隧道工程开挖方法优化设计

郑继光

摘要：近年来，随着我国国民经济的快速发展，交通事业发展的规模愈来愈大，质量要求愈来愈高，为了提高交通效率和通行安全，隧道建设规模在不断扩大，已经成为铁路、公路、城市交通中不可或缺的施工工程之一。受地形、地貌及水文地质等条件影响，隧道开挖不可避免地要穿越特殊地质条件、富水地层和流砂层等复杂工程地质区段，给工程的施工、建设、运维等多方面带来影响。所以在隧道开挖前，必须对隧道选址的气象水文、地形地貌、岩土体工程地质特征等施工条件进行勘探，基于勘探结果进行评价提出最为合理的隧道开挖施工方案。

关键词：隧道工程；开挖方法；优化设计

1隧道施工概况

本文介绍了一个隧道工程的情况。隧道全长359m，双洞三车道布置。根据设计要求，隧道采用暗挖法施工，明洞段采用明挖法施工。隧道为小净距隧道，最小净距为17.16m，主洞建筑限界净宽15.75m，限高5.0m。隧道的开挖宽度为19.25m，内轮廓宽度为16.42m，高度为10.53m，开挖断面为207.7m2。隧道的最大埋深为51m，主要围岩为强风化砂质泥岩和中风化砂质泥岩。为保证施工安全，采取了双侧壁导坑法。二次衬砌采用全断面钢模整体式液压衬砌台车施工，二次衬砌厚度为0.9m。根据地质调查，该工程区地貌单一，受暴雨季节和岩体节理裂隙的影响，偶见小崩滑现象。地下水为HCO3-Ca2+·Mg2+型水，对混凝土和钢筋混凝土结构具有微腐蚀性。该隧道为Ⅴ级围岩，采用双侧壁导坑法施工。施工顺序包括超前支护、双侧壁导坑开挖支护、拆除临时支撑、拱墙二次衬砌等步骤。

2隧道洞身开挖方法优化调整

2.1施工工艺选择

根据《公路隧道设计细则》的要求，在隧道施工过程中，应进行动态设计与信息化施工。动态设计是根据施工过程中反馈的各种信息，对地质环境、围岩等级等进行监测，然后根据监测结果对工程施工开挖方法、支护参数等进行合理调整，确保隧道施工过程的安全。根据青衣江隧道的情况，施工过程中需要进行地质观察、预报和监控量测，并根据监测数据进行动态设计。根据现场实际情况分析，青衣江隧道的围岩级别为Ⅴ级围岩，而围岩岩质较硬，所以建议采用爆破或大型机械开挖的方法。根据《公路隧道设计细则》中的施工开挖方法分类，可以选择单侧壁导坑法、双侧壁导坑法及CRD开挖法等。考虑到围岩的硬度和现场实际情况，单位建议采用单侧壁导坑法进行开挖。动态设计与信息化施工的目的是确保施工过程安全，并在节约工程投资的前提下完成隧道工程。

2.2单侧壁导坑法开挖的施工工艺及方法

单侧壁导坑法是一种常用的隧道施工方法，它将隧道断面分成两大块，每一块采用上下台阶法进行开挖。以下是该施工方法的具体步骤：（1）开挖侧壁导坑，并进行初期支护。根据地质条件、断面形状、机械设备和施工条件确定侧壁导坑的尺寸，一般宽度为洞宽的0.5倍。开挖时采用上下台阶法，先开挖上部分，然后开挖下部分。在开挖过程中，进行初期支护，可以采用锚杆加钢筋网、锚杆加钢支撑或钢支撑和喷射混凝土等方式进行。（2）开挖另一侧导坑并进行底部初期支护。相隔一定距离（一般为30～50m），再次进行上下台阶法开挖，这次的开挖方向与第一次相反。使其中一侧的导坑的初期支护支承在另一侧导坑的初期支护上。同时，尽快施作底部初期支护，以使整个断面闭合。（3）拆除导坑支护中的临时初期支护。在断面闭合后，可以拆除导坑支护中的临时初期支护。（4）浇筑二次衬砌。最后进行二次衬砌的浇筑工作，一般采用全断面钢模整体式液压衬砌台车进行施工。

2.3方案对比

2.3.1工程数量变化情况

由于施工方案的优化调整与主体工程工程量无影响，仅从临时支护的双侧壁优化调整至单侧壁，其他相关参数与原设计一致。

2.3.2建设投资变化情况

由于从双侧壁导坑法优化调整为单侧壁导坑法，导致临时支护工程量减少，计划优化调整为单侧壁导坑法开挖方法共计513延米，根据目前核定清单单价计算（局部清单单价有误），每优化调整1延米工程造价减少9847.24元，共计优化调整513延米，累计工程造价减少5051632元。

2.3.3工程进度情况

1）施工计划。根据已审批的隧道专项施工方案，开挖及支护分部的进度指标为1m/d，进出口30m浅埋0.5m/d，左洞计划进洞日期为2020年11月14日，计划贯通日期为2021年11月13日；右洞计划进洞日期：2020年12月19日，计划贯通日期为2021年12月21日；2）目前情况。载止目前现场已完成左洞开挖支护24.6m，右洞两侧导坑累计完成开挖支护10m，折算完成1.5m，进度目前滞后，主要影响进度原因为：（1）冬季重污染天气及其他原因影响，本地政府要求停工，累计停工10d；（2）火工品的使用时间影响，每天0时至10时（早晨派出所上班后到工地监管后才能放炮），每天影响10h，进度指标影响近4成；（3）机械开挖由于多种方案比选，影响施工进度。综上所述，由于火工品的使用受影响，计划1a贯通的青衣江隧道，需1.7a才能贯通，加之后期二衬、洞门、附属、路面和电消交专业等，需2.7a才能竣工，如按2020年9月25日开工计算，需2023年9月10日才能竣工，这也仅考虑全部日历天施工，由于政府等不可控原因停工未计算在内。3）方案优化调整后施工计划。单侧壁开挖较双侧壁开挖相对简单，但也需分部开挖，根据我单位施工经验开挖及支护分部的进度指标为1.5m/d。（1）爆破开挖。考虑火工品的影响，进度指标应调整为1m/d，虽前期工期有一定滞后，如后期由于政府等不可控原因停工较少，可通过抢工期的措施确保施组计划及合同工期按期完成。（2）机械开挖。如选定工效良好的大型机械开挖，由于机械本身原因，部分下台阶及全部仰拱需爆破施工，进度指标可控制在1.5m/d，虽前期工期有一定滞后，如后期由于政府等不可控原因停工累计在45d内，能确保合同工期按期完成。

2.3.4施工安全情况

从双侧壁导坑开挖优化调整为单侧壁导坑开挖，由于减少了临时支护工程量，安全系数降低，存在一定的安全风险，但施工过程中加强监控量测，根据量测数据可增设仰拱、横撑等临时支护措施，确保施工安全，如量测变形数据仍过大，及时调整为双侧壁导坑法开挖。

2.3.5施工质量情况

从双侧壁导坑开挖优化调整为单侧壁导坑开挖，仅对临时支护进行调整减小，仅涉及临时工程，对主体工程无影响，因此，优化调整开挖方法对工程质量无影响。

3结语

隧道施工方案的优化调整应以施工安全和施工质量为前提，兼顾工程工期要求和成本投入。所以，施工年方案优化调整必须基于对现场施工安全、现场施工环境、设备设施投入、成本控制和质量要求等充分论证评价的前提下实施的。为了保证现场施工安全，必须按照相关要求强化动态监测和信息化管理。同时，要充分依托原有方案设计，尤其在设备设施投入、成本控制等方面，要对机械设备投入进行细化方案设计和对比，在保证安全和工期要求的基础上优化选择。

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