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【摘 要】 大跨度软岩隧道掘进在工程实践中一直是个难点，本文介绍了我国在软岩隧道掘进方面的各种施工方法及其適合范围，结合施工实践，详细介绍了短台阶法掘进施工工艺、支护对策等，对类似隧道施工提供一定的参考。
【关键词】 大跨度；软岩隧道；短台阶掘进
一、前言
随着我国西部开发战略实施，国内土建工程的市场逐渐向西部倾斜。西部的高速公路和水电站的大量隧道建设，使越来越多的大跨度隧道不可避免设在软岩或土体里内。由于地理位置和场地的条件，先进的施工设备难以应用，山岭区的大跨度土质隧道掘进施工一直是工程的难点，怎样根据工程的本身条件选择适合的施工手段，对工程的工期、施工安全、经济效益有决定性的影响。
二、大跨度软岩隧道掘进方法
大跨度软岩隧道的掘进方法，根据地质情况和隧道跨度的大小，在国内一般采用全断面法、台阶法、双侧壁导坑法和中隔墙法等。全断面法和台阶法是掘进的基本方法，双侧壁导坑法和中隔墙法实质上是将大断面隧道分为几部分开挖，减小施工难度，其分部仍采用全断面法和台阶法。
2.1全断面掘进
全断面掘进方法适用于跨度不大于9米，地质条件相对较好的围岩，隧道掘进后围岩能保持较长的自稳时间；或者当围岩经过注浆固结和超前支护后，隧道掘进后，围岩自稳时间足够进行临时支护施工，自稳时间一般不小于48小时。其优点为：方便使用大型机械设备施工，节约大量的人工劳动，工序间交叉少，其缺点为：前期注浆投入大，超前支护量大，使用范围有限。
2.2台阶法
台阶法分为长台阶法和短台阶法，使用于隧道跨度在6--15米范围，一般软岩隧道都可采用。台阶法掘进的优点：施工空间大，可以引入大型施工机械，可以采用挖掘机直接开挖下半断面，减小了对围岩的扰动；能适应不同跨度和多种断面形式，没有需拆除的临时施工支护，节省投资；无需增加特殊设备，投入少，操作性强。超前支护量较小，缩短支护与开挖之间的时间差，及时进行支护防止了围岩发生失稳。其缺点：上、下台阶法掘进速度比全断面法慢。在软岩隧道掘进中因长台阶法掘进二次衬砌不能及时跟进，影响隧道的稳定，一般情况下，多采用短台阶掘进。
2.3中隔墙法
中隔墙法适用于跨度在15--20米的隧道，其实质是将大断面分为两部分开挖，减小施工难度，但增加了需拆除的临时支护工程量，工程成本较高，施工干扰大。
2.4双侧壁导坑法
双侧壁导坑法，适用于跨度特大的隧道，跨度在15米以上时采用，将隧道断面分为三部分，减小开挖难度。如内昆铁路某地下车站，其开挖断面为24×9米。双侧壁导坑法需拆除的临时支护工程量大，工程成本高，施工干扰大，施工中尽量不采用。
三、大跨度软岩隧道短台阶法掘进
3.1工程简介
四川省冶勒水电站是国家重点建设工程，坝型为堆石坝，大坝建立在深覆盖层上，大坝的防渗系统采用防渗墙和沥青混凝土心墙相结合的方法，其中右岸的防渗墙深度为140米，目前施工设备还不能一次达到此深度要求，为此，将防渗墙分为两部分，在70米左右处设置一防渗墙施工廊道，在廊道内施工下部防渗墙。廊道开挖断面为8.9×8.4米，断面形状为城门洞形，其地质条件为：弱胶结砂卵石与粉质壤土互层，砂卵石层含水丰富；粉质壤土呈超固结微胶结状态，弱透水性；各层厚度以2～6米为主，地应力主要有自重应力形成，随深度增加而增加；隧道开挖后，围岩自稳时间极短。
本隧道临时支护由施工单位总价承包，合理的选择掘进方法，减少临时支护工程量，是节约施工成本的重要途径，考虑全双侧壁导坑法和中隔壁法增加了临时支护工程量，而地质条件的复杂又决定了全断面开挖的不可行性，为了节约临时支护工程量，及时进行二次衬砌。所以本隧道采用短台阶法掘进。
3.2短台阶施工方法
因隧道地质条件很差，掘进须遵循“短进尺、弱爆破、强支护”的原则进行。
3.3短台阶掘进施工工艺说明
3.3.1超前支护
在软岩中掘进隧道，因围岩的自稳时间极短，往往来不及进行支护，围岩就失稳。必须进行超前支护，防止围岩失稳的有效方法。超前支护的施工质量影响开挖后围岩的稳定，而且从新奥法原理看，尽量利用围岩的自身的承载力，在本隧道施工过程中，考虑临时支护在隧道开挖24小时内即可施工完毕，从节约成本角度出发，超前支护只需满足开挖后围岩在24小时内不发生坍塌即可。
在本隧道掘进过程中，当拱顶部位为粉质壤土时，采用锚杆作超前支护，超前锚杆为φ25钢筋，长3.0米，间距20cm，仰角10～15度，锚杆采用锚固水泥固定；当拱顶为砂卵石层时，采用小导管作为超前支护，小导管为φ48钢花管，长3.5～4.0米，间距为20cm，仰角10～15度，溢浆孔间距为20cm，浆液为1：1的水泥浆，注浆压力为0.1～0.2Mpa，注浆后24小时后即可开挖。
3.3.2开挖
弧形导坑的开挖采用小药量松动爆破后，人工修整开挖面，每循环进尺约1.2米；核心土和中槽部分的土体采用挖掘机开挖或小药量的松动爆破后装载机开挖。下台阶部分必须人工开挖，防止对已支护的拱部产生扰动。
3.3.3临时支护
临时支护一般由锚杆、钢筋网、钢拱架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。根据本隧道实际情况，普通径向锚杆的支护作用并不大，只在钢拱架起拱线处设立径向锁脚锚杆，与钢拱架焊接在一起，防止开挖下台阶部分时，扰动了拱部支护，引起隧道失稳。为保护围岩的天然承载力，初期支护要尽快施做。
⑴初喷射混凝土支护
喷射混凝土支护分两次进行，隧道开挖后，立即进行初喷混凝土，厚度在3～5cm左右，初喷混凝土迅速给予围岩一定的支护力，且为柔性支护，可适当的释放部分围岩部分变形压力。喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙脚）而不密实，造成强度不够而失稳；先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动，并使喷头尽量保持与喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离以0.6～1.0米为宜。 ⑵铺设钢筋网
钢筋网为由φ6.5钢筋焊接而成，网格@=15×15cm。钢筋网应随受喷面的起伏铺设，其间隙不大于3cm，鋼筋网与钢拱架连接为整体。
⑶架设钢拱架
钢拱架分为拱部单元和墙部单元，本工程钢拱架采用118工字钢，按照设计开挖轮廓线加工。其连接部位设置钢垫板，垫板为δ10钢板，尺寸为20×25cm，钢板间用螺栓连接或焊接。钢拱架间用φ25钢筋连接为整体。钢架平面应垂直于隧道中线。当钢架和初喷层间存在较大间隙时要设骑马或锲形垫块顶紧围岩；钢架于围岩的间距不应大于5cm。
⑷复喷混凝土
在钢拱架和挂网完成后，进行二次喷护，喷射厚度为10～15cm。喷射混凝土面必须保证平整光滑，使所有临时支护形成一个受力整体。
3.3.4二次衬砌
二次衬砌主要承受围岩的变形压力，对于软岩隧道，因软岩具有流变性质，其变形具有时间效应，仅仅进行临时支护，经过一定时间后，仍会失稳。所以及时进行二次衬砌是防止隧道失稳和保证施工安全的有效手段。一般二次衬砌由设计单位确定，施工时应严格按照设计图纸施工，本文不作详细说明。
四、监控量测及结果分析
4.1监控量测的项目
本工程监控量测项目有围岩周边位移敛、拱顶下沉两类。围岩的周边位移量测采用位移收敛计测量，拱顶下沉量采用经纬仪量测。周边收敛、拱顶下沉的测点应尽量集中断面布设，以便量测成果的协调分析、综合运用。因隧道分为上下台阶开挖，考虑开挖下台阶时，拱顶下沉会明显产生一加速位移，当墙部支护完成后，位移减速并趋于稳定。
所以本隧道监控面设置在下台阶开挖后的断面，通过监控量测的信息反馈，及时调整支护的参数，以保证衬砌结构的安全。周边位移量测和拱顶下沉量测在初期时每12小时监测一次，当位移速率趋小时，逐渐减少量测频率。
4.2量测结果分析
对量测结果做位移速率和时间曲线，曲线分为三种情况。曲线1是围岩较大范围发生失稳，其表现形式为隧道突然坍塌，一般发生在掌子面未经支护的地段。曲线2是在支护后围岩趋于稳定的反映；曲线3是围岩具有流变特征时的变形破坏曲线，一般发生在工作面后方。工程施工中应谨防第3种情况发生，其破坏往往会造成人员伤亡或财产损失，一旦发现变形异常，应及时对支护的进行加固，限制围岩的变形。
五、结束语
短台阶掘进大跨度软岩隧道具有一定的优势，其灵活的掘进方法和支护手段能及时根据地质条件作相应的调整，减少资源的投入，防止塌方的发生，是软岩隧道掘出方法中的一种较优方法。
参考文献：
[1]崔凡盛.隧道工程质量管理工作探析[D].西南交通大学.2013.
[2]公路隧道施工技术规范.JTJ042-94.中华人民共和国交通部.
【关键词】 大跨度；软岩隧道；短台阶掘进
一、前言
随着我国西部开发战略实施，国内土建工程的市场逐渐向西部倾斜。西部的高速公路和水电站的大量隧道建设，使越来越多的大跨度隧道不可避免设在软岩或土体里内。由于地理位置和场地的条件，先进的施工设备难以应用，山岭区的大跨度土质隧道掘进施工一直是工程的难点，怎样根据工程的本身条件选择适合的施工手段，对工程的工期、施工安全、经济效益有决定性的影响。
二、大跨度软岩隧道掘进方法
大跨度软岩隧道的掘进方法，根据地质情况和隧道跨度的大小，在国内一般采用全断面法、台阶法、双侧壁导坑法和中隔墙法等。全断面法和台阶法是掘进的基本方法，双侧壁导坑法和中隔墙法实质上是将大断面隧道分为几部分开挖，减小施工难度，其分部仍采用全断面法和台阶法。
2.1全断面掘进
全断面掘进方法适用于跨度不大于9米，地质条件相对较好的围岩，隧道掘进后围岩能保持较长的自稳时间；或者当围岩经过注浆固结和超前支护后，隧道掘进后，围岩自稳时间足够进行临时支护施工，自稳时间一般不小于48小时。其优点为：方便使用大型机械设备施工，节约大量的人工劳动，工序间交叉少，其缺点为：前期注浆投入大，超前支护量大，使用范围有限。
2.2台阶法
台阶法分为长台阶法和短台阶法，使用于隧道跨度在6--15米范围，一般软岩隧道都可采用。台阶法掘进的优点：施工空间大，可以引入大型施工机械，可以采用挖掘机直接开挖下半断面，减小了对围岩的扰动；能适应不同跨度和多种断面形式，没有需拆除的临时施工支护，节省投资；无需增加特殊设备，投入少，操作性强。超前支护量较小，缩短支护与开挖之间的时间差，及时进行支护防止了围岩发生失稳。其缺点：上、下台阶法掘进速度比全断面法慢。在软岩隧道掘进中因长台阶法掘进二次衬砌不能及时跟进，影响隧道的稳定，一般情况下，多采用短台阶掘进。
2.3中隔墙法
中隔墙法适用于跨度在15--20米的隧道，其实质是将大断面分为两部分开挖，减小施工难度，但增加了需拆除的临时支护工程量，工程成本较高，施工干扰大。
2.4双侧壁导坑法
双侧壁导坑法，适用于跨度特大的隧道，跨度在15米以上时采用，将隧道断面分为三部分，减小开挖难度。如内昆铁路某地下车站，其开挖断面为24×9米。双侧壁导坑法需拆除的临时支护工程量大，工程成本高，施工干扰大，施工中尽量不采用。
三、大跨度软岩隧道短台阶法掘进
3.1工程简介
四川省冶勒水电站是国家重点建设工程，坝型为堆石坝，大坝建立在深覆盖层上，大坝的防渗系统采用防渗墙和沥青混凝土心墙相结合的方法，其中右岸的防渗墙深度为140米，目前施工设备还不能一次达到此深度要求，为此，将防渗墙分为两部分，在70米左右处设置一防渗墙施工廊道，在廊道内施工下部防渗墙。廊道开挖断面为8.9×8.4米，断面形状为城门洞形，其地质条件为：弱胶结砂卵石与粉质壤土互层，砂卵石层含水丰富；粉质壤土呈超固结微胶结状态，弱透水性；各层厚度以2～6米为主，地应力主要有自重应力形成，随深度增加而增加；隧道开挖后，围岩自稳时间极短。
本隧道临时支护由施工单位总价承包，合理的选择掘进方法，减少临时支护工程量，是节约施工成本的重要途径，考虑全双侧壁导坑法和中隔壁法增加了临时支护工程量，而地质条件的复杂又决定了全断面开挖的不可行性，为了节约临时支护工程量，及时进行二次衬砌。所以本隧道采用短台阶法掘进。
3.2短台阶施工方法
因隧道地质条件很差，掘进须遵循“短进尺、弱爆破、强支护”的原则进行。
3.3短台阶掘进施工工艺说明
3.3.1超前支护
在软岩中掘进隧道，因围岩的自稳时间极短，往往来不及进行支护，围岩就失稳。必须进行超前支护，防止围岩失稳的有效方法。超前支护的施工质量影响开挖后围岩的稳定，而且从新奥法原理看，尽量利用围岩的自身的承载力，在本隧道施工过程中，考虑临时支护在隧道开挖24小时内即可施工完毕，从节约成本角度出发，超前支护只需满足开挖后围岩在24小时内不发生坍塌即可。
在本隧道掘进过程中，当拱顶部位为粉质壤土时，采用锚杆作超前支护，超前锚杆为φ25钢筋，长3.0米，间距20cm，仰角10～15度，锚杆采用锚固水泥固定；当拱顶为砂卵石层时，采用小导管作为超前支护，小导管为φ48钢花管，长3.5～4.0米，间距为20cm，仰角10～15度，溢浆孔间距为20cm，浆液为1：1的水泥浆，注浆压力为0.1～0.2Mpa，注浆后24小时后即可开挖。
3.3.2开挖
弧形导坑的开挖采用小药量松动爆破后，人工修整开挖面，每循环进尺约1.2米；核心土和中槽部分的土体采用挖掘机开挖或小药量的松动爆破后装载机开挖。下台阶部分必须人工开挖，防止对已支护的拱部产生扰动。
3.3.3临时支护
临时支护一般由锚杆、钢筋网、钢拱架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。根据本隧道实际情况，普通径向锚杆的支护作用并不大，只在钢拱架起拱线处设立径向锁脚锚杆，与钢拱架焊接在一起，防止开挖下台阶部分时，扰动了拱部支护，引起隧道失稳。为保护围岩的天然承载力，初期支护要尽快施做。
⑴初喷射混凝土支护
喷射混凝土支护分两次进行，隧道开挖后，立即进行初喷混凝土，厚度在3～5cm左右，初喷混凝土迅速给予围岩一定的支护力，且为柔性支护，可适当的释放部分围岩部分变形压力。喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙脚）而不密实，造成强度不够而失稳；先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动，并使喷头尽量保持与喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离以0.6～1.0米为宜。 ⑵铺设钢筋网
钢筋网为由φ6.5钢筋焊接而成，网格@=15×15cm。钢筋网应随受喷面的起伏铺设，其间隙不大于3cm，鋼筋网与钢拱架连接为整体。
⑶架设钢拱架
钢拱架分为拱部单元和墙部单元，本工程钢拱架采用118工字钢，按照设计开挖轮廓线加工。其连接部位设置钢垫板，垫板为δ10钢板，尺寸为20×25cm，钢板间用螺栓连接或焊接。钢拱架间用φ25钢筋连接为整体。钢架平面应垂直于隧道中线。当钢架和初喷层间存在较大间隙时要设骑马或锲形垫块顶紧围岩；钢架于围岩的间距不应大于5cm。
⑷复喷混凝土
在钢拱架和挂网完成后，进行二次喷护，喷射厚度为10～15cm。喷射混凝土面必须保证平整光滑，使所有临时支护形成一个受力整体。
3.3.4二次衬砌
二次衬砌主要承受围岩的变形压力，对于软岩隧道，因软岩具有流变性质，其变形具有时间效应，仅仅进行临时支护，经过一定时间后，仍会失稳。所以及时进行二次衬砌是防止隧道失稳和保证施工安全的有效手段。一般二次衬砌由设计单位确定，施工时应严格按照设计图纸施工，本文不作详细说明。
四、监控量测及结果分析
4.1监控量测的项目
本工程监控量测项目有围岩周边位移敛、拱顶下沉两类。围岩的周边位移量测采用位移收敛计测量，拱顶下沉量采用经纬仪量测。周边收敛、拱顶下沉的测点应尽量集中断面布设，以便量测成果的协调分析、综合运用。因隧道分为上下台阶开挖，考虑开挖下台阶时，拱顶下沉会明显产生一加速位移，当墙部支护完成后，位移减速并趋于稳定。
所以本隧道监控面设置在下台阶开挖后的断面，通过监控量测的信息反馈，及时调整支护的参数，以保证衬砌结构的安全。周边位移量测和拱顶下沉量测在初期时每12小时监测一次，当位移速率趋小时，逐渐减少量测频率。
4.2量测结果分析
对量测结果做位移速率和时间曲线，曲线分为三种情况。曲线1是围岩较大范围发生失稳，其表现形式为隧道突然坍塌，一般发生在掌子面未经支护的地段。曲线2是在支护后围岩趋于稳定的反映；曲线3是围岩具有流变特征时的变形破坏曲线，一般发生在工作面后方。工程施工中应谨防第3种情况发生，其破坏往往会造成人员伤亡或财产损失，一旦发现变形异常，应及时对支护的进行加固，限制围岩的变形。
五、结束语
短台阶掘进大跨度软岩隧道具有一定的优势，其灵活的掘进方法和支护手段能及时根据地质条件作相应的调整，减少资源的投入，防止塌方的发生，是软岩隧道掘出方法中的一种较优方法。
参考文献：
[1]崔凡盛.隧道工程质量管理工作探析[D].西南交通大学.2013.
[2]公路隧道施工技术规范.JTJ042-94.中华人民共和国交通部.