三臺階七步開挖法在淺埋軟弱圍巖大斷面隧道中的應(yīng)用

李曉斌

摘 要：該研究主要是對某隧道工程中軟弱圍巖地段施工進(jìn)行分析，工程臨近貫通點(diǎn)位置圍巖軟，自穩(wěn)能力比較差，分析不同技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)之后確定采用三臺階七步開挖法，全面保障隧道貫通段質(zhì)量。圍繞三臺階七步開挖法施工原理和技術(shù)工藝展開討論，驗(yàn)證不同技術(shù)參數(shù)在施工當(dāng)中的合理性，并且提出針對性的質(zhì)量保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：三臺階七步開挖法 淺埋軟弱圍巖 隧道工程

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（a）-00-02

某隧道改建工程屬于分離式小凈距隧道，建筑限界9.8m，凈高4.8m，平均開挖斷面100m2。該隧道地區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，山體兩側(cè)地形分別向東南側(cè)和西北側(cè)傾斜，地形標(biāo)高為180～535m，隧道開挖工程中多次穿越不良地質(zhì)段。隧道中部距貫通點(diǎn)200m范圍內(nèi)存在松散堆積體為主的軟弱圍巖段。

1 施工方案

1.1 施工方案對比

一號隧道方案采用雙向絕境施工技術(shù)工藝，在雙向掘進(jìn)至距離貫通點(diǎn)200m范圍內(nèi)遇到松散堆積體為主的軟弱圍巖段，在經(jīng)過技術(shù)方案討論之后，為了全面確保隧道開挖質(zhì)量，對比小導(dǎo)洞開挖法、上下臺階法以及三步臺階法施工方案。然而由于小導(dǎo)洞開挖法和上下臺階法的操作工藝比較復(fù)雜，并且經(jīng)濟(jì)效益低，所以決定采用三步臺階開挖法。

1.2 施工工藝和技術(shù)參數(shù)分析

（1）施工工藝。三臺階七步開挖法采用上部導(dǎo)坑環(huán)形開挖，并做好初期支護(hù)。中下臺階左右導(dǎo)坑馬口跳槽開挖，做好邊墻初期支護(hù)。預(yù)留核心土并仰拱開挖，做好功底初期支護(hù)。

（2）技術(shù)參數(shù)。第一，設(shè)置臺階參數(shù)。對于上臺階來說，應(yīng)當(dāng)將開挖高度控制在3.5m，核心土高度控制為1.9m，核心土與拱頂高度距離控制在1.85m，臺階長度為4.2m左右。對于中臺階來說，開挖高度設(shè)置為3m，臺階長度為4.5m，中臺階與下臺階通道坡度小于30°。對于下臺階來說，臺階長度在9m。第二，上臺階超前支護(hù)。隧道拱部120°范圍內(nèi)打設(shè)超前小導(dǎo)管，將前端加工為錐形，管壁四周鉆取注漿孔，排間距控制在0.32m，打設(shè)角度為13°，小導(dǎo)管注漿壓力應(yīng)當(dāng)控制在0.7MPa。第三，鎖腳錨桿。左右側(cè)鋼架使用長度為3.5m的鋼筋，系統(tǒng)錨桿為藥包錨固。第四，系統(tǒng)錨桿和鋼筋網(wǎng)片。在初噴4cm混凝土之后，打設(shè)中空注漿錨桿，并呈梅花形布置。鋼筋網(wǎng)片網(wǎng)格間距控制為（0.2×0.2）m。

2 三臺階七步開挖法的技術(shù)特點(diǎn)分析

第一，該技術(shù)工業(yè)具有較多施工工作面，能夠提升工作效率。對于軟弱圍巖地段施工則可以使用破碎機(jī)或者挖掘機(jī)進(jìn)行深度開挖，不會干擾圍巖結(jié)構(gòu)，全面提升支護(hù)穩(wěn)定性。

第二，可以對抗彎受力和抗壓受力進(jìn)行有效轉(zhuǎn)移，工程開挖階段施工主要采用三臺階七步法，因此，每個部分的開挖范圍和面積都比較小，在開挖之后可以將抗剪力或者抗壓力直接傳遞給支護(hù)和核心圖，這樣能夠有效分散以上受力，騎到平衡穩(wěn)定作用。

第三，在開挖各個部分之后，支護(hù)可以將大部分受力進(jìn)行分散處理。在上臺階開挖施工期間，可以利用注漿固結(jié)拱頂為巖和超前支護(hù)技術(shù)分散受力。在開挖邊墻時則可以使用系統(tǒng)錨桿注漿固結(jié)，鎖腳錨桿與鋼支撐連接分散受力，這樣可以確保軟弱圍巖具有較高的自承受能力，這樣可以對初期支護(hù)受力起到分擔(dān)作用。在工程各部分施工工序當(dāng)中使用技術(shù)工藝形成封閉成環(huán)之后，可以在較大程度上提升隧道斷面受力穩(wěn)定。

第四，在開挖仰拱和中臺階及下臺階時，可以使用馬口跳槽開挖方式。此種開挖技術(shù)主要是將大斷面有效劃分為導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，可以確保導(dǎo)坑開挖不處于同一個斷面上，這樣可以在短時間內(nèi)避免圍巖出現(xiàn)垮塌和變形情況。

第五，采用三臺階七步開挖法能夠有效提升空間和時間利用率，在中下臺階預(yù)留核心土能夠有效借助核心土重量來抵抗圍巖周邊的壓力和抗剪力，還能夠有效支撐工作面，避免兩側(cè)圍巖收斂。

第六，在出現(xiàn)圍巖突變情況時能夠有效確保施工方法和工序的優(yōu)化調(diào)整。比如可以將鋼支撐護(hù)拱設(shè)置在內(nèi)空中。避免圍巖變形情況持續(xù)擴(kuò)大，全面提升施工安全質(zhì)量。

第七，整個工程施工技術(shù)工藝更加靈活，能夠有效按照地質(zhì)條件的變化，對施工工序和技術(shù)方法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

通過對軟弱基巖施工技術(shù)方案的對比分析可以看出，使用三臺階七步開挖法能夠有效提升施工效率，還能夠保證整體工程施工質(zhì)量。

3 施工組織和控制要點(diǎn)分析

3.1 施工組織

（1）明確各施工面人員和設(shè)備配置。第一，上臺階開挖施工人數(shù)為7人，中臺階和下臺階邊墻派2人，打設(shè)超前支護(hù)，鎖腳錨桿和系統(tǒng)錨桿。第二，在安裝上臺階拱架時應(yīng)當(dāng)由7人完成，中臺階和下臺階安排2人，主要負(fù)責(zé)縱向連接鋼筋焊接，安全找頂和焊接鋼筋網(wǎng)片。第三，上臺階中臺階和下臺階噴射混凝土施工人數(shù)為5人，主要負(fù)責(zé)噴射混凝土施工。

（2）優(yōu)化工序組合。通過各工序?qū)ζ叫凶鳂I(yè)進(jìn)行合理安排，提升時間和空間利用率。在開挖上臺階時，首先應(yīng)當(dāng)將中臺階邊墻開挖結(jié)束之后再安裝鋼拱架和錨桿施工，下臺階實(shí)行出渣施工，在安裝拱架期間應(yīng)當(dāng)組織噴射混凝土設(shè)備進(jìn)場，仰拱施工采用棧橋，上臺階中臺階平行作業(yè)方式。對于不能平行施工環(huán)節(jié)來說，為了加快循環(huán)速度，可以適當(dāng)增加設(shè)備和人員數(shù)量。在完成上道工序之后，應(yīng)當(dāng)組織下豆工序施工人員提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作。

3.2 施工控制要點(diǎn)

第一，超前支護(hù)。采用超前小導(dǎo)管循環(huán)間隔打設(shè)，大街長度必須大于1.4m。在施工過程中為了縮短注漿時間，則可以將22mm鋼筋穿入到超前小導(dǎo)管當(dāng)中。

第二，系統(tǒng)錨桿。使用R25中空注漿錨桿，并且利用系統(tǒng)錨桿注漿對巖體進(jìn)行錨固，確保巖體穩(wěn)定性。

第三，鎖腳錨桿。鋼拱架和22mm鋼筋應(yīng)當(dāng)進(jìn)行連接，并且將鋼拱架連接于巖體，并且使用藥包錨固錨桿。如果圍巖條件比較差，則左右側(cè)鋼架而需要使用22mm鋼筋。

第四，開完馬口掏槽。中臺階和下臺階同一斷面不能同時進(jìn)行邊墻開挖，在開挖同一斷面邊墻時，應(yīng)當(dāng)前后錯開開挖時間。

第五，開挖和支護(hù)仰拱。下臺階與仰拱之間的距離應(yīng)當(dāng)大于20m，并且及時開挖仰拱，每循環(huán)開挖進(jìn)尺應(yīng)當(dāng)小于5m。在開挖期間需要將鋼拱架，噴射混凝土設(shè)備和鋼筋堆放在合理位置，在開挖檢驗(yàn)合格之后應(yīng)當(dāng)使拱架封閉成環(huán)，在完成初期支護(hù)之后，需要組織施工人員制作安裝鋼筋，并開始澆筑仰拱混凝土。

第六，梁組合監(jiān)控。在施工過程中，應(yīng)當(dāng)在拱腳位置邊墻位置以及隧道拱頂設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，日均監(jiān)控兩次，并收集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以此對隧道初期支護(hù)沉降和收斂進(jìn)行分析。在分析期間如果發(fā)現(xiàn)異常問題，監(jiān)控人員應(yīng)當(dāng)及時預(yù)警報(bào)告，并適當(dāng)增加監(jiān)控次數(shù)直至解除警報(bào)。在監(jiān)控預(yù)警之后需要按照實(shí)際狀況對施工工序和施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，全面加強(qiáng)整個工程的施工安全。

4 結(jié)語

綜上所述，在此次隧道工程當(dāng)中，主要應(yīng)用三臺階七步開挖法，此種施工工藝能夠有效確保該隧道通行路段的安全貫通，也能夠是工程管理人員獲得重要監(jiān)測數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過論證總結(jié)之后可以為施工安全和進(jìn)度起到重要參考價值。

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