雙線Ⅲ級(jí)水平砂巖層三臺(tái)階法施工技術(shù)

張 勇

(中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 400000)

1 工程概況

石樓隧道位于山西省呂梁市石樓縣與隰縣境內(nèi)，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大，隧道最大埋深約為252 m，最小埋深約為10 m。本隧道為單洞雙線隧道，直線段線間距為4.0 m。隧道進(jìn)口里程為DK221+415，出口里程為DK234+225，全長(zhǎng)12 810 m。其中Ⅲ級(jí)圍巖(水平成層)砂巖長(zhǎng)度3800 m，主要位于石樓隧道2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)斜井之間。

2 方案的產(chǎn)生

原設(shè)計(jì)Ⅲ級(jí)圍巖(水平成層)采用全斷面或兩臺(tái)階法施工，但Ⅲ級(jí)圍巖(水平成層)初期支護(hù)采用了130°范圍拱架，下部不設(shè)拱架(即上臺(tái)階130°范圍內(nèi)設(shè)置格柵鋼架)。

如采用全斷面或兩臺(tái)階法施工容易造成初期支護(hù)拱架在施工時(shí)存在一定難度，且對(duì)于130°拱架腳容易造成懸空。針對(duì)以上情況，并結(jié)合斷面尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，決定Ⅲ級(jí)圍巖(水平成層)采用三臺(tái)階法施工(見圖1)。

圖1 三臺(tái)階施工工法工序圖

3 方案的實(shí)施

針對(duì)Ⅲ級(jí)圍巖(水平成層)的巖性和設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，三臺(tái)階各臺(tái)階高度分布見圖2。

3.1 施工方法

施工時(shí)將隧道分為三個(gè)臺(tái)階進(jìn)行開挖。先開挖上部臺(tái)階(開挖高度控制在拱架腳位置)，上部開挖完成后施作上部洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)，即初噴4 cm厚混凝土，架立鋼架，然后鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。上臺(tái)階施工至3m～5 m后，開挖中部臺(tái)階，施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)及封底，工序與上臺(tái)階相同。中臺(tái)階開挖10 m～20 m后，開挖下部臺(tái)階，及時(shí)封閉初期支護(hù)。下臺(tái)階開挖完成后及時(shí)灌注該段仰拱及隧底填充。最后利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌注二次襯砌(拱墻襯砌一次施作)(見圖3)。

3.2 鉆爆設(shè)計(jì)

1)施工方法簡(jiǎn)述。鉆眼采用簡(jiǎn)易鉆眼平臺(tái)，YT-28風(fēng)鉆打眼，起爆方式為非電雷管孔內(nèi)微差起爆。鉆爆參數(shù)為:掏槽眼深3.7 m，其他炮眼深3.5 m，計(jì)劃循環(huán)進(jìn)尺3.5 m，周邊眼采用25 mm小直徑藥卷空氣間隔裝藥，其他炮眼采用φ32 mm藥卷連續(xù)裝藥，掏槽眼孔底加強(qiáng)裝藥。2)爆破布眼及各臺(tái)階布眼情況。各臺(tái)階炮眼深度及數(shù)量匯總表見表1。

圖2 三臺(tái)階高度分布示意圖

圖3 工藝流程圖

4 施工方法的優(yōu)點(diǎn)

采用本方法施工Ⅲ級(jí)圍巖(水平成層)130°拱架斷面主要有以下優(yōu)點(diǎn):

1)施工過程中能有效的減少對(duì)圍巖的破壞，對(duì)水平軟弱砂巖層地段控制超欠挖起到很好的作用;2)對(duì)于這種130°拱架的斷面對(duì)大拱腳起到了較好的保護(hù)，在開挖下臺(tái)階時(shí)能有效對(duì)上臺(tái)階拱架起到保護(hù)作用，對(duì)施工安全起到了至關(guān)重要的作用;3)采用本方法施工不需要施工臺(tái)架，只在上臺(tái)階施工時(shí)臨時(shí)做了一個(gè)簡(jiǎn)易施工臺(tái)架進(jìn)行鉆眼和立架，節(jié)約了來回推鉆爆臺(tái)架的時(shí)間;4)在施工過程中，經(jīng)過對(duì)工序銜接的研究，采用了以下施工工序:出碴→排?！⒓堋@眼→裝藥→噴錨→放炮→出碴的工序，每道工序節(jié)約了一次拼裝臺(tái)架和打眼工序，大大的節(jié)約了時(shí)間;5)在施工過程中，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行了及時(shí)的調(diào)整，對(duì)水平巖層采用了一爆破一分析一調(diào)整的“三個(gè)一”方法，在控制超欠挖方面取得了較好的成績(jī)，平均線性超挖9 cm，最大超挖15 cm;6)在施工過程中，采用了上、中、下臺(tái)階同時(shí)鉆爆、同時(shí)支護(hù)、同時(shí)放炮，并且出碴采用了將上臺(tái)階的碴倒運(yùn)至下臺(tái)階，上臺(tái)階立架時(shí)間下臺(tái)階出碴，每道工序相對(duì)于全斷面和兩臺(tái)階施工節(jié)約時(shí)間約1.5 h。

表1 各臺(tái)階炮眼深度及數(shù)量匯總表

5 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

經(jīng)過目前已經(jīng)施工的870 mⅢ級(jí)圍巖(水平成層)地段，對(duì)照設(shè)計(jì)與目前的施工方法，初步估算節(jié)約成本如表2所示。

從表2中可以看出，采用三臺(tái)階法不但有效的保證了施工進(jìn)度，同時(shí)在對(duì)照原設(shè)計(jì)施工方法時(shí)，每延米分別節(jié)約成本費(fèi)866元和807元，如按照石樓隧道3800 m計(jì)算，將分別節(jié)約成本費(fèi)為329萬元和306萬元。

表2 每延米經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表

6 結(jié)語

經(jīng)過以上分析可以看出，采用三臺(tái)階法施工Ⅲ級(jí)圍巖(水平成層)地段，不但保證了施工進(jìn)度，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)效益上也取得了較好的成績(jī)。