大断面隧道开挖及支护施工技术研究

引言：大断面隧道指的是开挖面积较大的隧道工程，具有施工难度大、支护要求高的特点。一旦支护技术未达要求，会导致隧道岩体脱落，对施工人员的安全带来严重威胁。为解决此问题，应对大断面隧道开挖及支护施工技术进行深度研究，掌握其中关键技术，才能确保开挖与支护工程质量，以便安全完成工程任务。

1 工程概况

A隧道工程全长7.29km，该工程主要采用大跨段的方式进行设计，其开挖跨度为28.9m，其高度设置为18.15m，总体开挖断面为169.56m2，此种开挖设计对整个隧道工程开挖技术与支护技术具有较高的要求。工程围岩稳定性为Ⅳ级与V 级，须对其进行开挖与支护施工，以确保隧道施工安全。

2 大断面隧道开挖施工技术

在对A 工程进行开挖施工时，应对其基本情况加以分析。该工程围岩属于Ⅳ级与V 级石灰围岩，该类围岩的稳定性较差，可使用三台阶法进行开挖施工。在大断面隧道开挖施工中，三台阶法具有较大优势，不仅可以同步进行多个作业面的施工，提高挖坑效率，还能适用于不同断面形式，便于初期支护工作的有效开展。在隧道开挖施工中，三台阶法共分为七步。

第一步，上部弧形导坑开挖。在上部弧形导坑开挖之前，施工人员应对拱部做好超前支护工作，然后才能通过环向开挖的方式对上部弧形导坑进行施工。在整个施工过程中， 应提前留出核心土，要求核心土面积宜不小于断面积的 50% ，在设定开挖循环进尺时，施 人员须按照 期支护钢架之间的距离加以明确，但不能大于1.5m。在隧道开挖之后，应立即进行混凝土 步喷射，其喷射厚度为3～5cm。在上台阶开挖过程中，其矢跨比不大于0.3，并在挖坑操作后立即做好喷、锚、网等相关支护工作，并架设钢筋设施，并于钢架拱脚上方 30cm位置设置锁脚锚杆，通过焊接技术将其和钢筋之间进行加固。同时，再次喷射混凝土材料，满足设计要求。

第二步，左侧中台阶开挖。在对左侧中台阶开挖时，施工人员应根据初期支护钢架间距离确定开挖进尺，最大不高于1.5m，其开挖高度应控制在 3～3.5m 之间。左侧与右侧台阶开挖时应保证二者之间错开 2～3m ，并在开挖之后喷射 3～5cm 厚度的混凝土材料，并同时做好喷、锚、网支护工作。在同样的位置设置锁脚锚杆，通过焊接实现固定，并重新进行混凝土的喷射。

第三步，右侧中台阶开挖，与第二步施工技术相同。

第四步，左侧下台阶开挖，与第二步施工技术相同。

第五步，右侧台阶开挖，与第二步施工技术相同。

第六步，上、中、下台阶核心土开挖。在对上、中、下台阶进行核心土开挖时，应保证核心土呈现矩形或梯形，可以发挥其临时支撑的作用，有效降低周边围岩的暴露时间。在确定核心土开挖体积时，施工人员应按照围岩自稳能力等级加以确定，一般而言，核心土开挖体积为总体积的 20%～30%¹¹ 。

第七步，隧底开挖。在进行隧底开挖施工中，要求循环开挖长度在 2～3m 之间，施工后应做好仰拱初期支护工作，要求仰拱的分段长度在 4～ 6m 之间。三台阶法施工如图1 所示：

3 大断面隧道支护施工技术

3.1 混凝土喷射技术

在对A 工程进行大断面隧道支护施工时，可选择混凝土喷射技术加以支护。施工人员可选择湿喷工艺进行操作，当隧道内部完成出渣工作后，可使用挖机对岩面中较为松散的石块加以清理。针对超挖部分，施工人员应利用相同标号的混凝土进行挂网喷射。对欠挖部分而言，施工人员可做好测量放样工作，并通过人工方式进行开凿，对顽固岩土部分可采用补炮处理。在对超挖与欠挖部分进行检查与处理后，施工人员须根据二衬板缝具体位置进行放线操作，并在泄水管的预设位置提前埋放泄水管，要求管道之间的距离为4m，并通过高压分管对岩石表面的灰尘加以清除，为后续混凝土喷射工作提供基础。要求混凝土的等级为C25 或C30，其喷射厚度为4cm。在混凝土喷射过程中，施工人员可使用湿喷台车加以操作，其最大喷射高度为 17m，最大喷射宽度为20m，最大喷射深度为8m，其喷射能力在 4～20m/h 之间，可以满足本工程混凝土喷射要求。

3.2 钢筋网铺设技术

在对A 工程大断面隧道进行支护时，可采用筋网铺设技术加以实施。可选择Φ6、Φ8 光圆钢筋作为基本材料，要求钢筋网格尺寸在 20cm×20cm～25cm×2 5cm 之间，并对全断面加以铺设。在钢筋网铺设施工前，应对其基层加以处理，保证基层表面无杂物。与此同时，还应喷射4cm 厚度的混凝土作为基层。当首次喷射混凝土的表面具有较大起伏时，施工人员应随形进行钢筋网的铺设，要求其与岩面之间的孔隙不超过3cm，并利用锚杆对其加以固定。此外，施工人员还应将钢筋网与锚杆和支护钢架之间通过焊接技术进行固定，要求其搭接长度在1～2 个网格之间，要求焊接饱满，确保固定牢固。对钢筋网外部保护层而言，应确保其厚度不低于4cm，在喷射混凝土时，应合理调节喷头角度，并控制喷射距离，避免对钢筋网造成损伤。对隧道中的砂层底段，施工人员应事先铺设钢筋网，再进行混凝土的喷射，避免出现围岩脱落问题[2]。

3.3 系统支护技术

在对A 工程大断面隧道进行系统性支护时，施工人员应按照施工工艺加以操作。

第一，钻孔。施工人员应提前在施工场地上进行锚杆间距测量，并使用油漆对其位置加以标记，为后续施工奠定基础。在钻孔操作中，施工人员应确保孔洞直径不低于4.2c ，并将孔位偏差控制在150mm 以内。在钻孔施工中，施工人员须保证入口与岩体表 从而提高钻孔施工质量。当钻孔深度达到设计要求后，施工人员应做好清孔工作。施工人员可使用高压气枪清除孔洞内部的水分、粉末等异物，为后续施工奠定基础。

第二，锚杆组装。锚杆作为支护系统中的重要组成部分，应做好锚杆组装工作。施工人员可将锚头安装于锚杆顶部，具有福鼎的作用。通过对止浆塞的使用可对锚孔砂浆加以封堵，利用连接套可接长锚杆体。除此之外，施工人员还应准备六角螺母、规格为150mm×150mm×6mm 的垫板、内径不低于 6mm 以及直径为 30mm的中空锚杆体等部件，进而对锚杆加以组装[3]。

第三，锚杆孔压浆。在锚杆孔压浆施工前，施工人员应在牛角泵中加入三分之二体积的水，并混入适量的砂浆材料，通过初压水与稀浆对管路加以湿润，并将其混合物质加以排出。在此基础上，施工人员将提前混合好的砂浆材料注入孔底 s～10cm 位置处，并关闭泵盖。完成该项工作后，施工人员应逐步开启风阀开始注浆施工。在气压的助力下，可使水提前进入管道内，保证管道湿润，并引流砂浆顺利注入锚孔内部。当砂浆材料逐步进入锚孔内部后，施工人员应逐步提起注浆管，确保注浆压力为0.3MPa，避免因压力过大而造成锚孔堵塞。在压浆施工中，施工人员应对其注浆压力进行实时监测，若是突然出现压力增大问题，应立刻停止注浆，做好堵塞疏通工作，才能继续进行注浆施工。在注浆施工中，施工人员应避免随意移动注浆管，以免出现高压伤人事故。如果采用加速凝固剂砂浆进行施工，每次生产的砂浆总量可用于三个孔位，以免砂浆在管道内部存在时间过长会出现凝固问题。

第四，注浆施工。在注浆施工过程中，施工人员应使用专用搅拌机进行砂浆的拌制，要求水泥、砂子以及水之间的混合比例为 1:1.81:0.45。为确保注浆施 的持续性， 操作前对设备运作情况、水电情况、管线连接问题进行全方位检查，确认无误后，才能进 过程中，施工人员应将注浆管道接口和锚杆露出位置进行连接，并扣紧螺钉，开启注浆阀门， 式开 浆工作。在注浆操作中，应将其注浆压力保持在 0.1～0.5MPa 之间。与此同时，施工人员还应时刻观察排气管运行状况，当排气管出现均匀出浆现象时，可结束注浆。

第五，插入锚杆。注浆施工结束后，施工人员应立刻插入锚杆，将其送至孔位之中，确保位置精确。当施工人员未看到水泥砂浆外溢，表示砂浆注射不充分，应立刻拿出锚杆，对其进行补浆操作，然后再插入锚杆。要求锚杆插入深度不低于锚孔长度的 95% 。锚杆插入完成后，应避免对其进行干扰，待砂浆凝固后，其强度不低于10MPa 时，可做好垫板与螺栓的安装工作，要求垫板和混凝土面紧密贴合，并使用楔子填补孔隙，确保支护稳定[4]。

4 施工结果分析

在对A 工程进行大断面隧道开挖及支护施工后，施工人员应对隧道进行全方位监测，主要监测内容包括锚杆轴力、钢架支撑应力、围岩位移、底板隆起以及拱顶下沉，每天监测 1～2V 。通过监测结果可知，A 工程隧道支护稳定，可确保施工安全。

结束语：综上所述，在大断面隧道工程中，大断面隧道开挖及支护施工技术的应用具有重要意义，不仅可以提高整体施工质量，还能确保支护强度满足实际要求，实现安全施工目标。在实际施工过程中，施工人员应根据工程情况加以分析，合理选择开挖技术。在此基础上，施工人员还可通过混凝土喷射技术、钢筋网铺设技术、系统支护技术等进行支护，有效保证施工安全。

参考文献：

1]章亮.超大断面连拱隧道开挖施工及支护过程受力分析[J].交通世界,2025(1):212-214.

[2]王健.超大断面地铁隧道洞桩法暗挖施工技术应用研究[J].建筑机械,2025(4):67-69.

[3]杨俊,秦艺源,谢支钢,丁雪菲,梁勇.Ⅴ级围岩全断面扩挖隧道的二次衬砌支护时机[J].江苏大学学报(自然科学版),2025,46(2):205-211.

[4]陈伟,徐松,徐长节,奉小华,黄文红,谢长盛,丁琳玲.不同开挖工法下超大断面隧道受力变形分析[J].科技通报,2025,41(1):100-106.