公路隧道的开挖与支护方法技术探析

【摘要】根据公路隧道的结构特点和运营、养护的要求，隧道的各分部工程中，洞身开挖、支护、防排水、衬砌宜列为主要工程，对其质量应严格控制，以确保隧道的运营安全与结构性能和使用寿命。施工中开挖方法和支护形式是隧道施工中的关键技术，本文重点对如何选择合理的开挖方法和支护形式进行了分析。

【关键词】公路隧道；开挖与支护；方法

前言：现代经济的快速发展促进了我国公路、铁路运输事业的发展，同时也对其建设施工行业起到巨大的推动作用。作为公路与铁路工程中的重要组成部分，隧道工程施工质量的控制与一直以来都是施工企业管理工作的重点，对隧道工程竣工使用安全有着重要的影响。如何有效加强对公路隧道的开挖与支护方法的探究，并且综合环境因素制定合乎实际的隧道的开挖与支护方法，保障道路隧道的安全、平稳运营。

一、公路隧道的开挖分析

隧道是处于复杂地质条件下的建筑工程，它受天然形成的地质状态如地应力、地质物理参数、地下水、地质断层等因素和人工开挖操作如开挖方式、支护方式、支护时间等因素影响很大。由于隧道所处的地质环境不同，其围岩稳定特性也不同，因此应采用的支护方式和开挖方式也就不一样。目前隧道的开挖方式主要有全断面开挖方法、台阶法、台阶分部开挖法、导坑法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。全断面开挖方法适用于一级围岩，台阶法适用于工级围岩，上下台阶之间的距离，能满足机具正常作业，并减少翻渣工作量台阶分部开挖法适用于一级围岩，一般环形井挖进尺以为宜导坑法适用于级围岩，各工序安排紧凑，能保证施工安全单双侧壁导坑法适用于围岩较差、沉降需要控制的隧道。而支护方式通常采用锚喷、锚网喷、锚喷网架、锚喷网架注浆、钢架支护、钢筋混凝土支护、注浆加固和预应力锚索支护等，实际应用中常常采用多次支护、联合支护等形式。以下，笔者从隧道的开挖与支护技术角度着重分析。

（一）隧道施工方法概述

凡采用一般开挖地下坑道方法修筑隧道的都称为矿山法。矿山法施工的基本原则是： 少扰动、早支撑、恒撤换、快衬砌。其基本施工方法有漏斗棚架法、反台阶法、正台阶法、全断面开挖法、上下导坑先拱后墙法、下导坑先导后墙法、品字形导坑先拱后墙法、侧壁导坑法。

新奥法，即新奥地利隧道施工方法的简称， 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于20 世纪50年代提出的， 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础， 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法， 经过一些国家的许多实践和理论研究， 于60 年代取得专利权并正式命名。新奥法施工的基本原则是： 少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭。

盾构法，是以盾构这种施工机械在地面以下开挖隧道的施工方法，盾构是一个既可以承受地层的压力，又可以在地层中推进的活动钢筒。它能够一次成型，减少对围岩体的重复扰动， 全过程可实现机械化。

（二）隧道开挖

隧道开挖的基本原则是在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法和掘进方式时，一方面应考虑隧道围岩地质条件及其变化情况，选择能很好地适应地质条件及其变化，并能保持围岩稳定的方法和方式另一方面应考虑隧道范围内岩体的坚硬程度，选择能快速掘进，并能减少对围岩的扰动的方法和方式。隧道开挖方法实际上是指开挖成形方法。按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、留核心土台阶开挖法、分部开挖法等。台阶开挖法，一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型，也有采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。台阶法适用于III，IV级围岩且含软弱夹层带或节理发育地段。根据围岩的破碎程度，台阶法又可分为长台阶法、短台阶法、超短台阶法。由台阶法变化而来，上台阶超前倍洞跨，主要应用在采用短台阶法开挖遇到土质、涌水、掌子面坍塌等段落。特点是施工调整不大，在遇到短距离围岩变化时可优先采用，能较快提高施工的安全性，但工序增多，进尺较短（一般不超过1m）。分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故可称为导坑超前开挖法。常用的有上下导坑超前开挖法、上导坑超前开挖法、单（双）侧壁导坑超前开挖法等。

二、公路隧道的支护方法分析

（一）喷射混凝土

向洞室内表面围岩喷射混凝土，能使被裂隙分割的岩块体粘接起来，保持岩块体的咬合和镶嵌作用，通过提高岩块体的粘接力和摩擦力来有效的防止围岩松动，并避免或缓和了应力集中现象的发生，而且给围岩表面以抗力和剪力，使围岩处于有利于稳定的三轴应力状态，并通过喷混凝土层自身的结构刚度，来阻止不稳定体的坍塌。喷射混凝土自身有一定的刚度，能够抵抗岩土体的坍塌，并且往往和其它支护方法共同作用，承受支护结构的受压变形，因此喷射混凝土支护方法是现代隧道施工最常用的方法之一。

（二）锚杆支护

在岩土体中打入锚杆，能约束岩土体的变形，并通过向围岩施加压力，使原来处于二轴应力状态的洞室内表面的围岩保持三轴应力状态，从而阻止了围岩体刚度的恶化，尤其是松动区内围岩的刚度。通过在岩土体中的系统锚杆的作用，在岩土体中形成了被约束变形的岩土体加固圈，形成了能够承受外部荷载的岩土体承载拱，与岩土体共同承受外部荷载，增强了岩土体的稳定性。

（三）注浆导管超前支护

超前注浆导管在超前支护方法上其作用类似于超前锚杆，纵向支撑松散的岩体，在隧道开挖的开挖轮廓线施做，由后部的钢支撑和前方未开挖部分岩土体支撑起中间部分的岩土体，起纵向梁作用。同时由于通过对导管内注浆和砂浆锚杆注浆，浆液将进入岩土体的裂隙中，形成刚度较大的土层加固圈，提高了岩土体的稳定性。这种方法对于裂隙发育的块状岩体效果为佳，超前注浆导管的对岩土体的注浆加固作用较超前锚杆效果要突出。由于向岩土体内注入了浆液，填补了岩土体中裂隙，不但提高了岩上体的力学性能指标，同时起到了防水的作用，地下水往往会降低围岩等级，不易使岩体失稳，发生坍塌，因此，这种方法对于含水地层的支护加固效果尤其显著。

（四）管棚超前支护

管棚施工方法主要用于岩土体的成拱效果极差的岩土体地层，这种地层由于地层自重，产生较大的岩土体侧向压力，隧道内会发生纵向的坍塌，引起前于地层自重，产生较大的岩土体侧向压力，隧道内会发生纵向的坍塌，引起前方地层的陷落。为确保进洞的安全，首先在洞口部位施工管棚，采用直径较大的钢管超前布置在开挖的外轮廓线，超前的距离较大，形成纵向钢梁的作用，可以有效的减小由于岩土体自重产生的侧向压力，稳定前方地层。

结语

公路隧道的应用对于我国经济不发达地区以及山岭丘陵地区的发展具有重要意义，我国公路隧道的施工必须根据不同的施工地域、水文等一系列环境因素的影响，综合各种实际情况制定符合当地区域实际情况的隧道开挖与支护方案。笔者衷心希望，以上关于公路隧道的开挖与支护方法的探究能够被相关负责人本着对公路隧道质量负责的态度，合理的吸收采用其中有益的方面，并通过对先进科技手段的引用，借鉴西方国家对隧道开挖与支护方法采用的成功经验，进而更好的提高我国公路隧道的质量。