隧道兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法研究

肖華 程明前

1. 中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司 陜西 寶雞 721000；

2. 中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司 江蘇 常熟 215500

1 工程概括

鄭萬(wàn)高鐵湖北段ZWZQ-8標(biāo)位于湖北省境內(nèi)，正線全長(zhǎng)36.002km，主要工程為四隧（特長(zhǎng)隧道2座，即新華隧道18770m、興山隧道全長(zhǎng)10085m）三橋一車站。隧道工程總長(zhǎng)34.035km，占標(biāo)段總長(zhǎng)的94.5%。本線隧道工程大力推行機(jī)械化作業(yè)，ZWZQ-8標(biāo)4座隧道目前已配置10臺(tái)全電腦三臂鑿巖臺(tái)車。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法開(kāi)挖，開(kāi)挖高度約5米，臺(tái)階長(zhǎng)度3～5米，無(wú)法滿足機(jī)械化作業(yè)配置的機(jī)械空間需求。

1.1 施工工法概況

隧道兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法是 在傳統(tǒng)的兩臺(tái)階法開(kāi)挖工法基礎(chǔ)上進(jìn)行了衍化，即將上臺(tái)階開(kāi)挖高度加大至7米，下臺(tái)階與仰拱一次開(kāi)挖。

1.2 主要引用依據(jù)

①《鄭州至萬(wàn)州鐵路湖北段指導(dǎo)性施組》；②《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》；③《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》。

2 工藝工法特點(diǎn)

本工法使隧道掌子面有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，能較早地使支護(hù)閉合，有利于開(kāi)挖面的穩(wěn)定和控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地面沉降。

缺點(diǎn)是上下部作業(yè)有互相干擾，下部作業(yè)時(shí)對(duì)上部穩(wěn)定性有一定影響，下臺(tái)階開(kāi)挖會(huì)對(duì)圍巖進(jìn)行擾動(dòng)。

3 適用范圍

本工法主要適用于加強(qiáng)型機(jī)械化配置隧道作業(yè)面掌子面圍巖穩(wěn)定性較好及以上的地段（含采取超前支護(hù)措施后穩(wěn)定的開(kāi)挖工作面），一般用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段。

4 工藝原理

隧道洞身采用鉆爆法施工時(shí)，隧道兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法就是將隧道結(jié)構(gòu)斷面分成兩個(gè)部分，按上下斷面兩個(gè)工作面分步開(kāi)挖，利用初期支護(hù)和巖體自身的承載能力達(dá)到穩(wěn)定。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

主要工藝流程說(shuō)明：①縱向分上下臺(tái)階開(kāi)挖，確保掌子面圍巖穩(wěn)定；②下臺(tái)階與仰拱同時(shí)開(kāi)挖；③利用鑿巖臺(tái)車上下斷面同時(shí)打眼、同時(shí)爆破；④在下部出碴的同時(shí)，快速施做上半斷面的初期支護(hù)，封閉圍巖；⑤嚴(yán)控上下臺(tái)階長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)初期支護(hù)快速閉合成環(huán)。

5.2 操作要點(diǎn)

（1）光面爆破參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)確定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破效果不斷進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)格控制超欠挖。

（2）施工中及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，如實(shí)分析數(shù)據(jù)信息，判斷圍巖穩(wěn)定情況，從而調(diào)整圍巖支護(hù)參數(shù)，確定二次襯砌的最佳施做時(shí)間，正確指導(dǎo)后續(xù)工程施工。

（3）臺(tái)階長(zhǎng)度、高度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖條件和施工機(jī)械所需空間綜合確定。

6 勞動(dòng)力組織

本工藝要求24小時(shí)連續(xù)作業(yè)，因此需兩班倒或三班倒，每班根據(jù)鑿巖臺(tái)車數(shù)量確定，一般一臺(tái)鑿巖臺(tái)車配置3人，現(xiàn)場(chǎng)配置1個(gè)安全員。7 機(jī)具設(shè)備

以洞身開(kāi)挖及初期支護(hù)為例，單工作面需要的主要機(jī)具設(shè)備如下：全電腦三臂鑿巖臺(tái)車2臺(tái)、裝載機(jī)1臺(tái)、挖掘機(jī)1臺(tái)、濕噴機(jī)械手1臺(tái)、拱架安裝機(jī)1臺(tái)、注漿機(jī)1臺(tái)。

8 質(zhì)量控制

（1）隧道開(kāi)挖初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)。

（2）加強(qiáng)型機(jī)械配置工作面隧道洞身開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺，Ⅲ級(jí)圍巖控制在3.0～4.0m，Ⅳ級(jí)圍巖控制在2.0～3.0m，最終根據(jù)試驗(yàn)段總結(jié)參數(shù)確定。

8.1 施工中易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題

爆破施工易出現(xiàn)超欠挖。

8.2 質(zhì)量措施

通過(guò)不斷地對(duì)鉆爆設(shè)計(jì)優(yōu)化，達(dá)到控制超欠挖的目的，過(guò)程中加強(qiáng)管控。

（1） 質(zhì)量控制。①檢查炮眼的深度和斜率。②檢查炮眼的間距。③檢查裝藥量。

（2）質(zhì)量檢驗(yàn)。根據(jù)隧道的開(kāi)挖斷面尺寸，眼孔位置按爆破設(shè)計(jì)位置開(kāi)孔，位置偏離不得大于5cm。周邊眼孔距不得大于40cm，外插角度不大于1～3°。

9 安全措施

（1）在設(shè)計(jì)施工前應(yīng)摸清被爆介質(zhì)的情況，詳盡掌握有關(guān)資料，優(yōu)化爆破參數(shù)，慎重選擇炮位，精心施工。

（2）所有鉆爆作業(yè)人員必須佩戴安全帽，腳穿防滑絕緣鞋，持證上崗。

（3）在爆破前30分鐘必須設(shè)立安全警戒，距離不得小于200m，并吹口哨鳴叫，通知所有的機(jī)械、人員撤到安全警戒范圍之外。

（4）待炮響經(jīng)通風(fēng)后，由現(xiàn)場(chǎng)爆破員入場(chǎng)查看有無(wú)盲炮。確認(rèn)無(wú)盲炮后，其他人員方可入內(nèi)。如有盲炮，必須把處理方法上報(bào)有關(guān)部門(mén)，得到批準(zhǔn)后，方可進(jìn)行。

10 效益分析

根據(jù)施工總結(jié)，隧道兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法比傳統(tǒng)的臺(tái)階法施工明顯提高了施工進(jìn)度，大大提供了機(jī)械的施工功效，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

11 應(yīng)用實(shí)例

鄭萬(wàn)高鐵湖北段ZWZQ-8標(biāo)楚烽隧道2#橫洞正洞目前正在采用隧道兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法施工。

11.1 工程簡(jiǎn)介

楚烽隧道為雙線單洞隧道，全長(zhǎng)8708m，最大埋深424m。楚烽隧道2#橫洞與正洞相交，位于線路前進(jìn)方向左側(cè)，2#橫洞全長(zhǎng)390m。

目前楚烽隧道2#橫洞已完成施工，該工作面為加強(qiáng)型機(jī)械化配置，正洞施工正在采用隧道兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法施工。

11.2 施工情況

楚烽隧道2#橫洞為加強(qiáng)型機(jī)械化配置，正洞已完成洞身開(kāi)挖施工210米，目前正洞掌子面為Ⅲ級(jí)圍巖，采用隧道兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法施工。

11.3 工程效果評(píng)價(jià)

自楚烽隧道2#橫洞正洞2017年10月采用兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法施工至今，Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖支護(hù)日進(jìn)尺為3米，Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖支護(hù)日進(jìn)尺為3.8米，較傳統(tǒng)臺(tái)階法施工進(jìn)度明顯提升。

12 結(jié)束語(yǔ)

兩臺(tái)階施工下部帶仰拱一次性開(kāi)挖工法既確保了圍巖穩(wěn)定，又最大限度地減少了施工工序，減少了下部開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)，同時(shí)又能充分發(fā)揮鑿巖臺(tái)車的快速鉆孔優(yōu)勢(shì)，因此將極大地提高施工功效，提高隧道的掘進(jìn)速度。