摘要：以桐梓隧道为背景，详细介绍大跨隧道浅埋段采用三台阶法、地表注浆、弱爆破、双层超前小导管支护等方法实现安全、高质施工，可为同类型大跨度软弱围岩浅埋隧道施工与设计提供参考依据。
关键词：软弱围岩；浅埋段；大跨隧道；三台阶法；双层超前小导管
1 引言
随着我国高速公路建设的快速发展，公路隧道的建设规模越来越大，浅埋段施工是隧道施工过程中的常见难题，其开挖方法、工艺参数的选择尤为重要，浅埋隧道施工中如认识不够，施工组织、工艺不合理，很容易造成塌方，而且耽误施工工期，甚至造成安全事故。重遵扩容项目桐梓隧道位于贵州遵义桐梓县境内，设计为分离式双向六车道隧道，主洞建筑限界净宽14.75m，净高5m，最大断面面积达213m2，桐梓隧道为贵州省最长三车道公路隧道，也是目前全国三车道在建高速公路第二长隧，是全线控制性工程。本文结合桐梓隧道浅埋段施工过程中采用的开挖工法及施工工艺，为同类型大跨度软弱围岩浅埋隧道施工与设计提供参考依据。
2 工程概况
中交一公局集团承建桐梓隧道（出口端）4494m施工任务，里程为ZK40+511-ZK45+005，隧道地质以灰岩、泥岩为主，设计隧道浅埋段左线起止桩号：ZK44+645～ZK44+725，长80m；右线浅埋段起止桩号：YK44+650～YK44+740，长90m，设计为Ⅴ级围岩，开挖断面积达168.3m2，洞身围岩为强、中风化灰岩，粉砂质泥岩夹灰岩、炭质泥岩岩质较弱，岩体较破碎，经现场实测，右线浅埋段离地表最浅为9.7m，左线浅埋段离地表最浅为13m，有效预防和控制隧道坍塌为施工重难点之一。
3开挖工法的选
隧道设计浅埋段Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工，双侧壁导坑法虽能较好地控制隧道围岩变形和施工安全，但这种方法施工难度较大，费工费料，工人劳动强度大；而三台阶法初期支护时间短，施工简单，为安全高效通过浅埋段施工，项目以桐梓隧道YK44+650～YK44+740段软弱破碎典型Ⅴ级围岩为研究对象，分别模拟双侧壁导坑法、台阶法两种开挖施工方法下围岩变形的不同特征，分析不同施工过程对围岩及支护的影响，确定合适的开挖施工方法。
对YK44+650～YK44+740段S-Ⅴa衬砌段，采用FLAC3D软件数值分析，模型左右，上下边界均取离隧道中心5倍跨度，纵向取90m长度。各施工工法计算模型如下图所示。
.png)
浅埋段双侧壁导坑法施工计算模型 浅埋段三台阶施工计算模型
两种施工方案开挖完成后，分别提取隧道围岩竖向位移、水平位移云图及最终隧道初期支护拱顶沉降值。计算结果显示，开挖工法不同，隧道初期支护拱顶沉降差异较大，其中双侧壁导坑法拱顶沉降量为6.80cm，三台阶法施工隧道拱顶沉降值为12.01cm。双侧壁导坑在隧道开挖、临时支撑拆除时拱顶沉降值较大，初期支护封闭后拱顶沉降位移逐渐稳定。三台阶法施工隧道拱顶沉降在开挖上台阶、中台阶、下台阶时均有较大突变，初期支护封闭成环后沉降速率减缓。
.png)
根据数值计算结果可看出，采用设计工艺参数进行浅埋段三台阶法施工，拱顶沉降满足最大预留变形量15cm的要求，施工过程中对设计参数进行加强可实现安全施工，结合计算结果及三台阶施工工法优势，项目最终确定采用三台阶法进行隧道浅埋段施工。
3总体施工方案
浅埋段施工前先将洞顶冲沟清理，并结合超前预报及监控量测数据结果对浅埋段进行注浆处理，确保排水畅通后进行暗洞施工。身开挖采用三台阶法开挖，在原设计超前小导管超前支护的基础上，再加密超前小导管超前支护即采用双层超前小导管超前支护，为保证施工安全对超前支护进行加强，浅埋段SVa衬砌类型超前支护参数由原设计1.5×0.35（纵×环）变更为1.0×0.35（纵×环），施工过程严格控制开挖进尺不大于1榀/循环，严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”原则开展施工。
4关键施工技术
4.1超前地质预报
在施工阶段全程采取超前地质预报手段，坚持动态设计与施工。利用地质雷达探测和双动力多功能钻机C6XP-2超前地质钻孔，为隧道施工提前预知前方围岩地质及水系情况，大大提高了隧道开挖的施工效率，降低隧道施工安全风险。
4.2地表加固处理
从地表观测，浅埋段地表植被发育，出露围岩为中风化灰岩，整体性相对较好，地表汇集一条宽约30cm，深约10cm小河沟，水量较均匀，从两侧岩壁未发现历史洪水位冲刷线痕迹。浅埋段通过加强超前地质预报与监控量测结果分析，对地表冲沟进行注浆加固围岩措施，改善围岩体受力结构，保证通过地段岩体整体稳定性，同时设置断面尺寸1m×1m的水沟，防止地表水渗入衬砌，破坏隧道结构稳定性。
4.3施工支护参数
开挖采用三台阶法开挖，取消临时支护后，采用双侧壁导坑法设计支护参数进行初支支护。浅埋段支护参数如下表2所示。
.png)
4.4施工监控量测
施工中对隧道浅埋段进行监控量测断面进行加密，在每次开挖后及时埋设观测点并读数，初始读数控制在开挖后12h内读取。通过监控数据得出结论：隧道浅埋段监控量测数据正常，初期支护未发现开裂，拱顶沉降及周边收敛单次变化量、累计变化量及其变化速率均在控制值范围内，未超过预警值。
.png)
YK44+710断面周边位移累计变化时间图
另一方面，从实测数据看出，三台阶开挖法沉降量在4cm以内，周边位移在3cm以内，变化趋势前期相对变化较大，后面也具有不稳定变化，围岩相对稳定的时间较慢，现场实测值与理论计算值存在一定差异，但实测结果表明，现场工法、工艺管控到位，采用三台阶法进行大跨隧道软弱围岩浅埋段施工是可行的。
5 结束语
项目采用三台阶法、地表注浆、弱爆破、双层超前小导管支护等方法安全通过了隧道浅埋段施工，月均进尺达30m以上，较双侧壁导坑法月均进尺15m-20m大大提高了施工效率，节约了施工工期，实现安全、高质施工，同时由于取消了临时支护，经济效益显著；通过数值模拟分析及现场监控量测数据分析，也进一步验证了三台阶施工在现场工法、工艺管控到位的情况下，进行大跨隧道软弱围岩浅埋段施工是可行的，本论文可为同类型大跨度软弱围岩浅埋隧道施工与设计提供参考依据。
参考文献：
[1]公路隧道施工技术规范.(JTGF60-2009).
[2]陈鉴光, 张运良, 曹伟. 对软弱围岩隧道施工方法及施工工艺措施的探讨[J]. 公路工程, 2011, 36(4):139-142.
[3]姚明会. 软弱围岩浅埋暗挖大跨度地铁隧道施工技术[J]. 矿产勘查, 2003, 6(5):71-73.