CN104453921A - 一种软岩隧道开挖施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软岩隧道开挖施工工艺，所施工软岩隧道包括两个隧道洞口段和连接于两个隧道洞口段之间的隧道洞身段，两个隧道洞口的围岩级别为Ⅴ级，隧道洞身段的围岩级别为Ⅳ级，所施工软岩隧道的进出口同时开工且分别从进出口进行相向施工，施工过程如下：一、隧道洞身段开挖方法确定：采用隧道开挖施工模拟软件，对采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并根据模拟结果确定所述隧道洞身段的开挖施工方法；二、隧道开挖施工：从隧道洞口由后向前分多个节段对所施工软岩隧道进行开挖施工。本发明工艺步骤简单、设计合理且施工方便、使用效果好，能简便完成软岩隧道开挖施工过程，施工过程安全，并能保证施工工期。
Description
技术领域
本发明属于隧道开挖施工技术领域，尤其是涉及一种软岩隧道开挖施工工艺。
背景技术
目前，各类工程施工工期均较为紧张，合理工期被压缩，少则缩短几个月，多则压缩工期半年甚至一年。对于特长隧道，在没有采取辅助导坑的情况下，紧靠进出口两个作业面施工，施工工期极其紧张，特别是在围岩条件较差，不停出现坍塌情况下，施工进展举步维艰。如对长度大于5km的特长软岩隧道进行开挖施工过程中，由于软岩隧道施工以安全为主，但因保证施工工期，对施工安全和进度的要求均较高，而目前国内外开展的软岩隧道快速施工技术研究较少，可供借鉴的资料非常少。通过对软岩隧道快速掘进、支护施工技术进行研究，以期加快施工进度。通过分析，影响施工进度的主要因素是开挖施工和支护施工，由于围岩软弱，开挖后必须立即进行加强支护，开挖一循环立即支护一循环，开挖时间和支护时间过长，影响隧道施工进度。
目前，国内外特长隧道较多，开展隧道钻爆法快速施工技术研究的项目也较多，大部分隧道项目围岩条件较好，主要研究硬岩快速施工技术，如秦岭特长隧道；部分隧道围岩条件较差，采取“长隧短打”的模式，解决了工期紧张问题，如乌鞘岭隧道。而软岩隧道快速施工主要涉及安全问题，加快施工进度要么加快开挖，要么加快支护施工。加快开挖主要采取加大循环进尺，由此带来软岩开挖进尺过大的安全隐患；加快支护施工可能导致支护质量下降，数量不能满足设计要求，也会形成较大的安全隐患。因而，现如今国内外特长公路隧道软弱围岩快速施工技术仍处于探索研究阶段，针对软弱岩层施工方面没有突破性进展，没有成熟成套的施工经验。 综上，需设计一种工艺步骤简单、设计合理且施工方便、使用效果好的软岩隧道开挖施工工艺，能简便完成软岩隧道开挖施工过程，施工过程安全，并能保证施工工期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种软岩隧道开挖施工工艺，其工艺步骤简单、设计合理且施工方便、使用效果好，能简便完成软岩隧道开挖施工过程，施工过程安全，并能保证施工工期。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种软岩隧道开挖施工工艺，所施工软岩隧道包括两个隧道洞口段和连接于两个所述隧道洞口段之间的隧道洞身段，两个所述隧道洞口段分别为位于所施工软岩隧道的两个隧道洞口处的隧道开挖段，两个所述隧道洞口分别为所施工软岩隧道的进出口；两个所述隧道洞口段的围岩级别为Ⅴ级，所述隧道洞身段的围岩级别为Ⅳ级，其特征在于：所施工软岩隧道的进出口同时开工且分别从进出口进行相向施工，由进口至出口方向的隧道施工方法与由出口至进口的隧道施工方法相同且均由后至前进行施工，施工过程如下：
步骤一、隧道洞身段开挖方法确定：采用隧道开挖施工模拟软件，对采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并根据模拟结果确定所述隧道洞身段的开挖施工方法：当模拟结果得出采用全断面法能保证所施工成型隧道洞的稳定性时，将所述隧道洞身段的开挖方法定为全断面开挖法；否则，将所述隧道洞身段的开挖方法定为台阶法；
步骤二、隧道开挖施工：从隧道洞口由后向前分多个节段对所施工软岩隧道进行开挖施工，开挖施工过程如下：
步骤201、超前地质预报并相应确定当前所施工节段的开挖方法：开挖之前，先通过超前地质预报系统对当前所施工节段的围岩级别进行判定：当判定出当前所施工节段的围岩级别为Ⅴ级时，采用台阶法进行开挖；当判定出当前所施工节段的围岩级别为Ⅳ级时，采用步骤一中所确定的开 挖方法进行开挖；
步骤202、当前施工节段开挖施工及支护；开挖之前，先采用超期小导管对当前所施工阶段进行注浆加固，再按照步骤201中所确定的开挖方法，对当前施工节段进行开挖施工；且开挖过程中同步对开挖完成的隧道洞进行初期支护和二次衬砌施工；
步骤203、下一个施工节段开挖施工：按照步骤201和步骤202中所述的方法，对下一个施工节段进行开挖施工；
步骤204、多次重复步骤203，直至所施工软岩隧道贯通。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤一对采用全断面法进行所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟时，对所述隧道洞身段的超前支护施工过程、初期支护施工过程和二次衬砌施工过程均进行模拟，并得出超前支护施工完成后、初期支护施工完成后和二次衬砌施工完成后所施工成型隧道洞的围岩应力和位移变化情况。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤一对采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟时，还需对采用台阶法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并将二者的模拟结果进行对比，当采用全断面法和台阶法所施工成型隧道洞的稳定性均满足规范要求时，将所述隧道洞身段的开挖方法定为全断面开挖法；否则，将所述隧道洞身段的开挖方法定为台阶法。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤二中进行隧道开挖施工过程中，采用多个格栅钢架由后向前对开挖完成的隧道洞进行支护；
步骤二中对所述隧道洞身段进行开挖时，采用全断面法进行开挖，过程如下：
步骤2011、初始段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺与前后相邻两个所述格栅钢架之间的间距相同且其＜1m；
步骤2012、第一次循环进尺调整判断：步骤2011中完成三个循环进 尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至1m左右，并进入步骤2013；否则，采用台阶法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通；
步骤2013、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为1m左右；
步骤2014、第二次循环进尺调整判断：步骤2013中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至1.5m左右，并进入步骤2015；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为采用步骤2011中的循环进尺；
步骤2015、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为1.5m左右；
步骤2016、第三次循环进尺调整判断：步骤2015中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至2m左右，并进入步骤2017；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为1m左右；
步骤2017、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为2m左右；
步骤2018、第四次循环进尺调整判断：步骤2017中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至2.5m左右，并进入步骤2019；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为1.5m左右；
步骤2019、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为2.5m左右；
步骤20110、第五次循环进尺调整判断：步骤2017中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至3m左右，并进入步骤20111；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为2m左右；
步骤20111、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为3m左右；
步骤20112、第六次循环进尺调整判断：步骤20111中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺始终为3m左右；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为2.5m左右。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤二中对所述隧道洞口段进行开挖时，采用环形开挖留核心土法进行开挖并采用松动爆破方法；对所述隧道洞身段进行开挖时，采用全断面法进行开挖并采用全断面光面爆破方法。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤一中所述隧道开挖施工模拟软件为有限差分软件FLAC3D。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤二中对开挖成型的隧道洞进行二次衬砌施工时，对所述隧道洞的左右洞同步进行二次衬砌施工。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤二中进行隧道开挖施工过程中，先采用多个格栅钢架由后向前对开挖完成的隧道洞进行支 护，再采用锚网喷支护方法进行初期支护；
所采用的格栅钢架包括分别支撑于所施工隧道拱部左右两侧下方的第一钢架节段和第二钢架节段以及分别支撑于所施工隧道左右两侧边墙上的第三钢架节段和第四钢架节段，所述第三钢架节段位于第一钢架节段的左侧下方且其上端与第一钢架节段的下端紧固连接，所述第四钢架节段位于第二钢架节段的右侧下方且其上端与第二钢架节段的下端紧固连接；所述第一钢架节段、第二钢架节段、第三钢架节段和第四钢架节段均为弧形钢架，所述第一钢架节段、第二钢架节段、第三钢架节段和第四钢架节段均布设在同一竖直面上且其拼接形成一个整体式钢架，所述整体式钢架为圆弧形钢架；所述第一钢架节段的上端与第二钢架节段的上端紧固连接且二者的连接点位于所施工隧道拱部的中心线上，第三钢架节段的底端和第四钢架节段的底端均支撑在所施工隧道的底部开挖面上；所述第一钢架节段和所述第二钢架节段所处圆弧线的圆心角均为55°～60°。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤二中对所述隧道洞口段进行开挖施工过程中，采用接长套柱对所施工软岩隧道的隧道洞口进行加固；
所述接长套柱包括多个由后向前支立在所施工隧道的隧道洞口外侧的型钢拱架，多个所述型钢拱架沿所施工隧道的纵向延伸方向由后向前进行布设且其形成一个位于隧道洞口外侧的拱形支架，且多个所述型钢拱架的结构均与隧道洞口的结构相同；所述拱形支架上铺装有一层钢筋网，且所述拱形支架上喷射有一层混凝土层，多个所述型钢拱架和所述钢筋网均固定于混凝土层内；多个所述型钢拱架、所述钢筋网和混凝土层组成一个对隧道洞口外侧进行加固的刚性加固拱，所述刚性加固拱的后部与隧道洞口紧固连接为一体。
上述一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征是：步骤二中对所述隧道洞口段与所述隧道洞身段进行开挖施工过程中，对隧道洞口的边仰坡是否发生坍塌进行观测，当发现有发生坍塌的边仰坡时，需对该发生坍塌的边仰坡及时进行加固，且发生坍塌的边仰坡坡面为坍塌节理面；对坍塌节理面 进行加固时，需对位于坍塌节理面前侧的第一边坡和连接于第一边坡与坍塌节理面之间的第二边坡同步进行加固；所述第一边坡为靠近隧道洞口一侧的边坡。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、工艺步骤简单、设计合理且施工方便，使用效果好。
2、采用隧道开挖施工模拟软件对采用全断面法和台阶法对隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并相应确定隧道洞身段的开挖施工方案，具体是根据隧道围岩的实际情况及参数，选用常用的隧道围岩变形及应力分布计算软件，对开挖方案进行施工模拟，用模拟结果指导施工。采用该开挖施工方案既节约了时间，又保证了施工安全，是目前安全检算的常用技术，对隧道施工有极好的指导作用。
3、Ⅳ级围岩按照规范要求应采用台阶法施工，台阶法施工最大的缺点是施工工序多，上下台阶施工相互干扰，作业面小，不利于大型设备展开作业。本发明中，采用全断面法施工，虽有一定风险，开挖空间大，围岩暴露临空面大，易出现围岩失稳坍塌。但采用全断面法极好地解决了加快施工进度问题。在通过模拟计算满足安全后，采用全断面法施工，施工进度提高较多，由台阶法的约70m/月加快到月140m/月，但需要在施工过程中加强控制，及时跟进衬砌施工，加强施工中的围岩监测，确保施工安全。
4、所采用的格栅钢架结构简单且加工制作简便，投入成本较低，能实现大批量工业化生产，同时结构设计合理、拼装方便且使用效果好，主要包括分别支撑于所施工隧道拱部左右两侧下方的第一钢架节段和第二钢架节段以及分别支撑于所施工隧道左右两侧边墙上的第三钢架节段和第四钢架节段等四个拼装节段，并且将第一钢架节段和所述第二钢架节段所处圆弧线的圆心角均设定为为55°～60°，不仅减少了格栅钢架的拼装节段，并且方便施工人员作业和架设。实际进行格栅钢架架设时，作业施工人员3人一组，先清理所施工隧道左右两侧边墙上的第三钢架节段和第四钢架节段的支撑底部，欠挖部分剔除，超挖部分块石铺垫，并确定支撑 位置及支撑高度；之后先将第三钢架节段和第四钢架节段移送并支设到位，之后人工配合绳索缓慢下放第一钢架节段和第二钢架节段并分别与第三钢架节段和第四钢架节段对接，待第一钢架节段和第二钢架节段分别与第三钢架节段和第四钢架节段对接完成，再将第一钢架节段和第二钢架节段缓慢推送到拱部对接，这样便完成一榀格栅钢架的架设，之后及时焊接纵向连接钢筋对所支立的格栅钢架进行固定。因而，本发明方便了施工人员作业，降低了劳动强度，架设作业时间能有效减少，从而能有效提高架设进度和支护施工进度。平均每榀格栅钢架节约作业时间30分钟，每循环架设3榀格栅钢架平均节约作业时间1.5小时，实现了加快施工进度的目的。综上，本发明减少了拼装节段，方便施工人员安装和对接，加快了施工进度。钢架安装完成后，需要及时打设锚杆固定，并焊接纵向连接钢筋，使每榀格栅钢架成为一个整体，加强支护效果。因而，本发明所采用的格栅钢架结构简单、设计合理且加工制作及拼装方便、使用效果好，能有效解决现有格栅钢架存在的拼装难度大、费时费力、影响隧道施工工期等问题，该格栅钢架方便洞内作业台架上拼装，又减少了工人劳动强度，两侧分别拼接到位后向中间合拢，中间拱部一个接头，连接方便，加快拼装施工进度。
5、所施工隧道洞口边仰坡发生顺层滑坡问题，极大影响隧道施工，洞口坍塌石块危及隧道施工安全，坍塌土石方堵塞洞门，影响车辆进出。同时边仰坡不稳定，有可能进一步坍塌，坍塌边坡较高，接近100m，防护施工极其困难，边坡防护作业困难且施工极不安全，施工明洞因仰拱未施工，且全部为钢筋混凝土，施工周期长，在发生再次坍塌时有可能造成更大损失，为保证隧道施工安全和正常施工，采用隧道洞口接长套拱的加固方案进行支护采用I 18工字钢拱架，外绑竹夹板做模板，内部喷射混凝土形成套拱，施工进度快，3天时间完成洞口9m套拱，保证了隧道施工安全和正常施工进度。
并且，所采用的接长套拱结构简单、设计合理且施工方便，投入施工成本较低，施工工期短，采用在隧道洞口外侧接长的刚性加固拱对隧道洞 口进行加固，能有效保证隧道洞口安全，并能有效防止洞口隧道明洞施工过程中发生坍塌，威胁施工人员安全。并且，采用多个工字钢支架组成拱形支架，并挂钢筋网且喷射混凝土后形成刚性加固拱，并且拱形支架左侧通过锁脚锚杆进行定位固定，右侧埋入固定基础中。实际施工时，仅需在拱形支架外侧设置钢筋网并支立模板，之后又喷射混凝土便可完成本发明的施工过程。施工完成后，及时回填本发明左右两侧，对隧道洞口的左侧边坡岩层起回填反压作用，因而本发明能对隧道洞口的边坡稳定起关键作用。因而，采用接长套拱能施工方便且使用效果好，能有效防止所施工软岩隧道洞口发生坍塌，确保施工安全，并保证施工工期。
6、所采用的边仰坡加固方法简单、设计合理且施工方便、投入成本较低，使用效果好，通过同步对坍塌节理面以及位于其前侧的第一边坡与第二边坡进行加固，达到有效防止洞口边仰坡再次发生坍塌的可能；并且，能实现对坍塌节理面以及第一边坡与第二边坡均进行永久加固的目的，加固效果非常好。同时，适用面广且推广应用前景广泛，能有效适用于软岩隧道的隧道洞口防坍塌施工，尤其是能有效防止隧道洞口的顺层坍塌。
7、如何加快施工进度，在不同隧道、不通地质条件下采取不通的措施，一般都采取增加斜井、平洞等辅助导坑，多开工作面，多左面同步施工，将长隧道化为短隧道，缩短工期；高速公路隧道一般不采取增设辅助导坑，增加工作面的措施。而本发明中所施工软岩隧道基于简化作业工序，充分发挥设备作用，加快施工进度。由于目前隧道施工Ⅳ和Ⅴ级围岩要求全部采用分部施工方案，即Ⅴ级围岩采用上台阶弧形导坑法施工，Ⅳ级围岩采用台阶法施工，上下台阶施工干扰较大，进度慢。而Ⅳ级围岩采用全断面法施工没有先例，在安全保证上有很大隐患，且规范不允许采用全断面法施工。本发明中通过对Ⅳ级围岩全断面法和台阶法施工进行数值模拟，经过计算，采用全断面法施工围岩变形值、收敛值以及对应力云图的判断，Ⅳ级围岩满足全断面法施工，能有效加快施工进度。
8、经济效益和社会效益显著，施工中严格按照规范组织施工和过程检验，保证了施工质量和施工安全，施工进度较快，并且采用全断面施工， 各类大型设备充分利用，没有出现窝工现象，节约各类机械设备费用约160万元，取得较好的经济效益。
9、推广应用前景广泛，在高速公路隧道施工方面具有较好的推广应用价值，有利于加快施工进度。其中，开挖方案数字模拟计算对目前隧道施工具有很好的指导作用，能有效保证施工方案，还能保证选择最优、最简单施工方案，有利于施工组织和较快施工进度，节约各项费用。Ⅳ级围岩全断面开挖方案需要谨慎采用，必须结合围岩实际，经过认真论证、计算确定，必要时可先进性试验开挖。洞口顺层滑坡处置方法对以后类似工程有较好的借鉴意义，采用接长套拱方案，有效保证了洞口安全，且施工进度快，对隧道施工影响。综上，本发明对加快施工进度，能较好地解决目前普遍紧张的隧道施工工期，有较好的推广应用价值。
综上所述，本发明工艺步骤简单、设计合理且施工方便、使用效果好，能简便完成软岩隧道开挖施工过程，施工过程安全，并能保证施工工期。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程框图。
图1-1为本发明对隧道洞身段的开挖施工过程进行模拟时所选取的测点布设位置示意图。
图2为本发明所采用的格栅钢架的结构示意图。
图2-1为图2中A处的局部放大图。
图3为本发明所采用拱形支架的布设位置示意图。
图4为本发明所采用刚性加固拱的结构示意图。
图5为本发明所采用的边仰坡加固结构示意图。
附图标记说明:
1—隧道洞口； 2—型钢拱架； 2-1—第一钢架节段；
2-2—第二钢架节段； 2-3—第三钢架节段； 2-4—第四钢架节段；
2-5—纵向连接钢筋； 2-6-1—外固定杆； 2-6-2—内固定杆；
2-6-3—斜向连接杆； 3—混凝土层； 3-1—坍塌节理面；
3-2—第一边坡； 3-3—锚杆； 3-4—第一框架梁；
3-5—第二边坡； 3-6—预应力锚索； 3-7—第二框架梁；
3-8—地梁； 4—纵向连接钢筋； 5—固定基础；
6—锁脚锚杆； 7—拱形支护结构。
具体实施方式
如图1所示的一种软岩隧道开挖施工工艺，所施工软岩隧道包括两个隧道洞口段和连接于两个所述隧道洞口段之间的隧道洞身段，两个所述隧道洞口段分别为位于所施工软岩隧道的两个隧道洞口1处的隧道开挖段，两个所述隧道洞口1分别为所施工软岩隧道的进出口；两个所述隧道洞口段的围岩级别为Ⅴ级，所述隧道洞身段的围岩级别为Ⅳ级；实际开挖施工时，所施工软岩隧道的进出口同时开工且分别从进出口进行相向施工，由进口至出口方向的隧道施工方法与由出口至进口的隧道施工方法相同且均由后至前进行施工，施工过程如下：
步骤一、隧道洞身段开挖方法确定：采用隧道开挖施工模拟软件，对采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并根据模拟结果确定所述隧道洞身段的开挖施工方法：当模拟结果得出采用全断面法能保证所施工成型隧道洞的稳定性时，将所述隧道洞身段的开挖方法定为全断面开挖法；否则，将所述隧道洞身段的开挖方法定为台阶法。
其中，所述隧道开挖施工模拟软件为隧道围岩变形及应力分布计算软件。
步骤二、隧道开挖施工：从隧道洞口1由后向前分多个节段对所施工软岩隧道进行开挖施工，开挖施工过程如下：
步骤201、超前地质预报并相应确定当前所施工节段的开挖方法：开挖之前，先通过超前地质预报系统对当前所施工节段的围岩级别进行判定：当判定出当前所施工节段的围岩级别为Ⅴ级时，采用台阶法进行开挖；当判定出当前所施工节段的围岩级别为Ⅳ级时，采用步骤一中所确定的开 挖方法进行开挖。
步骤202、当前施工节段开挖施工及支护；开挖之前，先采用超期小导管对当前所施工阶段进行注浆加固，再按照步骤201中所确定的开挖方法，对当前施工节段进行开挖施工；且开挖过程中同步对开挖完成的隧道洞进行初期支护和二次衬砌施工。
步骤203、下一个施工节段开挖施工：按照步骤201和步骤202中所述的方法，对下一个施工节段进行开挖施工。
步骤204、多次重复步骤203，直至所施工软岩隧道贯通。
本实施例中，所施工软岩隧道为单洞双线隧道，所施工软岩隧道的左线全长5085m且其右线全长5080m，隧道左右线分离式设置，净高7.0m，净宽10.25m。隧道穿越的地层主要为巴东组泥岩、砂岩和泥灰岩，围岩类别主要为Ⅳ和Ⅴ级围岩，因而所施工软岩隧道为软岩特长隧道。所施工隧道通过的不良地质为洞口段软质岩的变形与顺层坍塌。由于所施工隧道的围岩全部为软岩，围岩条件较差，全隧道设计有格栅钢架加强支护，施工进度缓慢。按照Ⅳ、Ⅴ级围岩正常施工进度，施工时间需要40个月以上，远不能满足工期要求，因此，如何在Ⅳ和Ⅴ级软岩中加快施工进度成为本隧道能否按期完成的关键。所施工软岩隧道的埋深大于300m，隧道进洞口位于一斜坡上，斜坡自然坡度角坡度为25°～35°；隧道线位通过段地形呈波状起伏，沟谷纵横，高程在432.50m～1072.00m之间，相对高差639.50m，地形起伏较大。场地地貌上属于构造剥蚀低山地貌。
本实施例中，步骤一中所述隧道开挖施工模拟软件为有限差分软件FLAC3D。
本实施例中，步骤一对采用全断面法进行所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟时，对所述隧道洞身段的超前支护施工过程、初期支护施工过程和二次衬砌施工过程均进行模拟，并得出超前支护施工完成后、初期支护施工完成后和二次衬砌施工完成后所施工成型隧道洞的围岩应力和位移变化情况。
并且，步骤一对采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工 过程进行模拟时，还需对采用台阶法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并将二者的模拟结果进行对比，当采用全断面法和台阶法所施工成型隧道洞的稳定性均满足规范要求(并且二者所施工成型隧道洞的稳定性相差不大)时，将所述隧道洞身段的开挖方法定为全断面开挖法；否则，将所述隧道洞身段的开挖方法定为台阶法。
本实施例中，对采用全断面法和采用台阶法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程模拟结果进行对比，并了解两种开挖施工方法对围岩造成影响，包括围岩应力和位移变化基本上一样。实际进行对比时，采用以下方法进行对比，从隧道开挖面上的洞周(即开挖轮廓线)找出6个测点，详见图1-1，6个测点分别为测点①、②、③、④、⑤和⑥，其中测点①为隧道开挖面的拱顶，测点⑥位于隧道开挖面的底部中央，测点④和⑤分别位于隧道开挖面的底部左右两侧，测点②和③分别位于隧道开挖面的左右侧墙中部，洞周这6个测点所处位置为主要特征位置，测点①和⑥为竖向位移较大的测点，测点②和③为水平位移较大的测点，测点④和⑤为szz较大的点(即z方向应力)，并将这6个测点模拟计算的具体数值(包括竖向位移、水平位移和z方向应力)进行统计，上述6个测点在全断面开挖和台阶法施工完成后的应力和位移数据详见表1：
表1 隧道开挖面上6测点模拟计算结果对比表
从表1中的数据可以看出，拱顶和拱底的竖向位移采用台阶法施工时略小于全断面，台阶法分两步开挖断面，每次开挖的面积较小，产生的围 岩应力相对全断面较小，故更好地控制了位移的变化，但在超前支护和初期支护、二次衬砌的共同作用下，两种开挖施工方法产生的位移均很小，全断面法约比台阶法施工产生的位移大约0.56％，总体上产生的位移很小，均符合规范要求；水平位移上两种施工方法基本上一样，拱底和拱顶均不产生水平位移，主要在拱腰至拱脚处有水平位移；应力szz则由于全断面开挖开挖面积较大，产生的应力较大，各个观测点产生的应力均要大于台阶法，但相差并不多，全断面法平均应力大于台阶法19.42％，同样满足规范要求。
经上述分析比较，得出以下结论：
第一、在超前支护和初期支护与二次衬砌支护的共同作用下，无论是采用全断面法施工还是台阶法施工，对围岩产生的应力和变形均符合规范要求。
第二、台阶法施工对围岩稳定性的控制要略好于全断面法，但所施工软岩采用全断面法施工，计算结果同样符合规范要求，故采用采用全断面法施工代替台阶法开挖施工。
根据一般隧道施工原则，Ⅴ级围岩采用分部法(即侧壁导坑或环形开挖留核心土法、双侧壁导坑法或CRD法)施工，Ⅳ级围岩采用台阶法或分部施工法施工，所施工软岩隧道的隧道洞口段为Ⅴ级围岩，主要位于顺层、破碎泥砂岩夹泥岩地层中，节理裂隙发育，围岩完整性差，自承载能力低，开挖后变形较大；隧道洞身段为全部为Ⅳ级围岩，地层为巴东组泥岩、砂岩、泥灰岩，其中大部分为紫红色泥岩和灰黑色泥灰岩地层，岩层软弱，雨水易风化变形。采用分部开挖法围岩受多次开挖扰动，变形可能进一步加大，同时分部开挖作业空间小，不利于大型设备作业，全部靠小型机具和人工作业，劳动强度大，效率低，进度慢。同时，支护工作量大，施工时间长，严重制约隧道施工进度，为此本发明中采用全断面开挖方法对隧道洞身段进行开挖。
本实施例中，步骤二中进行隧道开挖施工过程中，采用多个格栅钢架由后向前对开挖完成的隧道洞进行支护；
本实施例中，步骤二中对所述隧道洞口段进行开挖时，采用环形开挖留核心土法进行开挖并采用松动爆破方法；对所述隧道洞身段进行开挖时，采用全断面法进行开挖并采用全断面光面爆破方法。
根据围岩实际情况和上述施工过程数值模拟分析，对隧道洞口段的Ⅴ级围岩采用环形开挖留核心土法施工，洞身Ⅳ级围岩推荐采用全断面法施工，但必须加强监测，确保安全。隧道洞口段的Ⅴ级围岩采用大管棚超前支护，管棚长度20m，间距40cm，管棚采用φ89钢管。开挖后，加强支护采用的格栅钢架为I 18工字钢钢架，间距为1.0m；锚杆采用中空注浆锚杆，长度3.5m，环向间距1.5m，纵向间距1.0m。围岩破碎，开挖循环进尺1.0m，开挖完成后及时进行加强支护，保证施工安全。下台阶在上部支护保护下开挖作业。隧道洞身段的Ⅵ级围岩地段采用超前锚杆或超前小导管进行超前支护，超前锚杆长3.0m，超前小导管长4.5m，隧道开挖施工前，先施工超前支护锚杆或超前小导管，之后进行开挖作业，开挖后立即架设格栅钢架，并进行锚网喷支护。
实际进行隧道开挖时，开挖循环进尺按“保证安全，适度加大”的原则进行确定：首先是保证开挖后围岩稳定和施工安全，杜绝开挖进尺过大导致的拱部坍塌，确保施工顺利进行，减少因坍塌引起的停工或窝工。循环进尺严格按“规范或施工习惯确定的进尺，施工适应及掌握围岩变形规律，适度加大进尺，施工适应，再次适度加大进尺，严格控制各工序时间及质量”的程序确定。
本实施例中，步骤二中对所述隧道洞身段进行开挖时，采用全断面法进行开挖，过程如下：
步骤2011、初始段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺与前后相邻两个所述格栅钢架之间的间距相同且其＜1m；
步骤2012、第一次循环进尺调整判断：步骤2011中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施 工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至1m左右，并进入步骤2013；否则，采用台阶法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通；
步骤2013、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为1m左右；
步骤2014、第二次循环进尺调整判断：步骤2013中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至1.5m左右，并进入步骤2015；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为采用步骤2011中的循环进尺；
步骤2015、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为1.5m左右；
步骤2016、第三次循环进尺调整判断：步骤2015中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至2m左右，并进入步骤2017；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为1m左右；
步骤2017、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为2m左右；
步骤2018、第四次循环进尺调整判断：步骤2017中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至2.5m左右，并进入步骤2019；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为1.5m左右；
步骤2019、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进 行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为2.5m左右；
步骤20110、第五次循环进尺调整判断：步骤2017中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至3m左右，并进入步骤20111；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为2m左右；
步骤20111、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为3m左右；
步骤20112、第六次循环进尺调整判断：步骤20111中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺始终为3m左右；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为2.5m左右。
实际开挖施工过程中，隧道洞口段的Ⅴ级围岩破碎、松散，施工进度慢，但隧道洞口段的长度不大，其中左线的隧道洞口段长度为50m且右线的隧道洞口段长度为60m，对整体施工计划影响不大，主要以安全为主，在确保安全的前提下适当加快施工进度，因此Ⅴ级围岩段严格控制循环进尺，根据格栅钢架的设计间距，开挖循环进尺以1榀格栅钢架间距为准，即1.0m，考虑到支护作业空间，适当加大到1.5m，开挖后及时进行支护作业，封闭围岩，尽快形成支护体系，发挥支护作用。这样，Ⅴ级围岩地段便能施工顺利，没有发生坍塌事故，没有发生因安全隐患影响正常施工事件，施工过程能顺利完成。
在隧道洞身段的Ⅳ级围岩地段应加快施工进度，隧道洞口段以保证施工安全和质量为主，宜采取台阶法施工，开挖循环进尺宜控制在2.5m以内，开挖后立即支护；隧道洞身段的围岩弱风化地段，全部采用全断面法 施工，开挖循环进尺控制在3.0m左右，开挖后先临时支护，之后根据检测情况及时完善初期支护。以加快施工进度，减少各工序之间干扰。
采用本发在隧道深埋的Ⅳ级围岩地段采用全断面施工方案后，施工进度明显加快。台阶法施工时，最快每月施工进度达到80m，采用全断面方案之后，每月平均施工进尺达到120m，加快施工进度30％以上。同时，采用全断面方案施工，减少了上下台阶同时施工的干扰，扩大了作业面，方便大型设备和多台设备同时作业，加快了施工进度。但采取全断面方案后，需要加强施工监测，及时施工仰拱和二次衬砌，确保隧道安全。
另外，通过对隧道开挖施工过程进行分析，影响隧道施工进度的主要因素是出碴时间、格栅钢架支设与喷射混混凝土时间。加快施工进度就是如何压缩上述三个工序的作业时间。
本实施例中，步骤二中进行隧道开挖施工过程中，先采用多个格栅钢架由后向前对开挖完成的隧道洞进行支护，再采用锚网喷支护方法进行初期支护。
如图2、图2-1所示，所采用的格栅钢架包括分别支撑于所施工隧道拱部左右两侧下方的第一钢架节段2-1和第二钢架节段2-2以及分别支撑于所施工隧道左右两侧边墙上的第三钢架节段2-3和第四钢架节段2-4，所述第三钢架节段2-3位于第一钢架节段2-1的左侧下方且其上端与第一钢架节段2-1的下端紧固连接，所述第四钢架节段2-4位于第二钢架节段2-2的右侧下方且其上端与第二钢架节段2-2的下端紧固连接；所述第一钢架节段2-1、第二钢架节段2-2、第三钢架节段2-3和第四钢架节段2-4均为弧形钢架，所述第一钢架节段2-1、第二钢架节段2-2、第三钢架节段2-3和第四钢架节段2-4均布设在同一竖直面上且其拼接形成一个整体式钢架，所述整体式钢架为圆弧形钢架；所述第一钢架节段2-1的上端与第二钢架节段2-2的上端紧固连接且二者的连接点位于所施工隧道拱部的中心线上，第三钢架节段2-3的底端和第四钢架节段2-4的底端均支撑在所施工隧道的底部开挖面上；所述第一钢架节段2-1和所述第二钢架节段2-2所处圆弧线的圆心角均为55°～60°。
本实施例中，所述第一钢架节段2-1和所述第二钢架节段2-2所处圆弧线的圆心角均优选为57°～59°。
并且，所述第一钢架节段1所处圆弧线的圆心角A1具体为57.5°左右，所述第二钢架节段2所处圆弧线的圆心角A2具体为58.5°。
实际施工时，可根据具体需要，对所述第一钢架节段2-1和所述第二钢架节段2-2所处圆弧线的圆心角大小进行相应调整。
本实施例中，所述整体式钢架由两个并排布设的圆弧形型钢支撑架组成，两个所述圆弧形型钢支撑架沿所施工隧道的纵向延伸方向一前一后布设且二者之间通过多道纵向连接钢筋2-5进行紧固连接，多道所述纵向连接钢筋5沿圆周方向由左至右布设在两个所述圆弧形型钢支撑架之间，且多道所述纵向连接钢筋2-5均沿所施工隧道的纵向延伸方向布设。
实际加工时，所述圆弧形型钢支撑架包括外固定杆2-6-1、位于外固定杆2-6-1正下方的内固定杆2-6-2和多道连接于外固定杆2-6-1与内固定杆2-6-2之间的斜向连接杆2-6-3，所述外固定杆2-6-1和内固定杆2-6-2的形状相同且二者均为圆弧形杆，所述外固定杆2-6-1、内固定杆2-6-2和连接于二者之间的多道所述斜向连接杆2-6-3均布设在同一竖直面上。
本实施例中，所述外固定杆2-6-1和内固定杆2-6-2均为工字钢。
并且，多道所述纵向连接钢筋2-5沿圆周方向均匀布设。
本实施例中，所述第一钢架节段2-1、第二钢架节段2-2、第三钢架节段2-3和第四钢架节段2-4的结构均相同。
采用如图2所示的格栅钢架，能有效加快格栅钢架的设计速度。
本实施例中，对隧道洞身段的Ⅳ级围岩地段进行爆破施工时，从安全、效益和进度等方面综合要求，采取光面爆破。钻爆作业采用简易台架配合风枪钻孔，台阶法施工时，简易台架分两层，配备12～15台风枪同时作业；采用全断面法施工时，简易台架为上中下三层，配备18～20台风枪同时施工作业。炸药选用2#岩石硝铵炸药，地下水发育时采用乳化炸药，人工装药，反向起爆(有瓦斯地段，必须采用正向起爆)，起爆采用非毫 秒导爆管，由掏槽眼向周边眼依次毫秒微差有序起爆。
全断面施工配备大型凿岩台架作为钻孔作业平台，台架上下分为四层，平均每层高度在2.0m左右，方便人工风枪钻孔作业。全断面法爆破施工钻孔深度一般为2.5m，每循环装药平均为12箱144kg，每循环钻孔数一般为110～120个，采用楔形掏槽，周边眼间距控制在50cm以内，内圈眼轮廓要求圆顺，为周边眼创造一个较好的临空面。爆破循环进尺一般为2.2m，最大达到2.35m，最小为2.0m。开挖后及时安排出碴，之后立即完成初期支护施工，初期支护完成后安排下一循环施工。平均每循环施工时间为16小时，2天完成3个循环，平均日进尺为3.3～3.5m，月进尺为100m。
本实施例中，所述隧道洞口段的Ⅴ级围岩地段长度短，采用环形开挖六核心土法开挖，爆破方式由于围岩条件较差采用松动爆破配合机械开挖。所述隧道洞身段的Ⅳ级围岩地段采用格栅钢架加强支护，开挖爆破效果直接影响支护结构的施工，光面爆破能方便格栅钢架的架设，同时减少支护工程量，因此确定采用光面爆破，并且采用全断面光面爆破。
本实施例中，步骤二中对开挖成型的隧道洞进行二次衬砌施工时，对所述隧道洞的左右洞同步进行二次衬砌施工。
为保证安全，隧道施工要求二衬衬砌紧跟施工，施工中必须加快衬砌施工。为保证正常施工，隧道左右洞分别配备衬砌施工系统，分别配备12m衬砌台车、HBT60输送泵、混凝土拌合系统各一套，各配备6m3混凝土输送罐车各3台，施工队伍左右洞分别配备，保证左右线隧道衬砌施工平行进行。在施工过程中，左右线隧道同时展开施工，基本保持2天一个循环的施工进度，与开挖作业面基本保持在150m以内的距离，施工进展顺利。
支护施工进度也对隧道施工进度有较大影响，支护作业工序施工最长的是架设格栅钢架和喷射混凝土工序。钢拱架在洞外集中加工，洞内拼装；喷射混凝土洞外集中拌合，自卸汽车运输到作业面，多台混凝土喷射机集中喷射作业。由于隧道洞身段全部为Ⅳ级围岩，喷射混凝土量大，支护作业时间最长的是喷射混凝土作业，因此在喷射混凝土设备上加大投入，每 个作业面配备3台喷射机同时作业，同时采用大功率设备，加快作业速度，缩短施工循环时间。采用上述支护机械设备配备，基本保证正常作业时间。
实际施工过程中，所述隧道洞口1出现坍塌，具体是顺层坍塌。
为确保隧道洞口1的不再发生坍塌步骤二中对所述隧道洞口段进行开挖施工过程中，采用接长套柱对所施工软岩隧道的隧道洞口进行加固。
如图3、图4所示，所述接长套柱包括多个由后向前支立在所施工隧道的隧道洞口1外侧的型钢拱架2，多个所述型钢拱架2沿所施工隧道的纵向延伸方向由后向前进行布设且其形成一个位于隧道洞口1外侧的拱形支架，且多个所述型钢拱架2的结构均与隧道洞口1的结构相同；所述拱形支架上铺装有一层钢筋网，且所述拱形支架上喷射有一层混凝土层3，多个所述型钢拱架2和所述钢筋网均固定于混凝土层3内；多个所述型钢拱架2、所述钢筋网和混凝土层3组成一个对隧道洞口1外侧进行加固的刚性加固拱，所述刚性加固拱的后部与隧道洞口1紧固连接为一体。
本实施例中，对开挖完成隧道洞口段的隧道洞进行初期支护时，采用多个格栅钢架由后向前对开挖完成的隧道洞进行支护，再采用锚网喷支护方法进行初期支护，并形成所述隧道洞的初期支护结构；对开挖完成的隧道洞进行二次衬砌施工时，所采用的二次衬砌为混凝土结构且其与所述初期支护结构紧固连接为一体；所述初期支护结构与所述二次衬砌组成隧道洞口1的支护结构；步骤二中所述刚性加固拱位于隧道洞口1的支护结构正前侧，所述刚性加固拱的横断面结构和尺寸均与所述隧道洞口1的支护结构的结构和尺寸相同，且所述刚性加固拱与所述隧道洞口1的支护结构紧固连接为一体。并且，所述隧道洞口1的支护结构为拱形支护结构7。
同时，所述隧道洞口1的外侧设置有供多个所述型钢拱架2底部固定的固定基础5，所述固定基础5为钢筋混凝土基础。
实际施工时，所述刚性加固拱的长度为6m～10m。
本实施例中，所述刚性加固拱的长度为8m。实际使用时，可根据具体需要，对所述刚性加固拱的长度进行相应调整。
实际安装布设时，多个所述型钢拱架2呈均匀布设。
并且，前后相邻两个所述型钢拱架2之间的间距为80cm～100cm。所述型钢拱架2的数量为8个～10个。
本实施例中，所述型钢拱架2的数量为9个。实际施工时，可根据具体需要，对所述型钢拱架2的数量以及前后相邻两个所述型钢拱架2之间的间距进行相应调整。
本实施例中，所述型钢拱架2为工字钢支架。并且，所述型钢拱架2为I18工字钢架。
同时，所述刚性加固拱还包括多道连接于多个所述型钢拱架2之间的纵向连接钢筋4，多道所述纵向连接钢筋4均沿所施工隧道的纵向延伸方向，每道所述纵向连接钢筋4均与多个所述型钢拱架2紧固连接。
本实施例中，多道所述纵向连接钢筋4由左至右布设在所述拱形支架上，且左右相邻两道所述纵向连接钢筋4之间的间距为90cm～110cm。并且，所述纵向连接钢筋4的直径为Φ22mm。
同时，所述刚性加固拱还包括对所述拱形支架的左侧和/或右侧进行定位的左侧定位机构和/或右侧定位机构，所述左侧定位机构包括多个分别固定在多个所述型钢拱架2左侧拱脚上的锁脚锚杆6，所述右侧定位机构包括多个分别固定在多个所述型钢拱架2右侧拱脚上的锁脚锚杆6。
本实施例中，所述隧道洞口1的左侧为边坡岩层，因而在所述拱形支架的左侧设置所述左侧定位机构。并且，所述所述拱形支架的右侧埋入固定基础5内。
本实施例中，所述接长套柱施工完成后，还需对所施工成型所述刚性加固拱左右两侧与隧道洞口1两侧边坡岩层之间的空间进行回填。这样，能对隧道洞口1的左侧边坡岩层起回填反压作用，因而采用所述接长套柱能对隧道洞口1的边坡稳定起关键作用。
本实施例中，步骤二中对所述隧道洞口段与所述隧道洞身段进行开挖施工过程中，对隧道洞口1的边仰坡是否发生坍塌进行观测，当发现有发生坍塌的边仰坡时，需对该发生坍塌的边仰坡及时进行加固，且发生坍塌的边仰坡坡面为坍塌节理面3-1；对坍塌节理面3-1进行加固时，需对位 于坍塌节理面3-1前侧的第一边坡3-2和连接于第一边坡3-2与坍塌节理面3-1之间的第二边坡3-5同步进行加固；所述第一边坡3-2为靠近隧道洞口1一侧的边坡，详见图5。
并且，结合图5，对第一边坡3-2进行加固时，采用锚杆框架梁进行加固；对第二边坡3-5进行加固时，采用锚杆框架梁与锚索框架梁相结合的方式进行加固，其中对第二边坡3-5的上部坡面采用锚索框架梁进行加固，且对第二边坡3-5的下部坡面采用锚杆框架梁进行加固；对坍塌节理面3-1进行加固时，采用锚索地梁进行加固。
本实施例中，对第一边坡3-2进行加固时，先将第一边坡3-2的坡面由下到上修整为五级边坡，五级边坡中位于下部的四级边坡的坡高均为10m左右，且位于最上部的一级边坡的坡高不超过6m；五级边坡中位于下部的三级边坡的坡率均为1︰0.75，且五级边坡中位于上部的两级边坡的坡率均为1︰1.5；之后，采用多根锚杆3-3对第一边坡3-2的坡面进行加固，多根所述锚杆3-3由下至上分多排多列布设，相邻两排所述锚杆3-3之间以及相邻两列所述锚杆3-3之间的间距均为2m左右；待多根所述锚杆3-3均固定完成后，再在第一边坡3-2的坡面上固定第一框架梁3-4，所述第一框架梁3-4嵌入第一边坡3-2的坡面内，且多根所述锚杆3-3的顶端均固定在第一框架梁3-4上；然后，在第一边坡3-2的坡面上浇筑一层混凝土。
本实施例中，所述锚杆3-3为直径为Φ18mm的钢筋，所述锚杆3-3的长度为6m，所述第一边坡3-2的坡面上所设置锚杆3-3的锚固孔孔径为Φ50mm，所述锚杆3-3由外至内逐渐向上倾斜且其倾角为20°；第一框架梁3-4的梁体截面尺寸为0.3m×0.3m且其嵌入坡面内10cm，对第一边坡3-2进行加固时，所喷射混凝土为C20混凝土，并在锚杆框架梁内植草绿化。
对第二边坡3-5进行加固时，先将第二边坡3-5的坡面由下到上修整为五级边坡，五级边坡中各级边坡的坡高均为10m左右；五级边坡中位于下部的两级边坡的坡率均为1︰1.5，且采用对多根所述锚杆3-3对位于下 部的两级边坡的坡面进行加固，多根所述锚杆3-3由下至上分多排多列布设，相邻两排所述锚杆3-3之间以及相邻两列所述锚杆3-3之间的间距均为2m左右；五级边坡中位于上部的三级边坡的坡率均为1︰1，且位于上部的三级边坡中由下至上分别为第三级边坡、第四级边坡和第五级边坡，所述第三级边坡、第四级边坡和第五级边坡的坡面上均由上至下设置有三排预应力锚索3-6，各预应力锚索3-6的锚固长度均为8m左右；待第二边坡3-5上的所有锚杆3-3和所有预应力锚索3-6均固定完成后，再在第二边坡3-5的坡面上固定第二框架梁3-7，所述第二框架梁3-7嵌入第二边坡3-5的坡面内，且第二边坡3-5上的所有锚杆3-3和所有预应力锚索3-6的顶端均固定在第二框架梁3-7上；然后，在第二边坡3-5的坡面上浇筑一层混凝土。
本实施例中，所述第三级边坡的坡面上由上至下设置有三排预应力锚索3-6且三排所述预应力锚索3-6的长度由上至下分别为15m、14m和13m，所述第四级边坡的坡面上由上至下设置有三排预应力锚索3-6且三排所述预应力锚索3-6的长度由上至下分别为17m、16m和15m，所述第五级边坡的坡面上由上至下设置有三排预应力锚索3-6且三排所述预应力锚索3-6的长度由上至下分别为22m、21m和20m。每孔预应力锚索3-6均由5个Φ15.2mm的高强度低松弛的1860级钢绞线组成，预应力锚索3-6的水平间距3.0m且其垂直间距为3.33m，第二边坡3-5上所设置的供预应力锚索3-6锚固的锚固钻孔直径为Φ130mm，所述预应力锚索3-6由外至内逐渐向上倾斜且其倾角为25°；第二框架梁3-7的梁体截面尺寸为0.6m×0.6m且其嵌入第二边坡3-5的坡面内20cm，对第二边坡3-5进行混凝土浇筑时，所浇筑混凝土为C25混凝土，并在第二框架梁3-7内植草绿化。
对坍塌节理面3-1进行加固时，由上至下在坍塌节理面3-1的坡面上设置多道地梁3-8，并在多道所述地梁3-8下方设置上下两排预应力锚索3-6，且各预应力锚索3-6的锚固长度均为8m；每道所述地梁3-8下方均设置有上下两道预应力锚索3-6且上下两道所述预应力锚索3-6的顶端均固定在位于其上方的地梁3-8上。
本实施例中，坍塌节理面3-1的坡面为NE67°～80°/N69°～84°节理面，为防止进一步松弛，采取锚索地梁加固。所述坍塌节理面3-1的边坡坡率为1︰0.5，坡面上设置锚索地梁，各地梁3-8下方的上、下排预应力锚索3-6的长度分别为15m和12m，每孔预应力锚索3-6均由5个Φ15.2mm的高强度低松弛的1860级钢绞线组成，所述预应力锚索3-6由外至内逐渐向上倾斜且其倾角为25°。所述地梁3-8的垂直长度为8m且其间距3m，地梁3-8的截面尺寸为0.6m×0.6m且其嵌入坍塌节理面3-1的坡面内20cm，对坍塌节理面3-1进行加固时，采用C25混凝土浇筑。
本实施例中，所述锚索框架梁的设计荷载为550KN，锁定荷载为500KN，锚索张拉分五级进行，分别为设计荷载的0.25、0.5、0.75、1.0和1.2倍。
这样，通过本发明能实现对第一边坡3-2、第二边坡3-5和坍塌节理面3-1进行永久加固。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种软岩隧道开挖施工工艺，所施工软岩隧道包括两个隧道洞口段和连接于两个所述隧道洞口段之间的隧道洞身段，两个所述隧道洞口段分别为位于所施工软岩隧道的两个隧道洞口(1)处的隧道开挖段，两个所述隧道洞口(1)分别为所施工软岩隧道的进出口；两个所述隧道洞口段的围岩级别为Ⅴ级，所述隧道洞身段的围岩级别为Ⅳ级，其特征在于：所施工软岩隧道的进出口同时开工且分别从进出口进行相向施工，由进口至出口方向的隧道施工方法与由出口至进口的隧道施工方法相同且均由后至前进行施工，施工过程如下：
步骤一、隧道洞身段开挖方法确定：采用隧道开挖施工模拟软件，对采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并根据模拟结果确定所述隧道洞身段的开挖施工方法：当模拟结果得出采用全断面法能保证所施工成型隧道洞的稳定性时，将所述隧道洞身段的开挖方法定为全断面开挖法；否则，将所述隧道洞身段的开挖方法定为台阶法；
步骤二、隧道开挖施工：从隧道洞口(1)由后向前分多个节段对所施工软岩隧道进行开挖施工，开挖施工过程如下：
步骤201、超前地质预报并相应确定当前所施工节段的开挖方法：开挖之前，先通过超前地质预报系统对当前所施工节段的围岩级别进行判定：当判定出当前所施工节段的围岩级别为Ⅴ级时，采用台阶法进行开挖；当判定出当前所施工节段的围岩级别为Ⅳ级时，采用步骤一中所确定的开挖方法进行开挖；
步骤202、当前施工节段开挖施工及支护；开挖之前，先采用超期小导管对当前所施工阶段进行注浆加固，再按照步骤201中所确定的开挖方法，对当前施工节段进行开挖施工；且开挖过程中同步对开挖完成的隧道洞进行初期支护和二次衬砌施工；
步骤203、下一个施工节段开挖施工：按照步骤201和步骤202中所述的方法，对下一个施工节段进行开挖施工；
步骤204、多次重复步骤203，直至所施工软岩隧道贯通。
2.按照权利要求1所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤一对采用全断面法进行所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟时，对所述隧道洞身段的超前支护施工过程、初期支护施工过程和二次衬砌施工过程均进行模拟，并得出超前支护施工完成后、初期支护施工完成后和二次衬砌施工完成后所施工成型隧道洞的围岩应力和位移变化情况。
3.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤一对采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟时，还需对采用台阶法对所述隧道洞身段进行开挖的开挖施工过程进行模拟，并将二者的模拟结果进行对比，当采用全断面法和台阶法所施工成型隧道洞的稳定性均满足规范要求时，将所述隧道洞身段的开挖方法定为全断面开挖法；否则，将所述隧道洞身段的开挖方法定为台阶法。
4.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤二中进行隧道开挖施工过程中，采用多个格栅钢架由后向前对开挖完成的隧道洞进行支护；
步骤二中对所述隧道洞身段进行开挖时，采用全断面法进行开挖，过程如下：
步骤2011、初始段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺与前后相邻两个所述格栅钢架之间的间距相同且其＜1m；
步骤2012、第一次循环进尺调整判断：步骤2011中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至1m左右，并进入步骤2013；否则，采用台阶法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通；
步骤2013、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为1m左右；
步骤2014、第二次循环进尺调整判断：步骤2013中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至1.5m左右，并进入步骤2015；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为采用步骤2011中的循环进尺；
步骤2015、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为1.5m左右；
步骤2016、第三次循环进尺调整判断：步骤2015中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至2m左右，并进入步骤2017；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为1m左右；
步骤2017、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为2m左右；
步骤2018、第四次循环进尺调整判断：步骤2017中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至2.5m左右，并进入步骤2019；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为1.5m左右；
步骤2019、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为2.5m左右；
步骤20110、第五次循环进尺调整判断：步骤2017中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，将循环进尺加大至3m左右，并进入步骤20111；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为2m左右；
步骤20111、下一施工段开挖施工：采用全断面法对所述隧道洞身段进行开挖，且开挖过程中同步完成初期支护与二次衬砌施工，开挖长度为三个循环进尺；本步骤中，所采用的循环进尺为3m左右；
步骤20112、第六次循环进尺调整判断：步骤20111中完成三个循环进尺开挖施工后，对所施工成型隧道洞的稳定性进行判断：当判断得出所施工成型隧道洞处于稳定状态时，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺始终为3m左右；否则，采用全断面法对所述隧道洞身段继续进行开挖施工，直至所施工软岩隧道贯通，且循环进尺为2.5m左右。
5.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤二中对所述隧道洞口段进行开挖时，采用环形开挖留核心土法进行开挖并采用松动爆破方法；对所述隧道洞身段进行开挖时，采用全断面法进行开挖并采用全断面光面爆破方法。
6.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤一中所述隧道开挖施工模拟软件为有限差分软件FLAC3D。
7.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤二中对开挖成型的隧道洞进行二次衬砌施工时，对所述隧道洞的左右洞同步进行二次衬砌施工。
8.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤二中进行隧道开挖施工过程中，先采用多个格栅钢架由后向前对开挖完成的隧道洞进行支护，再采用锚网喷支护方法进行初期支护；
所采用的格栅钢架包括分别支撑于所施工隧道拱部左右两侧下方的第一钢架节段(2-1)和第二钢架节段(2-2)以及分别支撑于所施工隧道左右两侧边墙上的第三钢架节段(2-3)和第四钢架节段(2-4)，所述第三钢架节段(2-3)位于第一钢架节段(2-1)的左侧下方且其上端与第一钢架节段(2-1)的下端紧固连接，所述第四钢架节段(2-4)位于第二钢架节段(2-2)的右侧下方且其上端与第二钢架节段(2-2)的下端紧固连接；所述第一钢架节段(2-1)、第二钢架节段(2-2)、第三钢架节段(2-3)和第四钢架节段(2-4)均为弧形钢架，所述第一钢架节段(2-1)、第二钢架节段(2-2)、第三钢架节段(2-3)和第四钢架节段(2-4)均布设在同一竖直面上且其拼接形成一个整体式钢架，所述整体式钢架为圆弧形钢架；所述第一钢架节段(2-1)的上端与第二钢架节段(2-2)的上端紧固连接且二者的连接点位于所施工隧道拱部的中心线上，第三钢架节段(2-3)的底端和第四钢架节段(2-4)的底端均支撑在所施工隧道的底部开挖面上；所述第一钢架节段(2-1)和所述第二钢架节段(2-2)所处圆弧线的圆心角均为55°～60°。
9.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤二中对所述隧道洞口段进行开挖施工过程中，采用接长套柱对所施工软岩隧道的隧道洞口进行加固；
所述接长套柱包括多个由后向前支立在所施工隧道的隧道洞口(1)外侧的型钢拱架(2)，多个所述型钢拱架(2)沿所施工隧道的纵向延伸方向由后向前进行布设且其形成一个位于隧道洞口(1)外侧的拱形支架，且多个所述型钢拱架(2)的结构均与隧道洞口(1)的结构相同；所述拱形支架上铺装有一层钢筋网，且所述拱形支架上喷射有一层混凝土层(3)，多个所述型钢拱架(2)和所述钢筋网均固定于混凝土层(3)内；多个所述型钢拱架(2)、所述钢筋网和混凝土层(3)组成一个对隧道洞口(1)外侧进行加固的刚性加固拱，所述刚性加固拱的后部与隧道洞口(1)紧固连接为一体。
10.按照权利要求1或2所述的一种软岩隧道开挖施工工艺，其特征在于：步骤二中对所述隧道洞口段与所述隧道洞身段进行开挖施工过程中，对隧道洞口(1)的边仰坡是否发生坍塌进行观测，当发现有发生坍塌的边仰坡时，需对该发生坍塌的边仰坡及时进行加固，且发生坍塌的边仰坡坡面为坍塌节理面(3-1)；对坍塌节理面(3-1)进行加固时，需对位于坍塌节理面(3-1)前侧的第一边坡(3-2)和连接于第一边坡(3-2)与坍塌节理面(3-1)之间的第二边坡(3-5)同步进行加固；所述第一边坡(3-2)为靠近隧道洞口(1)一侧的边坡。
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