淺談軟弱圍巖隧道臺階法施工的微臺階管理

劉俊奇 張建臣 闞宏娜

本文結合內蒙古張呼客運專線東土村隧道和重慶九永高速公路縉云山隧道施工經(jīng)驗，簡單介紹了軟弱圍巖隧道臺階法施工的微臺階控制目的、意義、定義、施工方法、工藝流程、取得的效果等，為類似的軟弱圍巖隧道臺階法施工提供參考。

隧道施工安全隱患大，尤其是掌子面施工，群死群傷事故頻發(fā)。常規(guī)的施工組織如果完全按照規(guī)定控制的話，肯定會嚴重制約生產(chǎn)進度，實現(xiàn)微臺階施工控制就能解決這一矛盾，既能確保安全又能保證進度。

一、工程簡介

東土村隧道全長4560m，是全線最長的隧道，地質條件最復雜，下穿京藏高速公路，是全線的控制性工程。該隧道進口作業(yè)面1600m全部為IV、V級圍巖，設計開挖方法為三臺階預留核心土；縉云山隧道全長2745m，是重慶九永高速公路的控制性工程，地質情況較為復雜。該隧道IV、V級圍巖長占全長的百分之八十，設計開挖方法為三臺階預留核心土。

二、常規(guī)臺階法施工現(xiàn)場常見問題

常規(guī)臺階法施工基本上都是臺階過長導致現(xiàn)場存在如下問題：中間拉槽施工，掌子面、邊墻、仰供的一次性開挖步距超標，仰供安全步距超標，二襯安全步距超標，棧橋坡度過大，逃生管道不安裝，預留臺階不清晰、核心土不規(guī)范，邊墻掏槽施工，現(xiàn)場管理……這些問題輕則給管理帶來被動，比如說停工待檢的迎檢被動、安全隱患停工整改的生產(chǎn)被動……但一旦隱患轉為事故，后果不堪設想。

三、微臺階施工控制的目的和意義

規(guī)范軟弱圍堰隧道臺階法施工管理，避免施工過程中帶來不必要的生產(chǎn)被動；從根源上解決安全生產(chǎn)問題，杜絕安全隱患，確保安全生產(chǎn)；真正實現(xiàn)隧道施工的“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、緊襯砌”管理，有效縮短作業(yè)循環(huán)時間，提高生產(chǎn)效率；實現(xiàn)隧道標準化施工管理，進一步提升項目經(jīng)理部的管理水平。

四、臺階長度確定

在臺階法施工中，一般規(guī)定臺階長度不大于1.5R（R為洞徑），但沒有規(guī)定最小長度是不小于多少。顧名思義，微臺階就是短臺階。本文的觀點是在地質條件允許的情況下，臺階越短越好，越有利于施工組織，越有利于施工安全。

通過對東土村隧道和縉云山隧道的研究總結：無論是兩臺階還是三臺階工藝，臺階長度3～5m比較適宜；臺階長度短于3m時，對掌子面穩(wěn)定不利（尤其是圍巖較差的情況下，因為核心土太小了），同時不便于開挖臺車的安全平穩(wěn)擺放對；臺階長度5m～1.5R時，最不利于掌子面的施工組織。確定依據(jù)是能放下開挖臺車或能留住2m預留核心土的最短距離要求。

綜上所述，單臺階長度3～5m、雙臺階長度6～10m時最理想。這樣，如果仰供步距按照35m控制的話，下臺階根部到仰供初支閉環(huán)間的距離就是25～29m，也就是說仰供開挖處至臺階間能夠保證至少25m的平坦作業(yè)面（仰供填充頂面高度）。

五、微臺階施工組織

1.作業(yè)區(qū)區(qū)域劃分

如上圖所示，將微臺階施工的一個隧道掌子面劃分為A、B、C三個作業(yè)區(qū)。即掌子面上導為A作業(yè)區(qū)，左中導和右下B導為B作業(yè)區(qū)，右中導和左下導為C作業(yè)區(qū)。

2.平行作業(yè)

A、B、C三個作業(yè)區(qū)施工工序都是開挖、出渣、支護，三個作業(yè)區(qū)共九道工序，只要三個作業(yè)區(qū)不同時出現(xiàn)同一道工序，就可以把這九道工序施工隨便組合進行。所以，理想的微臺階管理，在掌子面的三個斷面處永遠都是在平行作業(yè)且都在進行不同的工序施工，這是隧道施工組織的最佳狀態(tài)。

只要把臺階上的石渣清理干凈就可以進行支護作業(yè)，所以說出渣不是支護的緊前工序，這兩道工序完全可以平行作業(yè)。這樣，出渣在循環(huán)作業(yè)過程中就不消耗時間了。

3.流水作業(yè)

微臺階管理掌子面施工工藝流程：鉆眼→裝藥→起爆→通風→機械清渣→排險→支護→鉆眼。

出渣和支護之間是平行作業(yè)而不是流水作業(yè)，這是微臺階管理的一大優(yōu)勢。

專業(yè)化班組以三個作業(yè)面為單元進行循環(huán)流水作業(yè)，大大減少了班組的組織上間歇時間。

4.出渣作業(yè)

實現(xiàn)微臺階管理之后，因為臺階較短，所以上中導爆破之后臺階上的存渣量會很少，大部分碎渣都會在爆能作用下滾落到下臺階的底部平面。這樣爆破完通風降塵后，用挖掘機將臺階上的余渣全部扒至下臺階的底部平面，在這個至少25m的作業(yè)面上裝車出渣不影響三個作業(yè)區(qū)域的任何作業(yè)，可以實現(xiàn)出渣和支護平行作業(yè)。

六、微臺階管理效果

1.壓縮循環(huán)時間，縮短工期

隧道施工進度主要取決于掌子面的施工作業(yè)循環(huán)時間，循環(huán)時間是由工作量大小、工序銜接、班組效率等因素決定的。所以本文的觀點是掌子面臺階數(shù)越多，劃分單元的工程量就越小，循環(huán)時間就會越短。微臺階管理將掌子面施工劃分為多個作業(yè)區(qū)實現(xiàn)了平行、流水循環(huán)施工組織，相比常規(guī)的順序作業(yè)循環(huán)要大大壓縮工序的循環(huán)時間，提高了工作效率、縮短了工期。

2.便于仰供施工，確保安全步距

一般要求Ⅳ、Ⅴ級圍巖仰供初支閉環(huán)至掌子面距離不大于35m。實現(xiàn)微臺階管理的話，下臺階緊跟掌子面距，距離仰供開挖面至少25m，仰供開挖是從填充頂面高度開始，開挖工程量僅僅是仰供和仰供填充的工程量，所以施作起來比較簡單，循環(huán)時間較短，容易保證仰供安全步距，確保施工安全。

3.棧橋安裝規(guī)范，確保安全

傳統(tǒng)長臺階施工過程中，大多數(shù)棧橋都是一端放在上一板的仰供填充面上，另一端放在下臺階頂面高度，造成棧橋擺放縱坡過大，留下了巨大的安全隱患，導致車輛在棧橋上側翻到仰拱里面的案例屢見不鮮。

實現(xiàn)微臺階開挖管理之后，棧橋一端落在上一板的仰供填充面上，另一端放在了下臺階底面，這兩個高度是同一高度，所以棧橋幾乎沒有縱坡，安放比較穩(wěn)定，確保安全。

4.逃生管道安裝規(guī)范，不再形同虛設

一般規(guī)定逃生管道安裝是從二襯開始至距離掌子面20m范圍內。長臺階施工逃生管道需要跨臺階才能達到要求，安裝起來比較麻煩，所以大多數(shù)逃生管道都是應付了事、起不到現(xiàn)實作用。

實現(xiàn)微臺階管理，逃生管道只需要直線連接起來用機械牽著往前走就行了，不需要跨臺階就能確保到達距離掌子面20m范圍之內，以確保安全。

5.開挖方法變更靈活，易于控制

因為原設計或設計變更導致開挖方法由全斷面、兩臺階和三臺階之間的轉換，在長臺階施工中就需要把某一作業(yè)面長時間停下來縮小或拉大斷面間距才能實現(xiàn)，但在微臺階管理施工中只需要一兩個循環(huán)就能實現(xiàn)開挖方法的改變。

6.遠離安全紅線，避免被動

通過微臺階管理，可以規(guī)規(guī)矩矩按照設計開挖方式開挖了，逃生管道安裝容易、規(guī)范，開挖布局容易控制，安全步距有了保障……遠離安全紅線，確保了施工安全，避免了管理上的被動。

7.降低了成本，增加了效益

實現(xiàn)微臺階管理，現(xiàn)場規(guī)范了、施工規(guī)矩了、效率提高了……不再需要停工迎檢、停工待檢、停工整改了，作業(yè)班組也不再找理由追要索賠了……跟常規(guī)的施工管理相比，東土村隧道和縉云山隧道通過微臺階管理帶來的經(jīng)濟效益都是以千萬為計的。

七、微臺階管理適用條件及要求

微臺階管理適用于軟弱圍堰的臺階法施工，對施工班組的專業(yè)化水平要求較高，同時對現(xiàn)場管理人員組織能力、協(xié)調能力、業(yè)務水平等綜合素質要求比較高。

八、結論

微臺階施工管理是標準化、精細化施工管理的內在體現(xiàn)，雖說施工組織比較麻煩，但是確實能夠帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益，進一步提升了項目經(jīng)理部的整體管理水平。