粘土隧道三臺階七步開挖機械作業(yè)施工

廖芬

粘土地質(zhì)常見于我國西北、西南地區(qū)，由于粘土自身承載力低、遇水極易產(chǎn)生坍塌等特點，因此粘土隧道往往是設(shè)計、監(jiān)理和施工單位的重點監(jiān)控對象，本文就筆者參與建設(shè)的新一平浪隧道工程實例介紹粉質(zhì)粘土隧道施工技術(shù)。

1 工程實例

新一平浪隧道位于云南省楚雄州境內(nèi)，隧道處于丘陵地段，地表植被發(fā)育，地下水豐富。在隧道施工過程中揭示的地質(zhì)主要有青灰色或褐黃色的粉質(zhì)粘土，約占施工段落的70%，其余30%為泥巖夾砂巖，裂隙水發(fā)育，開挖后極易產(chǎn)生坍塌、涌水突泥等地質(zhì)災害。隧道開挖斷面寬度為16.3m，高度為9.6m，根據(jù)隧道斷面劃分開挖臺階的高度，上臺階高度設(shè)置為3.0 m，預留核心土高度為1.2 m～1.5 m，中臺階高度設(shè)置為3.2 m，下臺階高度設(shè)置為3.4 m。中臺階左右作業(yè)平臺寬度設(shè)置為3.2 m～4.0 m。

“三臺階七步流水開挖作業(yè)法”要求在隧道全斷面劃分的七個部分，以前后七個不同的位置相互錯開同時開挖，然后分部支護，最后形成支護整體。我們根據(jù)新一平浪隧道的具體情況，考慮粉質(zhì)粘土地質(zhì)情況下進行無爆破施工，對施工步驟和方法進行了調(diào)整，很好的適應了施工。下面重點介紹開挖支護工序。

1.1 施工工序

第一步，先對上導坑進行開挖并預留核心土，為挖掘機開挖創(chuàng)造作業(yè)空間，形成開挖作業(yè)面之后對挖機斗進行改裝，在挖機斗上安裝一塊長1.5 m，寬0.3 m的鋼板(見圖1)，初期支護背后開挖盲區(qū)采用改裝后的挖機進行開挖作業(yè)，開挖作業(yè)時，開挖工班長現(xiàn)場進行指揮，控制開挖進尺及開挖輪廓。指揮機械避免對已支護好的鋼架及噴射混凝土碰損，同時對掌子面圍巖進行觀察、記錄。上導坑每循環(huán)進尺約0.8 m～1.6 m。人工簡單進行風鎬修整，超欠挖偏差能控制在3 cm之內(nèi)。第二步，對中臺階左側(cè)邊墻進行開挖。并在上臺階進行初噴、立架作業(yè)。第三步，中臺階右側(cè)開挖，對中臺階左側(cè)進行初噴及立架作業(yè)，上臺階進行噴射混凝土作業(yè)。第四步，下臺階左側(cè)及上、中臺階的核心土開挖，對中臺階左側(cè)進行立架及支護作業(yè)。第五步，下臺階右側(cè)開挖，對中臺階進行噴射混凝土作業(yè)和下臺階右側(cè)的立架作業(yè)。第六步，第三臺階右側(cè)邊墻進行開挖，開挖完成之后進行支護作業(yè)。第七步，仰拱開挖支護作業(yè)。應控制仰拱與掌子面的安全距離，現(xiàn)行的規(guī)定一般是Ⅴ級圍巖安全距離為30 m。

1.2 勞動力配置

由于隧道內(nèi)無爆破作業(yè)，風槍班只負責進行超前小導管及錨桿的打設(shè)，配置六臺風槍10人;支護班人員配置為立架及安裝鋼筋網(wǎng)10人，噴錨四臺，噴錨機16人，共26人;出碴班人員配置為挖機1人，裝載機1人，駕駛員4人。

1.3 作業(yè)控制要點

1)上臺階開挖進尺以1榀～2榀鋼拱架間距為宜。上臺階斷面開挖應預留長度約2 m～3 m，寬度為2.5 m的核心土，嚴格控制拱部開挖量。嚴禁欠挖，避免超挖。預留核心土作為支護作業(yè)平臺，在核心土與中下臺階之間的通道必須通暢，形成逃生應急通道。2)中、下斷面開挖應采用先開挖中心土(與各臺階順接)，兩側(cè)錯開跳槽開挖，并嚴格控制開挖進尺，嚴禁長距離開挖。3)掌子面距仰拱最大距離不超過30 m，仰拱距二襯最大距離不超過40 m。4)超前小導管作業(yè)前，應先標出設(shè)置線，并按設(shè)計對管位要求進行布眼。5)鋼拱架嚴格按設(shè)計要求加工，加工剩料不允許焊接使用，拱頂部位不允許有接頭。法蘭盤的焊縫厚度應大于2 cm，且焊縫飽滿，不得有砂眼。鋼拱架應與圍巖緊密相貼，如不能緊貼時，應按規(guī)范要求，用高標號混凝土預制塊填塞頂實，其點數(shù)單側(cè)不得小于8個接觸點，以確保其整體受力。在鋼拱架、錨桿的作業(yè)(質(zhì)量及數(shù)量)等隱蔽工程驗收合格之后及時進行噴射混凝土。6)鎖腳錨桿按設(shè)計長度、數(shù)量，隨鋼拱架的作業(yè)及時跟進，且要通過連接筋焊接在鋼拱架上，確實做到鎖腳作用，防止鋼拱架下沉。7)鋼筋網(wǎng)片必須先在洞外定型加工，且每片加工面積不宜小于1 m2，然后在洞內(nèi)安裝，且相互之間的搭接長度不應小于一個網(wǎng)格。鋼筋網(wǎng)片要與鋼拱架焊接。8)系統(tǒng)錨桿的工作臺可放在上導坑核心土的后面，系統(tǒng)錨桿一定要使用墊板，墊板焊接在鋼拱架的腹部，以便加強鋼拱架的穩(wěn)定性，提高其剛度。9)仰拱開挖后，要立即將地下滲水抽走，嚴禁地基被水浸泡，必要時可采用C25噴射混凝土及時封閉。10)初支排水管必須在富水地段，應根據(jù)滲水位置設(shè)置。在噴射混凝土中打孔，將水引出后用半管排走。11)隧道穿越淺埋段時，應對地表進行預注漿。地表注漿以前，應先在地表設(shè)置排水溝，排水固結(jié)后將地表分層夯實，且封閉地表，確保注漿效果能滿足施工安全要求。

2 注意事項

1)超前地質(zhì)預報，在粘土地質(zhì)隧道施工中，極易發(fā)生突水突泥等地質(zhì)災害，在常規(guī)的超前探測如超前鉆孔、地質(zhì)調(diào)查等手段外，應積極采取超前雷達地質(zhì)預報，紅外探測預報等先進的探測工具，并嚴格按照地質(zhì)預報報告制定相應的開挖進尺控制。2)沉降觀測，在新奧法隧道施工工藝誕生以來，圍巖沉降觀測是指導隧道施工的重要手段，特別是軟弱圍巖隧道施工中，沉降觀測信息的及時反饋能有效、快速的反映圍巖在開挖、支護、仰拱施工工序進行和完成之后的穩(wěn)定性變化，為下步施工帶來指導和參照。3)完善供、排水系統(tǒng)，由于粘土地質(zhì)遇水弱化，在墻角遭受浸泡之后極易產(chǎn)生坍塌，如不能及時對掌子面、仰拱端的積水抽排，極易產(chǎn)生沉降，導致初期支護變形，嚴重時可導致襯砌凈空不足、坍塌等嚴重后果。因此在掌子面、仰拱端頭距邊墻1.5 m處設(shè)置積水井，安排專人進行抽排水管理。4)仰拱施工時控制仰拱開挖長度，一般不宜超過5 m，開挖后應立即與邊墻的初期支護閉合成環(huán)，及時施作仰拱和仰拱填充混凝土，嚴禁長時間暴露不閉合。如掌子面發(fā)生地質(zhì)突變或出現(xiàn)涌水、坍塌等險情時，應立即停止掌子面掘進，中臺階和下臺階施作臨時仰拱，在距下臺階2 m處施作2 m～4 m長仰拱。5)完善救生管、應急救援設(shè)施和隧道內(nèi)的通訊設(shè)施，一旦發(fā)生險情，可迅速啟動應急方案，將事故損失降到最低。

3 取得成果

通過合理組織，專業(yè)化、機械化配置，科學的施工組織，在2008年1月～2010年4月，長達1 800 km的V級圍巖、265 m的Ⅳ級圍巖的段落施工過程中，在要求工期內(nèi)順利完成施工任務，未發(fā)生一起安全事故，特別是在穿越隧頂馬槽水庫段落時，在埋深不到10 m、存在嚴重偏壓170 m地段時，通過控制開挖進尺、及時閉合支護等手段，安全順利的通過該段落。

嚴格的過程控制，從開挖、支護、襯砌等環(huán)節(jié)加強過程監(jiān)控，特別是對襯砌背后防排水施工環(huán)節(jié)的監(jiān)控，減少了質(zhì)量隱患并發(fā)。

在粉質(zhì)粘土地質(zhì)段落的施工中，采用無爆破機械開挖，取得月進度達到90 m的成績。相對于同等圍巖條件下采用雙側(cè)壁開挖施工工藝，不僅在工藝上規(guī)避安全風險，而且在項目效益方面節(jié)約火工品費用約30萬元，節(jié)約人工費用20萬元，由于段落的開挖基本上能實現(xiàn)“零超挖”，降低了項目的成本。

4 建議

在粘土地質(zhì)及黃土地質(zhì)隧道施工中，如何更好的發(fā)揮工藝的先進性和更好的提高機械的使用效率，對于人員配置的專業(yè)化要求更高，因此在選用機械和錄用作業(yè)人員時應嚴格把關(guān)，對進場人員定期組織專業(yè)技能培訓，特別是開挖和支護作業(yè)，提高人員的技能，不僅體現(xiàn)在安全效益上，同時能縮短工序循環(huán)所需時間。

5 結(jié)語

本文就粘土地質(zhì)隧道施工工藝進行介紹，希望能對相類似的隧道施工起到借鑒，在推廣隧道施工《三臺階七步流水作業(yè)工法》中，為施工單位在選擇施工工藝時具體延伸。

［1］ 李 勇，孫 鋒.三臺階法在高速鐵路山嶺隧道淺埋段中的應用［J］.山西建筑，2010，36(4):330-331.