高風(fēng)險(xiǎn)隧道軟弱圍巖微臺(tái)階開(kāi)挖快速施工技術(shù)研究

曲登殿 楊志軍

(1.中鐵二十一局集團(tuán)有限公司 甘肅蘭州 730070；2.中鐵二十一局集團(tuán)第五工程有限公司 重慶 402160)

1 引言

隧道軟弱圍巖地質(zhì)條件下采用長(zhǎng)臺(tái)階法施工，難以滿(mǎn)足安全步距的強(qiáng)制性規(guī)定；采用長(zhǎng)度大于20 m的短臺(tái)階法施工時(shí)，受變臺(tái)階處交通和仰拱施工作業(yè)空間要求的限制，工序安全距離仍然會(huì)超標(biāo)；采用長(zhǎng)度小于20 m的短臺(tái)階法施工時(shí)，雖然能滿(mǎn)足安全步距要求，但因?yàn)樯吓_(tái)階作業(yè)空間窄小，工序間相互干擾嚴(yán)重，機(jī)械設(shè)備的工作效率大幅度受阻，施工進(jìn)度緩慢。因此，研究隧道軟弱圍巖微臺(tái)階開(kāi)挖施工技術(shù)，以及施工過(guò)程中采取的技術(shù)管理措施，具有十分重要的意義。

2 工程概況

鄧家灣隧道全長(zhǎng)9 390 m，為雙線(xiàn)鐵路隧道。整個(gè)隧道地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，洞身穿越大石板斷層、石板推測(cè)斷層、鹽井溝斷層和埡口村斷層4條斷層帶。圍巖復(fù)雜多變，屬于高風(fēng)險(xiǎn)隧道，是全線(xiàn)重難點(diǎn)工程之一。

微臺(tái)階施工方法在鄧家灣隧道出口Ⅴ級(jí)圍巖段實(shí)施，其作業(yè)面位于埡口村斷層帶范圍，受斷裂地質(zhì)構(gòu)造影響，巖體節(jié)理、裂隙非常發(fā)育，巖層破碎，地下水豐富，施工難度較大。

3 微臺(tái)階開(kāi)挖方法特點(diǎn)

微臺(tái)階開(kāi)挖方法按“正工法、順工序、配資源、抓安全、硬考核”的原則實(shí)施，按“負(fù)交接、零誤時(shí)”的原則進(jìn)行工序管理[1-2]。微臺(tái)階施工方法實(shí)現(xiàn)了上、中、下臺(tái)階同步推進(jìn)，多工序平行作業(yè)，縮短初支封閉距離，壓縮循環(huán)時(shí)間，提高施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)“零步距”目標(biāo)，以滿(mǎn)足“兩緊跟、快成環(huán)”要求[3]。保證了隧道施工安全質(zhì)量，縮短了工序時(shí)間，保障了施工進(jìn)度。

4 微臺(tái)階開(kāi)挖施工要點(diǎn)及流程

4.1 操作要點(diǎn)

本隧道Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖上臺(tái)階長(zhǎng)5 m、高3.3 m；中臺(tái)階長(zhǎng)3 m、高3.5 m；下臺(tái)階長(zhǎng)15～20 m、高3.4 m。上、中、下三臺(tái)階同步掘進(jìn)[4-5]，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺1.2 m/2榀，各臺(tái)階長(zhǎng)度、高度及工作量固化不變。爆破后上臺(tái)階扒渣至中臺(tái)階，送拱架至上臺(tái)階開(kāi)始立架、打設(shè)錨桿(管)。同時(shí)中、下臺(tái)階開(kāi)始出渣。出渣完成后中、下臺(tái)階同時(shí)立架。立架完成后上、中、下臺(tái)階依次噴混凝土，完成一個(gè)循環(huán)。

4.2 施工工藝流程

微臺(tái)階開(kāi)挖工藝流程見(jiàn)圖1，施工進(jìn)度安排見(jiàn)圖2。

圖1 開(kāi)挖支護(hù)工藝流程

圖2 開(kāi)挖支護(hù)工序施工進(jìn)度橫道圖

(1)鉆爆施工

本工序用時(shí)250 min。每循環(huán)進(jìn)尺1.2 m，立2榀拱架。三個(gè)臺(tái)階同時(shí)鉆孔爆破，上臺(tái)階配備4把風(fēng)槍?zhuān)?、下臺(tái)階各配備3把風(fēng)槍。

周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)采用小直徑藥卷連續(xù)裝藥(直徑27 mm，單根長(zhǎng)20 cm，每卷重100 g)，導(dǎo)爆管雷管起爆，起爆順序?yàn)橄屡_(tái)階→中臺(tái)階→上臺(tái)階，由毫秒導(dǎo)爆管雷管串聯(lián)后依次起爆[6]。

(2)上臺(tái)階扒渣及吊運(yùn)拱架

本工序用時(shí)40 min。挖掘機(jī)將上臺(tái)階洞渣扒至中臺(tái)階，扒渣過(guò)程中預(yù)留部分洞渣作為立架、鉆孔作業(yè)平臺(tái)。平臺(tái)高1.2～1.5 m，頂面長(zhǎng)2 m，底面長(zhǎng)度3.5 m，尾部修成斜坡便于噴射機(jī)械手作業(yè)。扒渣的同時(shí)裝載機(jī)做好運(yùn)送拱架準(zhǔn)備，上臺(tái)階洞渣清理完畢后，使用裝載機(jī)將拱架運(yùn)送至上臺(tái)階。

(3)上臺(tái)階立架，中、下臺(tái)階出渣

本工序用時(shí)180 min。挖機(jī)先將中臺(tái)階洞渣扒至下臺(tái)階，然后挖機(jī)停在中臺(tái)階開(kāi)始出渣，出渣的同時(shí)上臺(tái)階安裝拱架。

(4)中、下臺(tái)階安裝邊墻鋼架(上臺(tái)階繼續(xù)施作超前支護(hù))

本工序用時(shí)250 min。出渣結(jié)束后，裝載機(jī)將邊墻鋼架運(yùn)送至中、下臺(tái)階后開(kāi)始安裝。上臺(tái)階繼續(xù)施作超前支護(hù)，上、中、下三個(gè)臺(tái)階同步平行作業(yè)。

(5)噴射混凝土

本工序用時(shí)180 min。拱架安裝及超前支護(hù)施工完成后，立即進(jìn)行混凝土噴射作業(yè)。機(jī)械手停在下臺(tái)階，緊貼下臺(tái)階掌子面，按照上、中、下臺(tái)階的順序依次噴射。

(6)仰拱施工

根據(jù)上、中、下臺(tái)階施工進(jìn)度，每三個(gè)循環(huán)開(kāi)挖一次隧底[7-8]，開(kāi)挖長(zhǎng)度3.6 m，隧底鉆爆與三臺(tái)階同步作業(yè)；利用三個(gè)臺(tái)階立架支護(hù)時(shí)間進(jìn)行出渣、支護(hù)，不影響掌子面施工；在下一循環(huán)掌子面鉆孔的同時(shí)噴射隧底混凝土。

4.3 施工資源配置

(1)作業(yè)人員安排

現(xiàn)場(chǎng)分兩班倒24 h作業(yè)，每班作業(yè)人員為38名，共76名。各班組人員安排見(jiàn)表1。

表1 作業(yè)人員配置

(2)機(jī)械設(shè)備配置

現(xiàn)場(chǎng)共配置各類(lèi)機(jī)械、設(shè)備36臺(tái)(套)。機(jī)械設(shè)備型號(hào)及數(shù)量見(jiàn)表2。

表2 機(jī)械設(shè)備統(tǒng)計(jì)

4.4 施工管理措施

按照微臺(tái)階開(kāi)挖施工方法，各個(gè)工序銜接比較緊湊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的組織、管理提出了更高的要求。為此，鄧家灣隧道軟弱圍巖施工采取了以下幾方面的措施。

(1)配備充足的專(zhuān)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理人員

作業(yè)隊(duì)管理人員配置在“1152”九大員的基礎(chǔ)上，增設(shè)分管副經(jīng)理1名、洞口值班調(diào)度2名。現(xiàn)場(chǎng)共有管理人員14名。

(2)建立高效的調(diào)度聯(lián)絡(luò)體系

在洞內(nèi)設(shè)置信號(hào)中轉(zhuǎn)基站，實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)、外通訊信號(hào)全面覆蓋，確保洞內(nèi)、外聯(lián)絡(luò)暢通。及時(shí)掌握洞內(nèi)作業(yè)動(dòng)態(tài)，提前進(jìn)行人員、物資調(diào)配，實(shí)現(xiàn)各工序“零誤時(shí)、負(fù)交接”。

(3)固化施工方法及工序流程

固化臺(tái)階尺寸、每工序工作內(nèi)容，制定可操作的標(biāo)準(zhǔn)橫道圖，張貼在值班室并下發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)管理人員，管理人員按照標(biāo)準(zhǔn)橫道圖安排現(xiàn)場(chǎng)平行施工作業(yè)。

(4)嚴(yán)格落實(shí)工序?qū)憣?shí)及日分析會(huì)制度

洞內(nèi)領(lǐng)工員隨身攜帶工序?qū)憣?shí)記錄本，如實(shí)填寫(xiě)當(dāng)班期間的任務(wù)完成情況，并對(duì)工序超時(shí)、物資超耗、物資供應(yīng)不及時(shí)、質(zhì)量返工等問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)、詳細(xì)記錄。為班組工序考核和后續(xù)改進(jìn)提供真實(shí)數(shù)據(jù)及參照依據(jù)。

(5)實(shí)行循環(huán)時(shí)間考核制度

項(xiàng)目部制定嚴(yán)格的考核辦法，按每循環(huán)用時(shí)考核，循環(huán)起止時(shí)間以響炮為準(zhǔn)。通過(guò)前一階段的執(zhí)行，循環(huán)時(shí)間逐步縮短，已由最初的18 h以上縮短至15 h左右。循環(huán)時(shí)間及各工序用時(shí)見(jiàn)表3。

表3 工序時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)

(6)提供有力的后勤保障

現(xiàn)場(chǎng)配置機(jī)械設(shè)備維修小組，每天對(duì)機(jī)械設(shè)備、風(fēng)水管線(xiàn)巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隱患及時(shí)處理，使機(jī)械設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)備齊易損件，機(jī)械出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)維修、更換。

(7)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量卡控

認(rèn)真落實(shí)“內(nèi)部三檢制”及“班組長(zhǎng)責(zé)任制”，通過(guò)班組長(zhǎng)自檢、技術(shù)員復(fù)檢、專(zhuān)職質(zhì)檢工程師終檢的逐級(jí)檢查制度，過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正出現(xiàn)的問(wèn)題，確保工序質(zhì)量一次性驗(yàn)收合格[9]。

5 微臺(tái)階法施工效果評(píng)價(jià)

通過(guò)微臺(tái)階法施工，規(guī)范了施工方法、理順了施工工序、提升了管理水平，安全步距得到有效控制；施工進(jìn)度、安全質(zhì)量、文明施工等都有了極大程度地提高。

5.1 安全步距得到有效控制

采用微臺(tái)階施工方法后，臺(tái)階縮短，上、中、下臺(tái)階平行作業(yè)，初支鋼架及時(shí)封閉成環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)“兩緊跟、早封閉、快成環(huán)”要求，仰拱、二襯能夠及時(shí)跟進(jìn)，始終滿(mǎn)足安全步距強(qiáng)制性規(guī)定要求。

5.2 圍巖累計(jì)收斂變形明顯減小

微臺(tái)階法施工，初支鋼架及時(shí)封閉成環(huán)，圍巖沉降、收斂值明顯比采用短臺(tái)階法施工減小(見(jiàn)圖3)[10-11]。

圖3 微臺(tái)階法施工前后拱頂下沉及圍巖收斂值對(duì)比曲線(xiàn)

5.3 施工效率、經(jīng)濟(jì)效益顯著提高

(1)采用三臺(tái)階施工時(shí)，每循環(huán)作業(yè)時(shí)間18 h左右，每月平均開(kāi)挖進(jìn)尺20 m至30 m；采用微臺(tái)階施工方法之后，每循環(huán)作業(yè)時(shí)間為15 h左右，月進(jìn)尺可達(dá)50 m以上，施工效率顯著提高。

(2)采用微臺(tái)階施工方法，臺(tái)階長(zhǎng)度短，可以實(shí)現(xiàn)上臺(tái)階立架與出渣平行作業(yè)，壓縮了循環(huán)時(shí)間。同時(shí)也解決了分臺(tái)階開(kāi)挖相互干擾、施工效率低的問(wèn)題，減少了人員、設(shè)備窩工。采用微臺(tái)階施工后每月可增加產(chǎn)值約140萬(wàn)元，同時(shí)節(jié)約了單位產(chǎn)值的勞動(dòng)力和機(jī)械成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5.4 三臺(tái)階層次清晰、開(kāi)挖控制規(guī)范

采用微臺(tái)階施工方法之后，嚴(yán)格控制臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度和高度[12]，實(shí)現(xiàn)上、中、下三臺(tái)階同時(shí)開(kāi)挖、同步推進(jìn)，工序組織線(xiàn)條更清晰，現(xiàn)場(chǎng)更規(guī)范、整潔。

6 結(jié)束語(yǔ)

鄧家灣隧道采用微臺(tái)階開(kāi)挖施工方法，不僅縮短了各道工序之間的銜接時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，還給仰拱施工提供了更多的作業(yè)空間，使仰拱、二襯距掌子面的安全步距可控，極大提高了隧道施工安全與質(zhì)量，同時(shí)也達(dá)到了成本控制的目的，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益相統(tǒng)一的目標(biāo)。