鄂西北地區(qū)軟巖隧道微臺階上下同步施工方法介紹

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摘要：目前隧道施工的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，安全風(fēng)險也越來越大。近年來隧道施工過程中發(fā)生多起由圍巖失穩(wěn)導(dǎo)致坍塌事故，主要原因是隧道開挖臺階長度過長、初支未及時成環(huán)和二襯跟進(jìn)不及時。為此《公路施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015）制定嚴(yán)格的安全步距，但受制于施工場地的限制，無法高效的利用機械和人員進(jìn)行施工，工序銜接不緊密，成本加大。鑒于此，本文介紹一種軟巖地區(qū)隧道施工的方法，此方法可以加快施工進(jìn)度，保障安全步距，降低施工風(fēng)險。

Abstract： At present， the geological conditions of tunnel construction are becoming more and more complicated， and the safety risks are also increasing. In recent years， many collapse accidents caused by the instability of surrounding rocks occurred during tunnel construction. The main reasons are that the tunnel excavation steps are too long， the initial support is not formed in time， and the secondary lining is not followed up in time. For this reason， the "Highway Construction Safety Technical Specification" （JTG F90-2015） has set a strict safety step， but due to the constraints of the construction site， it is not possible to efficiently use machinery and personnel for construction， the process connection is not tight， and the cost increases. In view of this， this article introduces a method of tunnel construction in soft rock areas. This method can speed up the construction progress， ensure a safe step， and reduce the construction risk.

關(guān)鍵詞：鄂西北;軟巖;隧道;微臺階;同步施工

Key words： Northwest Hubei;soft rock;tunnel;micro-step;synchronous construction

中圖分類號：U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）05-0181-02

1? 問題提出

1.1 軟巖隧道目前面臨的問題

無論地質(zhì)情況和圍巖級別的高低，采用臺階法施工，都很難滿足《公路施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015）的安全步距的強制性規(guī)定;采用長臺階法施工時，受下臺階處仰拱施工和機械操作的空間要求限制，安全步距無法足規(guī)范要求;采用短臺階法施工時，雖然能滿足安全步距的要求，但開挖臺車、防水板臺車等經(jīng)常被爆破飛石砸壞，但由于有二襯臺車和仰拱的限制，無法做到每次轉(zhuǎn)移至安全區(qū)以外，同時工序間相互干擾，機械設(shè)備的使用效率低下，掌子面循環(huán)進(jìn)尺緩慢，如何提高掌子面開挖的循環(huán)進(jìn)尺效率是一個亟需解決的問題。

1.2 軟巖隧道特性

軟巖隧道是西部山區(qū)常見的地質(zhì)狀況，因此在圍巖級別判定時，基本是IV、V級圍巖，圍巖較軟，雖然設(shè)計單位為保障安全經(jīng)常在施工圖紙上要求采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法和臺階法（加臨時仰拱），但實際施工基本采用臺階法施工（不加臨時仰拱）的方法施工。但是這種施工方案的擬定是否合理，有待商榷，但我們可以根據(jù)地區(qū)的軟巖特性進(jìn)行總結(jié)，得出其一般規(guī)律，然后選擇合理的施工方法。以湖北省鄂西北山區(qū)的軟巖為例，基本是絹云母或者絹云鈉長石英片巖，此種圍巖特性是開挖后有一定的自穩(wěn)能力，但長時間暴露，會逐漸軟化。根據(jù)十白高速的隧道初期支護(hù)變形和塌方的資料顯示：經(jīng)常是隧道在開挖仰拱時發(fā)生塌方，隧道采用臺階法未成環(huán)時發(fā)生大變形，而初期支護(hù)成環(huán)后，很少發(fā)生大變形和塌方。因此初期支護(hù)及早成環(huán)是保證此種地質(zhì)情況下隧道安全施工必要步驟，這與新奧法的“緊封閉”原則和《公路施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015）的安全步距要求是一致的，但是如何解決施工空間和安全步距間的矛盾呢？下面就隧道微臺階上下同步施工工藝進(jìn)行介紹。

2? 微臺階上下同步施工方法介紹

2.1 方法原理

隧道微臺階上下同步施工方法是結(jié)合全斷面和短臺階開挖施工的優(yōu)點。即利用同一開挖臺車完成上下導(dǎo)坑鉆眼、裝藥，同時起爆和出碴，同時進(jìn)行初期支護(hù)施工，以此減少工序和縮短工序間的銜接時間差，可以提供更大的施工空間，縮小掌子面與仰拱之間的距離，保證了隧道工序安全步距滿足規(guī)范要求的安全步距，保障了隧道施工安全和進(jìn)度。工序雖然按照上下導(dǎo)同時施工，但是由于上導(dǎo)和下導(dǎo)直接存在一個微臺階，充分發(fā)揮軟巖開挖后的有一定時間的自穩(wěn)能力，起到“留核心土”的作用，上導(dǎo)掌子面穩(wěn)定極為有利，這也是此方法和全斷面的差別。同時仰拱開挖緊跟下導(dǎo)施工，初期支護(hù)封閉成環(huán)后，在上面墊石渣至仰拱填充面標(biāo)高，方便后續(xù)二次襯砌施工，加快初期支護(hù)成環(huán)速度。上下導(dǎo)坑同時作業(yè)，保證工序循環(huán)次數(shù)減少，空間增大，提升機械使用和人員的工作效率。

2.2 施工流程及控制要點

微臺階上下同步施工方法中掌子面開挖及初期支護(hù)作業(yè)時的所用的人、機、料和工藝標(biāo)準(zhǔn)，與山區(qū)隧道采用“新奧法”施工方法基本一致，只是在開挖時稍有不同，因此只對掌子面開挖、支護(hù)步驟和開挖臺車進(jìn)行介紹。

2.2.1 工藝流程

工藝流程如圖1。

2.2.2 控制要點

①臺階高度及長度的確定。以兩車道的常規(guī)高速公路隧道為例，上臺階掘進(jìn)方向上長度為3～5m，高度約為4m，下臺階高度約為6m，上臺階與下臺階高度之比控制在2：3左右，下臺階略高，起穩(wěn)定上臺階作用。微臺階上下同步施工工藝開挖立面、縱斷面圖見圖2。

②施工臺車加工。微臺階施工臺車需要在臺車增加懸臂操作平臺，增加位置為掌子面掘進(jìn)前進(jìn)方向，懸臂平臺用于上臺階開挖施工平臺。此懸臂平臺亦可采用軌道，將上半部分設(shè)計成可伸縮的形式，但無論那種形式的臺車，都需嚴(yán)格控制重心和施工荷載重量，防止出現(xiàn)臺車傾倒。

③施工說明。1）IV級圍巖及V級圍巖掌子面每循環(huán)開挖進(jìn)尺按照設(shè)計要求控制，同時滿足規(guī)范要求;

2）上臺階出渣工序與下臺階出碴工序同時進(jìn)行，上臺階噴砼與下臺階初次噴射混凝土、錨桿打設(shè)、支立鋼拱架、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、二次復(fù)噴混凝土等工序同時進(jìn)行;

3）仰拱開挖工序緊隨其后，初期支護(hù)成環(huán)后，及時墊石渣至仰拱填充層頂面標(biāo)高位置，保護(hù)仰拱初期支護(hù)被機械碾壓破損，同時有利于棧橋搭設(shè)。

④質(zhì)量及安全控制。

1）鉆孔：鉆眼時嚴(yán)格按爆破設(shè)計參數(shù)布孔，同時結(jié)合現(xiàn)場實際爆破效果，總結(jié)圍巖規(guī)律，更改布孔參數(shù)，以求達(dá)到最佳的爆破效果。由于上臺階拱腳處易出現(xiàn)超欠挖，該處周邊眼應(yīng)加密，控制在30～40cm之間，如遇到圍巖爆破效果差，還可打設(shè)預(yù)裂眼，預(yù)裂眼不裝藥;2）采用微臺階上下同步施工工藝施工時，上下臺階平行推行，鎖腳錨桿及系統(tǒng)錨桿必須嚴(yán)格按設(shè)計施工，以防止上臺階已施作的初期支護(hù)產(chǎn)生掉拱現(xiàn)象。同時上臺階必須保證至少有一榀鋼架在下臺階開挖后不形成懸空，在施工中必須嚴(yán)格控制下臺階的開挖進(jìn)尺和臺階的豎向坡率;3）因掌子面存在初噴、打錨桿、立拱架、鋪鋼筋網(wǎng)等平行工序間存在上下交叉作業(yè)，人員、機械設(shè)備在一個作業(yè)面施工，人員和設(shè)備進(jìn)出必須提前告知，并按規(guī)定進(jìn)行;4）開挖臺車移動過程中，可采用自行式臺車或裝載機轉(zhuǎn)移臺車，但臺車周邊15m范圍嚴(yán)禁無關(guān)人員停留，并由專人指揮。臺車行走路面盡量平穩(wěn)，以防臺車在移動過程中傾覆。

3? 效益分析

通過隧道掌子面采用微臺階上下同步施工方法，減少工序和縮小各工序銜接時間差，加快施工進(jìn)度，增加人員和設(shè)備使用效率。目前山區(qū)高速軟巖隧道在滿足安全步距的前提下，若采用短臺階法施工，Ⅳ級圍巖掌子面月平均成洞最快能達(dá)80m，但微臺階上下同步施工方法較之短臺階開挖法，微臺階上下同步施工方法施工進(jìn)度明顯加快。采用微臺階上下同步施工方法施工，掌子面月平均成洞可保證100m以上。若隧道綜合單價以每延米5萬元計，采用微臺階上下同步施工方法后每月可增加施工產(chǎn)值約150萬元，同時減少人員和機械的整體使用成本。采用微臺階上下同步施工工藝開挖軟巖隧道，充分利用軟巖隧道開挖后有一定的自穩(wěn)能力和自穩(wěn)時間短的特性，給后續(xù)工序創(chuàng)造更大的施工作業(yè)空間，由于空間大，施工質(zhì)量比較有保證，且初期支護(hù)迅速成環(huán)，大大減少安全壓力，隧道安全步距可控，質(zhì)量和文明施工等都得到很大的提高。

4? 結(jié)語

目前在山區(qū)修建的軟巖隧道越來越多，面臨的安全形勢和施工環(huán)境越來越惡劣，安全步距成為施工單位不可逾越的紅線，因此需要我們在實際施工中不斷總結(jié)不同地域的圍巖性質(zhì)，根據(jù)圍巖性質(zhì)不斷探索新的施工方法，鄂西北地區(qū)軟巖隧道微臺階上下同步施工工藝施工方法充分利用地區(qū)圍巖特性，充分利用圍巖有限的自穩(wěn)時間，盡早成環(huán)，不失為一種好的隧道開挖施工方法。

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