淺談微臺(tái)階法在砂質(zhì)新黃土隧道中應(yīng)用

杜鵬

摘要： 本文以青陽隧道施工為例，針對(duì)砂質(zhì)新黃土濕陷性、結(jié)構(gòu)松散、完整性較差和易產(chǎn)生變形、塌方的特點(diǎn)，選擇上、中、下三個(gè)臺(tái)階同步作業(yè)的微臺(tái)階開挖法。通過實(shí)際施工，總結(jié)了微臺(tái)階法的施工流程及施工控制要點(diǎn)，有效的控制砂質(zhì)新隧道的沉降及收斂，防止塌方出現(xiàn)。

Abstract： This paper takes Qingyang tunnel construction as an example， and according to the sandy loess characteristics such as collapsibility， loose structure， poor integrity and easy deformation， landslide， selects micro-step excavation method of three steps. Through the actual construction， this paper summarizes the micro-step construction process and the control points， effectively controlling the sandy tunnel settlement and convergence， and preventing collapse.

關(guān)鍵詞： 砂質(zhì)新黃土；微臺(tái)階；施工

Key words： sandy loess；micro-step；construction

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0104-02

0 引言

我國(guó)在黃土地區(qū)已修建大量隧道，這些隧道的修建，已積累了很多成功的黃土隧道施工方法，主要有雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD法、CRD法、弧形導(dǎo)坑開挖法等。以上工法能夠很好地控制隧道變形及塌方，但在施工中工序繁多，需要架設(shè)、拆除大量臨時(shí)支撐，作業(yè)空間小，進(jìn)度較慢。通過對(duì)弧形導(dǎo)坑開挖法優(yōu)化而形成的上、中、下三個(gè)臺(tái)階同步作業(yè)微臺(tái)階法，不需要架設(shè)、拆除大量臨時(shí)支撐，作業(yè)空間大，提高了人員、設(shè)備的利用率，加快了施工進(jìn)度。

1 工程背景

青陽隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，全長(zhǎng)1698.3m，最大埋深157m，其中V級(jí)圍巖1425m。隧道洞身V級(jí)圍巖為砂質(zhì)新黃土，淺黃色，土粒成份主要為粉粒，呈角粒碎石狀松軟結(jié)構(gòu)。下伏白堊系下統(tǒng)砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，成巖作用差手搬易散，呈角礫松散結(jié)構(gòu)。穿越砂質(zhì)新黃土地段存在塌方、變形等高度安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 砂質(zhì)新黃土隧道特點(diǎn)

砂質(zhì)新黃土垂直節(jié)理發(fā)育，土質(zhì)均勻，較松散，土壤顆粒間粘結(jié)性差，孔隙率較大，具濕陷性，承載力較低。由于其垂直節(jié)理發(fā)育，在垂直節(jié)理面上因節(jié)理切割形成豎向軟弱面，軟弱面之間粘聚力很小，在下部開挖隧道時(shí)形成臨空面，受開挖擾動(dòng)，周邊及前方圍巖會(huì)產(chǎn)生較大變形，有掌子面圍巖擠壓變形、掌子面前方圍巖預(yù)收斂變形及開挖后洞室圍巖收斂變形。甚至在重力作用下棱體坍塌，地表會(huì)隨掌子面產(chǎn)生縱向裂縫和環(huán)向裂縫，易形成塌方，塌方易形成直達(dá)地表的破裂面漏斗。

3 開挖工法的選擇

根據(jù)砂質(zhì)新黃土隧道的特點(diǎn)，為確保大斷面砂質(zhì)新黃土隧道的施工安全，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案必選，選擇進(jìn)度適宜、安全穩(wěn)妥、經(jīng)濟(jì)合理的微臺(tái)階法。微臺(tái)階法是基于弧形導(dǎo)坑開挖法，通過上臺(tái)階預(yù)留核心土以及相應(yīng)的輔助措施來提供開挖面支撐作用的大斷面施工方法，其中核心土對(duì)于穩(wěn)定開挖面具有重要作用。微臺(tái)階法施工進(jìn)度比較快，施工中不需要架設(shè)大量臨時(shí)支撐，工序相對(duì)較少，而且作業(yè)空間較大，有利于機(jī)械化施工。

4 微臺(tái)階施工工藝

采用上、中、下三個(gè)臺(tái)階同步作業(yè)的微臺(tái)階開挖方法，上臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m，中臺(tái)階長(zhǎng)度6～8m左右，下臺(tái)階長(zhǎng)度9～12m，三個(gè)臺(tái)階同步作業(yè)。微臺(tái)階開挖臺(tái)階尺寸見圖1，微臺(tái)階開挖施工工藝見圖2。

5 微臺(tái)階施工過程

①臺(tái)階開挖扒碴：上臺(tái)階高度為3.0m，長(zhǎng)3～5m，開挖方法采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，核心土長(zhǎng)度為2m，開挖進(jìn)尺為0.6m；開挖采用沿開挖輪廓環(huán)形開槽，開挖順序?yàn)橄葟墓安?，后拱腰向下，再拱腳。開挖周邊及拱腳處采用人工開挖，避免擾動(dòng)及超挖。

②中臺(tái)階開挖出碴：中臺(tái)階高度為3.5m，長(zhǎng)6～8m，不留中間土，邊墻采用兩側(cè)對(duì)稱機(jī)械開挖，局部采用人工修整，以便嚴(yán)格控制超挖，開挖進(jìn)尺為0.6～1.2m。開挖完成后，為了減少圍巖暴露時(shí)間，上中臺(tái)階用初噴混凝土快速封閉暴露巖面。

③上中臺(tái)階立架、下臺(tái)階及仰拱開挖：初噴后緊貼開挖基面快速立鋼架，鋼架緊貼掌子面，墻腳采用強(qiáng)度高、輕便耐用、可循壞使用的墊板支墊結(jié)實(shí)，安裝結(jié)構(gòu)鋼筋，連接牢固。下臺(tái)階開挖高度為3.7m，對(duì)稱開挖，一次開挖到位，開挖進(jìn)尺0.6～1.2m。開挖順序?yàn)橄葟囊粋?cè)開挖，留中間部分最后挖出。仰拱開挖面距離下臺(tái)階掌子面9～12m，開挖一次到位，進(jìn)尺不大于3.0m。

④上中臺(tái)階噴混凝土、下臺(tái)階及仰拱立架：上、中臺(tái)階采用機(jī)械手進(jìn)行濕噴作業(yè)。下臺(tái)階及仰拱開挖完成后緊貼開挖基面快速立鋼架，鋼架緊貼掌子面，墻腳支墊密實(shí)安裝結(jié)構(gòu)鋼筋，連接牢固，檢查仰拱節(jié)點(diǎn)連接牢固。

⑤下臺(tái)階級(jí)仰拱初支采用機(jī)械手進(jìn)行濕噴作業(yè)。

⑥仰拱及二襯及時(shí)跟進(jìn)。

6 監(jiān)控量測(cè)

洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目有洞內(nèi)外觀察、洞內(nèi)拱頂下沉和水平收斂，采用全站儀配合反光膜片進(jìn)行。拱頂下沉和水平收斂沿隧道縱向5m布設(shè)，按照每天一次進(jìn)行，出現(xiàn)異常情況時(shí)，加大監(jiān)測(cè)頻率。從實(shí)際量測(cè)結(jié)果顯示，拱頂下沉最大值為69.7mm，小于管理等級(jí)規(guī)定75mm。水平收斂累最大值為16.09mm，小于管理等級(jí)規(guī)定35mm；平均變形速率小于1mm/天，且持續(xù)一個(gè)月以上，初期支護(hù)表現(xiàn)正常，變形時(shí)態(tài)曲線已收斂；證明支護(hù)參數(shù)合理，能保證施工安全。由此說明在砂質(zhì)新黃土隧道采用微臺(tái)階施工方法可行，滿足相關(guān)要求。

7 施工控制要點(diǎn)

①超前小導(dǎo)管、鋼架及鎖腳錨管采用工廠化集中加工及配送。加強(qiáng)鎖腳施工質(zhì)量的控制，嚴(yán)格控制鎖腳打設(shè)的角度、長(zhǎng)度、注漿及與拱架的連接。②高度重視監(jiān)控量測(cè)，每天及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并上傳至監(jiān)控量測(cè)管理信息平臺(tái)，各級(jí)管理人員均能查看相關(guān)數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)預(yù)警情況，能夠及時(shí)進(jìn)行原因分析，制定處理措施。③各臺(tái)階成形后，要保證各作業(yè)面同步進(jìn)行及協(xié)調(diào)推進(jìn)，始終保持臺(tái)階相對(duì)關(guān)系。④開挖支護(hù)過程中突出強(qiáng)調(diào)一個(gè)“快”字，各臺(tái)階施工做到“快挖、快支、快封閉”。⑤始終保持安全步距，掌子面至初支封閉距離不大于2倍洞徑。⑥采用大型濕噴機(jī)械手作業(yè)，可有效縮短噴射混凝土作業(yè)時(shí)間，同時(shí)保證早期強(qiáng)度達(dá)到要求，以形成受力體系。⑦做好施工人員的技術(shù)交底及安全教育培訓(xùn)，能夠熟練掌握各施工要點(diǎn)，確保各工序、各工種、人員與機(jī)械的協(xié)調(diào)配合。⑧立架和噴射混凝土作業(yè)相互交叉或平行作業(yè)，通風(fēng)管口盡量靠近下臺(tái)階作業(yè)面，確保工作面處的空氣質(zhì)量。作業(yè)人員必須佩帶安全防護(hù)用品，減少職業(yè)病傷害。

8 結(jié)束語

在砂質(zhì)新黃土隧道采用微臺(tái)階法，各臺(tái)階、各工序平行作業(yè)，減少了人員、設(shè)備的窩工，提高了人員、設(shè)備的利用率；縮短了初支整環(huán)閉合的時(shí)間，減少了圍巖的變形，保證了工程質(zhì)量，降低了施工成本；加快了施工進(jìn)度，Ⅴ級(jí)圍巖月進(jìn)度可達(dá)到70m。但用微臺(tái)階法施工的人員、機(jī)械在有限的空間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，安全管理難度加大，必須加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)及配備專職的協(xié)調(diào)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管控。

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