以防止开挖土料及雨水对进、出口建筑物的影响，马道和岸坡清理利用推土机和液压挖掘机以及人工开挖为辅助的方式进行清除。

3 隧洞洞室开挖施工技术

3.1技术方案的分析

隧洞洞室上半洞开挖利用人工风稿配合机械分断面作业，上半洞为洞挖断面半圆段,人工风稿凿出并用三轮车运渣至开挖下段面处装车，自卸车运输至弃渣场。下半洞为边墙段，利用人工辅助配合短臂挖掘机开挖，开挖料利用5T自卸车运输到指定料场。洞室上半洞开挖的过程中，安装钢格栅支撑联合体、挂网、喷护施工紧随洞石开挖其后进行。

3.2开挖施工工艺

准备工作→测量放样→上半洞开挖→出碴→圆弧钢支撑→挂网→喷护→下半洞开挖→出碴→边墙钢支撑→挂网→喷护→延伸风水电线路，转入下一道施工工序。

3.3开挖施工技术方法

隧洞洞室开挖控制测量利用全站仪和红外测距仪作导线控制网，施工测量的仪器主要利用全站仪配水准仪进行。测量作业由专业人员负责，每个月进行一次测量检查复测，确保测量控制工序质量。上半洞开挖时由熟练的风镐作业技工严格按照设计断面作业，分区、分部位定人定位施工，实行严格的风镐作业质量经济责任制。风镐作业是人工装车，其流程是三轮车运土至下半洞施工断面前，然后装自卸，再由自卸车运输出洞外至弃渣场。在开挖的过程中上半洞边缘优先考虑，与此同时还应当及时安装支护钢拱架，并在上半洞断面中下部留有一个平台，平台的尺寸必须不影响开挖的前提下为拱架的安装提供方便，该部分可以利用短臂挖掘机直接开挖装料，或者利用短臂挖掘机在下半洞开挖装料，钢拱架安装完成后随后进行钢网绑扎焊接及混凝土喷护。下半洞开挖时首先人工风镐开挖两边墙位置，开挖以能够安装边墙支承为主，宽度1～1.50m, 边墙拱架安装完成后，短臂挖掘机机械开挖剩余工程量，开挖料由自卸车运输出洞，考虑高度因素边墙拱架和机械开挖分两次完成，下半洞支护和上半洞相同也采用钢网绑扎焊接及混凝土喷护。

该工程围岩颗粒级配连续均匀，大颗粒较少，但其密度较高，而且局部存在少量流砂层，开挖采用钢钎及锹等普通工具在经济上比较实用，顶拱80-120厘米范围以及周边轮廓线20-30厘米范围内可以采用人工作业，中间采用挖掘机开挖。开挖分为两台阶开挖，即顶拱为一台阶，直墙一次开挖到设计高程，但左右边墙立腿之间的差距在2-3m之间，所以不应同时开挖，应待一边拱架立腿安装完成，具有一定的空余时间后再进行另一侧立腿进行施工。洞内开挖要根据围岩以及地表建筑物的实际情况，按照40-80厘米每循环进尺进行控制。如果遇到岩石存在流沙层时，应当缩短进尺一般按40厘米进行施工，顶拱部位增加Φ32毫米自进式中空注浆超前锚杆，因造孔制约，一般锚杆长度小于2米，间距为30厘米，沿洞顶120°范围径向布置。如果是地质条件较好的阶段，应当每循环进尺按80厘米控制。隧洞开挖后，应立即进行拱架支护，在此过程中一定要做好锁脚锚杆及立腿底部的防护工作。锁脚锚杆采用Φ25的螺纹钢，用风镐冲击力将其打入砂砾岩层，将其长度控制120-150厘米。锁脚锚杆能够起到临时支撑的作用，关键是拱架立腿一定要支撑在原状土之上，保证起牢固性，根据以往隧洞施工经验，为了保证拱架能够真正起到与围岩变形一致的作用，将立腿底部再浇筑30厘米宽，40厘米深的护底砼。该项工作有工人进行施工，即使这样也是比较容易出问题的地方。

4 隧洞开挖技术措施分析

4.1降低污染物主要措施分析

隧洞开挖过程中加大排烟风机的风量，因为在此过程中会产生大量的油烟，这样能够在一定程度上降低洞内油烟浓度，所以在出渣过程中一定要保证排烟风机的风速，同时还应当保证风管出口处的排尘量，使柴油机排出的油烟能够及时的排出，并且对轴流风机以及其管道要进行长期的保养，这样能够减少沿途出现漏风的现象，从而保证最低风速高于等于0.15m／s，将风速控制在1.5～3.0m／s区间，其效果最佳。利用喷雾洒水来提高降烟尘率，当轴流风机的工作效率较低时，巷道内会聚集大量的烟尘，可以利用喷雾器减少空气中烟尘的来源。喷雾器分为两种类型，分别是单水型和压气型，单水型是以高压水为动力，然后通过喷嘴将水雾化，这种水幕对内燃机的烟尘降尘率达到38.7％～46.5％。开挖过程中及时进行拱顶喷浆封闭,在一定程度上降低未喷面受到污染的时间，因为柴油机排出的大部分油烟集中在拱部，能够迅速的将油烟排出去，这样在施工中就可以利用拱顶断面与喷浆开挖的两道工序进行平行作业，拱顶喷浆作业与开挖作业相继进行，与开挖的掌子面相距30～50m进行施工，该距离能够保证拱顶喷好的砂浆不受到开挖冲击的影响,能够防止喷面砂浆脱落，这种防治措施可以在实际中通过实验获得距离参数，所以在施工的过程中一定要尽最大可能减少喷浆面与掌子面之间的距离，以便拱部岩面能够在受到最大污染前进行喷浆封闭。

4.2 通风技术措施分析

隧洞开挖通风利用混合式通风措施，利用轴流通风型号YZF—200L—2，功率45kw，在进出洞口同时设置压入通风机和吸出风机，压入通风的作用范围为整个隧洞长度，压入风口与排出风口距离25m，以保证污浊空气不会循环流入洞内。油烟和粉尘浓度较大时，在隧洞中部增设中继站，保证压入风管风口的压力和作业点的足够风量，为掌子面提供新鲜空气。

5 结束语

隧洞为砂砾石土洞，隧洞开挖及支护施工严格遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则进行，确保隧洞施工安全、快速、高效。开挖后支护部位经安全处理、平碴后，立即进行一次支护，利用砂浆锚杆、挂网喷砼等支护手段，形成一柔性封闭环，确保围岩稳定。隧洞开挖工期满足了工程总进度计划要求，整个隧洞开挖效果良好，确保了工程整体施工质量，施工技术正确合理的应用使得本工程能够快速、保质、保量和安全顺利完工。根据隧洞工程开挖施工的总结分析，本施工技术可行，且既经济又合理。

参考文献：

[1]水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册 (第二卷). 北京:中国水利水电出版社,1990

[2] 中华人民共和国国家发展和改革委员会,中国电力出版社.水工隧洞设计规范DL/T5195-2004.北京:中国水利水电出版社,2007.08

[3] 汤柱坚.谈水利工程土石方开挖及填筑技术[J].科技资讯, 2011.23   

作者简介：闫星涛（1973.10-）男，汉族，安徽颍上人，本科，工程师，研究方向：水利水电

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