大断面公路隧道施工技术研究

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　　摘要：我国公路网的建设和公路系统的运行要求公路里程不断增加，并且要延伸到各种复杂的环境中。社会基础设施建设的需求和地质环境条件的限制必然要求对公路施工技术进行不断革新，大断面公路隧道施工技术为应对特殊环境下进行的公路建设提供了技术支持。本文在对国内多项大断面公路隧道工程施工技术进行研究的基础上探讨了新奥法施工技术的相关问题以及不同围岩情况下的施工技术。
　　关键词：大断面公路隧道；新奥法；全断面开挖
　　中图分类号：U45 文献标识码：A
　　
　　
　　随着社会的快速发展以及技术的进步，我国的公路建设迎来个一个全盛期。高等级公路是我国重点发展的公路类型，对于物流、交通运输以及满足人民的基本生活等方面均具有重要意义。随着高等级公路的不断发展以及施工环境的多样化趋势，在特殊地理环境中的施工技术成为衡量公路建设水平的重要标志。大断面公路隧道是高等级公路建设中经常遇到的问题，它对于提升公路的运载能力，缓解剧烈的交通压力具有重要作用。但是目前我国的大断面公路隧道施工技术相比发达国家还有一定的差距，再加上我国西部地区和部分特殊地段复杂的地质构造使不断加强对于大断面公路隧道施工技术的研究成为必然。
　　
　　一、新奥法施工技术概述
　　（一）新奥法的含义
　　新奥法（New Austrian Tunneling Method）即奥地利隧道新施工法，其理论技术是岩体力学理论，将维护和充分利用围岩自承能力作为基点，运用诸如锚杆、喷射混凝土等支护方式对围岩可能产生的松垮进行有效的控制，使围岩自身成为支护系统的一部分，并且通过相关指标的测量指导地下工程或者隧道的设计施工。其中对于支护结构的测量和计算是公路隧道施工的前提。
　　（二）支护结构与围岩相互作用的计算方式
　　1、特征曲线计算法
　　目前业界又将特征曲线法称为收敛-约束法，这种计算法主要是通过对支护结构和围岩相互作用的测量寻求一种平衡状态，这种平衡状态的产生是在支护结构变形以及围岩变形的协调基础上完成的。公路隧道的支护结构通常情况下受到负载的作用都会发生形变，同样的，围岩在支护结构的约束下也会产生形变，这两种形变就会形成关于支护结构和围岩的曲线，通过寻求两条曲线的交汇处就可以找到最有利的平衡条件。
　　2、数值计算法
　　也即是有限单元法，一般需要选取3倍至5倍的洞径用来分析，也可将其转化为平面应变问题进行分析，各向同性的弹塑性体、粘弹塑性体或者均质弹性体。
　　3、剪切滑移破坏法
　　在进行开挖隧洞施工时，由于荷载的作用会在水平方向的侧面产生压力集中现象，就会造成剪切滑移面的形成。如果压应力处于增强趋势，剪切滑移面就会向水平直径的上下方扩展，并且扩展方向与最大主应力轨迹线的夹角为45°-φ/2（φ指围岩内摩擦角）。当围岩受剪时会出现松动现象，随之形成应力释放。如果围岩受的应力相对较弱，剪切滑移面就不会持续拓展，此时在水平直径两端就会产生两个剪切楔形滑移块体。
　　如果不进行支护，受到剪切面和围岩共同作用的影响，两个楔性块体就会向坑道内部滑动。由于楔体滑动造成垂直方向的围岩失去支撑力，进而产生坍塌。这一过程的直接结果是出现了一个处于暂时稳定状态的垂直椭圆形洞室；另外一种情况是如果水平压力大于垂直压力，就会产生一个水平的椭圆形洞室。
　　
　　二、大断面公路隧道施工方法
　　根据施工要求及施工现场的实际情况可以选用不同的方式进行隧道开挖施工，目前我国公路隧道项目工程中常见的几种方法为全断面法、中隔墙法以及台阶法等。
　　（一）全断面法
　　全断面法是目前施工中较为常见的隧道开挖技术，这种方法主要应用于围岩环境比较好的隧道施工，并且隧道的长度需要满足一定的要求，以便于进行大机械操作。如果隧道过段就会造成经济成本的上升。全断面法具有的优势非常明显：工序少、工种之间相互干扰度小、便于组织协调和施工管理等；此外全断面法是一次成型的施工方法，对围岩的影响降低到了最低程度，有利于围岩的稳固，提升施工效率。在进行全断面隧道开挖施工时要注意做好防护措施，并加强对开挖前方地质情况的检测力度，确保施工安全。
　　（二）中隔墙法
　　运用中隔墙法进行隧道开挖施工时，由于初期支护在成型完成后方可拆除，加上中壁墙的成环作用可以使围岩的变形得到控制。但是这种方法的缺陷也比较明显，由于中壁墙具有刚性特征，就会在初期支护以及中壁墙两端的围岩上形成很大的拉应力，造成局部破坏情况的出现。
　　（三）台阶法
　　根据隧道开挖设置台阶的方式可以将台阶法划分为正台阶法和反台阶法。正台阶法一般适用于围岩性质不稳定的隧道施工环境中。在进行施工时，要将坑道断面做分层处理，从坑道上部开始向下部开挖，从而形成若干正台阶。正台阶法的一大特点是上方台阶的钻眼施工和下方台阶的出渣能够同时进行而不至于相互影响，大大提高了施工效率；反台阶法适用于围岩较为稳定的岩层环境施工，它的台阶开挖工序正好与正台阶法相反，先在坑道底层开挖一个下导坑，然后从下部至上部开挖台阶。在施工时要注意上层钻眼作业必须采用工作平台或者漏斗棚架。
　　
　　三、大断面公路隧道辅助工法
　　大断面公路隧道施工在选择合理的开挖方法的基础上还要进行辅助工法以及适应性处理，这两点对于保证掌子面的稳定以及施工质量和效率具有重要的意义。对国内大多数工程项目进行研究可以发现，辅助工法大致可以分为两种类型，即超前支护和普通的辅助工法，其中超前支护是研究的重点内容。
　　（一）超前锚杆
　　根据锚杆作用不同可将其分为拱部锚杆光和边墙超前锚杆。拱部超前锚杆的主要作用是对临空的围岩进行支撑，具有插板的作用。边墙超前锚杆主要是用于先拱后墙开挖边墙的施工过程，通过将拱线附近岩层压力进行转移，使施工区域围岩的稳定性大幅度提高。
　　（二）小导管注浆
　　小导管一般是沿着隧道的垂直方向在拱部的顶端开挖线外园地区域内上前方倾斜特定的角度，或者是沿着隧道水平方向在拱部底端倾斜特定角度的密排注浆花管。通常情况下将其外露端放置于开挖面后方的格栅架上，成为预支护体系的一部分。
　　（三）管棚
　　管棚主要应用于围岩薄弱、稳定性差的施工环境中，通过支撑作用和加固围岩从而防止围岩的松动和坍塌。在进行施工时首先将钢花拱放置于事先钻成的孔洞中，并根据隧道开挖线的顺序组合成钢管棚，其后进行注浆处理，使其与型钢钢架共同组成预支护系统的重要部分。
　　
　　结论：
　　大断面公路隧道技术涉及面广，施工状况较为复杂，必须严格控制施工中出现的各项问题和技术流程。新奥法施工技术的应用为隧道施工提供了强有力的技术支持，由于其对于围岩本身的自承能力和结构强度具有较强的控制能力，使其在目前的隧道工程中的到了广泛的应用。
　　
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