三、洞身开挖
根据设计文件,针对不同地质情况及围岩类别洞身开挖方式分为多种,具体围岩类别与开挖方式见表4-4-2。
表4-4-2 围岩类型与开挖方式表

在施工过程中洞身开挖方式根据洞内围岩级别合理选定钻爆参数,并在施工中不断优化爆破设计,以严格控制超欠挖,保证开挖成型质量,减少对周边围岩的扰动。根据隧道不同的围岩级别,采取不同的开挖方法:进出口浅埋偏压段Ⅴ级围岩采用台阶法带临时仰拱施工;在Ⅲ级、Ⅳ级围岩地段采用台阶法。钻爆采用多功能作业台架配风钻进行光面爆破。
(一)隧道V级围岩开挖(CRD)
部分隧道为浅埋隧道,岩石主要成分为泥岩夹砂岩,围岩级别Ⅴ级,为确保隧道施工安全,防止暴露面积过大掌子面坍塌,根据设计要求采用CRD法进行施工。
CRD法是在隧道断面中部设置竖横中隔壁,将断面分块,达到减小开挖跨度和降低开挖高度的效果。进行分部开挖,分块成环,化大为小,步步封闭,环环相扣形成全断面初期支护封闭结构的施工方法。同时在施工中,加强监控测量,依靠测量数据指导支护施工。
CRD法施工工艺流程见图4-4-4。横断面图见图4-4-5。

图4-4-4 CRD法施工工艺流程图

图4-4-5 CRD法工序横断面图
第一步:
(1)利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁及导坑侧壁42小导管超前支护。
(2)开挖①部。
(3)喷混凝土封闭掌子面。
(4)施作①部导坑周边的初期支护和临时支护,即初喷4 cm厚混凝土,铺设钢筋网,架立I20b型钢钢架和I18临时钢架,并设锁脚锚杆,安设I18横撑。
(5)钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
第二步:
(1)在滞后①部一段距离后,开挖②部。
(2)喷混凝土封闭掌子面。
(3)导坑周边部分初喷4 cm厚混凝土,铺设钢筋网。
(4)接长型钢钢架和I18临时钢架,设锁脚锚杆,根据实际情况必要时安设I18横撑。
(5)钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
第三步:开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,步骤及工序同第一步。
第四步:开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,步骤及工序同第二步。
第五步:
(1)在滞后于④部一段距离后,开挖⑤部。
(2)隧底周边部分初喷4 cm厚混凝土。
(3)接长I18临时钢架,复喷混凝土至设计厚度。
(4)安设型钢钢架之仰拱单元。
第六步:开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护,步骤及工序同第五步。并使型钢钢架之封闭成环。
第七步:
(1)根据监控量测结果分析,待初期支护收敛后,拆除I18临时钢架及上部临时横撑。
(2)灌注Ⅶ部仰拱衬砌及矮边墙。
第八步:灌注仰拱填充Ⅷ部至设计高度。
第九步:利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅸ部衬砌(拱墙衬砌一次施作)。
(二)隧道V级围岩开挖(台阶法加临时仰拱)
台阶法加临时仰拱施工工艺流程如图4-4-6所示。施工断面如图4-4-7所示。
隧道进口洞口段围岩较破碎,岩石主要成分为泥岩夹砂岩,围岩级别Ⅴ级,为确保进洞施工安全,防止暴露面积过大掌子面坍塌,根据设计要求采用台阶法加临时仰拱施工。上台阶断面开挖高度为6.0 m,下台阶开挖高度约5.0 m,台阶长度控制在5~10 m,可根据施工围岩条件和施工机械配备情况合理调整台阶长度和台阶高度。
施工步骤如下:
第一步:利用上一循的钢拱架施作隧道拱部超前支护;开挖①部;施作①部初期支护,初喷4 cm混凝土,铺设钢筋网,架立钢架,设置I18临时钢架,喷临时仰拱。
第二步:滞后①部一段距离后,开挖②部,左右分部开挖;台阶周边部分初喷4 cm厚混凝土;铺设钢筋网;接钢拱架;钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
第三步:滞后②部一段距离后,弱爆破开挖③步;施作③步初期支护,既初喷4 cm厚混凝土,铺设钢筋网,架立钢架,复喷混凝土至设计厚度;施作隧底喷混凝土。
第四步:浇筑仰拱,待初期支护收敛后,浇筑拱墙混凝土。

图4-4-6 台阶法加临时仰拱施工工艺流程图

图4-4-7 仰拱施工断面示意图
(三)隧道IV级围岩开挖(台阶法)
采用上下台阶法进行开挖,上台阶高度6.0 m,下台阶高度4.4 m,上台阶采用多功能开挖台架钻眼爆破,挖机和装载机配合自卸汽车出渣。开挖过程中,初期支护紧跟工作面,尽快完成初期支护体系,控制围岩变形,断面要力求圆顺,洞身开挖顺序见图4-4-8。施工顺序:地质超前预报→超前支护→上半断面开挖→上半断面支护→下半断面开挖→下半断面支护。

图4-4-8 隧道开挖断面图
第一步:开挖上断面①部;周边初喷4 cm砼;钻设径向锚杆架立格栅钢架(或钢拱架);施作超前小导管;复喷砼至设计厚度。
第二步:开挖下断面②部;周边初喷4 cm砼;钻设径向锚杆架立格栅钢架(或钢拱架)后复喷砼至设计厚度。
第三步:开挖③部;喷砼至设计厚度。
第四步:灌筑边墙基础与仰拱及隧底填充(仰拱与隧底填充分次施作)。
第五步:利用衬砌模板台车一次性灌筑衬砌(拱墙衬砌一次施作)。
导坑上部开挖:首先超前支护,然后进行上断面全断面开挖。爆破开挖采用微震爆破,装载机装渣,自卸汽车出渣,台阶长度为30 m。当导坑上部开挖完毕后,施作拱架、钢筋网、喷射砼等初期支护。
导坑下部开挖:采用人工手持风钻钻眼,非电毫秒雷管光面爆破,继而施作拱架、钢筋网、喷射砼等初期支护。使用装载机装渣,自卸汽车出渣。