高速公路隧道围岩稳定性研究
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摘要：本文根据官地坪2号隧道施工的实际情况，对施工工艺进行详细的地质描述，探讨高速公路隧道围岩稳定性，以指导隧道更好的设计和施工。
关键词：公路；隧道；围岩；稳定性
1. 工程概况
本项目位于山西省忻州境内，路线起点东接拟建的忻阜高速公路，并与大运高速以互通相连接，与陕西省规划的神木至府谷公路相接。本标段为忻州至保德高速公路第L25合同段，起迄里程为K172+680～K174+790，主线全长2.11km。隧道工程于2009年4月1日―2010年5月31日期间施工。隧道为官地坪2号隧道：分离式隧道，3668m，净空为10.25*5m。隧道采用新奥法进行施工，两隧道分部对向同时开始施工。
2. 隧道围岩类型与隧道施工
2.1隧道围岩类型
忻保高速公路第L25合同段由山西省交通规划勘察设计院勘察设计完成，依据《公路隧道设计规范》、《公路工程地质勘查规程》，结合工程地质测绘、钻探和物探勘测结果，隧道围岩分为三类，其中Ⅴ级围岩942m， IV级围岩2277m，Ⅲ级围岩429m，明洞20m，隧道左右幅合计总长3668m。
2.2隧道设计与施工方案
隧道采用“新奥法”原理设计，施工中尽量减少对围岩的扰动破坏程度，充分发挥围岩的自承能力。隧道采用复合式衬砌，以锚杆加固、挂钢筋网、喷混凝土、格栅钢架支撑等为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，并在两层衬砌之间铺设防水板。隧道开挖轮廓预留变形量为：V级围岩10cm，IV级围岩8cm，Ⅲ级围岩5cm。隧道净宽12.25m，断面采用曲墙带仰拱断面形式（V、IV类围岩带仰拱，Ⅲ类围岩不带仰拱），曲墙与顶拱为同一半径，半径为6.35m，仰拱半径为13.25m.隧道处于基本烈度6度地震区，按烈度7度地震区设防，隧道衬砌结构采用曲墙喷锚带仰拱复合式衬砌。
2.3关键技术的施工工艺
2.3.1开挖作业
（1）Ⅴ级围岩浅埋段施工：采用小导管超前支护，环向开挖保留核心土法开挖，上下阶距离5～10米。开挖后立即喷射C25砼，然后打锚杆、架立钢架、复喷至设计厚度。人工配合风镐开挖，施工中严格遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”原则。
（2）Ⅳ级围岩施工：Ⅳ级围岩地段采用正台阶法开挖，网喷锚格栅钢架初期支护，全断面灌注二次衬砌砼，上断面超前3～5m，作为上断面钻孔喷锚网工作平台，上、下断面同时爆破开挖，施工中严格遵守“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早成环”的原则。
钻孔时，上断面采用风枪钻孔，下断面采用凿岩机钻孔，采用反铲挖掘机将上断面石碴扒至下半断面，下半断面由侧卸式装载机装碴，自卸汽车运碴。开挖时要短进尺、弱爆破，以减轻爆破振动对围岩的破坏，确保围岩的稳定，循环进尺设计为2.0m。洞身开挖后，立即施作锚喷网格栅拱架初期支护，及时封闭围岩。
2.3.2初期支护施工方法
（1）初期支护：初期支护能迅速控制或
限制围岩松驰变形，充分发挥围岩自身承载能力，是隧道施工的重要环节。隧道初期支护参数见表。
初 期 支 护 参 数 表
（2）仰供：本隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩地段设有仰拱，施工中，应紧随初期支护尽早修筑仰拱，以利于初期支护结构的整体受力。仰拱浇筑前清除浮碴，排除积水。为了仰拱施工、掘进平行作业，采用自制的仰拱作业防干扰平台，避免仰拱施作与出碴的工序干扰。仰拱采用全幅整体浇筑至拱墙脚基座标高。
（3）二次衬砌：砼衬砌应根据新奥法原理，在初期支护完成后适时进行。根据施工量测，二次模注衬砌时间应在围岩量测净空变化速率小于0.2mm/d，变形量已达到预计总变形量的80%以上，且变形速率有明显减缓趋势时方可进行，适时衬砌。
2.3.3施工监控量测
根据本项目隧道具体条件，施工中进行以下量测项目：①隧道围岩变形量测②应力-应变量测③围岩稳定性和支护效果分析。通过对量测数据的整理与回归分析，找出其内在规律，对围岩稳性和支护效果进行评价。
3. 围岩稳定性分析
针对官地坪2号隧道的实际情况，分别对隧道施工动态和二衬结构安全性进行模拟及检算，主要结论有：①根据监测和数值计算隧道围岩对支护作用的压力在隧道拱部两侧45°角的位置上最大，其中按着数值计算最大围岩压应力达到20MPa；钢格栅上压力盒监测到的压力是多种因素综合结果，也是支护系统承受的真正压力；②通过对Ⅴ级围岩二衬断面进行截面安全性检算，结果显示断面尺寸设计合理，安全性好；③在隧道开挖后及时采用钢格栅锚杆组合支护情况下，隧道水平收敛18 mm左右，拱顶下沉20mm，远远小于III类围岩设计要求围岩收敛的上限80mm，满足设计的二次支护允许收敛要求；④对隧道工程施工进行动态围岩类别的测定，使隧道工程始终处于良好的运行状态，以保证高水平、高质量的完成隧道工程施工。
参考文献：
[1]何泽民.深埋特长公路隧道围岩―支护结构稳定性研究[D]. 重庆：重庆交通大学，2008.
[2]王腾军,田青文.超长隧洞施工测量若干问题研究[J].长安大学学报(地球科学版),2003,25(2):60~70.
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