公路隧道三臺階七步法施工技術(shù)

張宏偉

山西昔榆高速公路有限公司 山西太原 030006

1 項目背景

此公路工程項目的全線長度是18.37km，起訖樁號是K32+520--K50+890，采用的是雙向四車道，設(shè)計的行車速度是100km/h。此項目包含了一座隧道項目，結(jié)合隧道項目現(xiàn)場地形與地質(zhì)條件等，確定隧道施工選擇三臺階七步法，以“噴+錨+網(wǎng)”等相結(jié)合的模式構(gòu)建初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過鋼筋混凝土實現(xiàn)二次襯砌，同時采用超前小導(dǎo)管注漿、新奧法等實現(xiàn)隧道的安全施工。

2 三臺階七步法技術(shù)原理

三臺階七步法指的是采用超前支護(hù)與開挖面快速封閉等有關(guān)方法，其能夠顯著增強(qiáng)圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，尤其適用于破碎帶自穩(wěn)定性能較弱施工段。同時綜合利用預(yù)留核心土、二次襯砌以及仰拱等方法，能夠?qū)崿F(xiàn)圍巖變形約束，防止圍巖變形趨勢擴(kuò)大，從而提升支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[1]。從三臺階七步法施工方面分析，有效利用支護(hù)結(jié)構(gòu)與各項輔助措施，增強(qiáng)軟弱圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與承載力，將軟弱圍巖從失穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定狀態(tài)，同時閉合成環(huán)初支與二襯都能夠提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保襯砌與圍巖結(jié)構(gòu)的正常使用。

與CD法、CRD法等相關(guān)臺階法對比而言，三臺階七步法具有鮮明優(yōu)勢，如施工階段無需構(gòu)建臨時支撐，且具有大型開挖機(jī)使用條件，能夠保證隧道施工質(zhì)量及安全[2]。

3 臺階七步法施工流程與技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工流程

此項目中三臺階七步法施工流程詳見圖1。

圖1 三臺階七步法施工流程

步驟1是開挖上部弧形導(dǎo)坑。為了能夠保證拱部超前支護(hù)的施工效果，需要采用環(huán)向開挖方式進(jìn)行上部弧形導(dǎo)坑開挖，并合理預(yù)留核心土（一般長度控制為3m至5m，寬度控制為開挖寬度1/3至1/2），結(jié)合初支鋼架間隔距離對開挖施工循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行控制，通常進(jìn)尺≤1.5m[3]。在開挖輪廓確保精準(zhǔn)無誤后，緊接著就要實施混凝土初噴，同時設(shè)置鋼架與復(fù)噴，一直到混凝土厚度符合設(shè)計規(guī)定要求。

步驟2、3，左側(cè)、右側(cè)中臺階開挖。結(jié)合初期支護(hù)鋼架間隔距離情況，合理確定開挖進(jìn)尺（一般≤1.5m），左側(cè)與右側(cè)臺階錯開量應(yīng)控制為2m至3m，待開挖施工完成之后立即進(jìn)行混凝土初噴，然后規(guī)范安裝系統(tǒng)錨桿以及掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，同時接長后實施復(fù)噴。

步驟4、5，左側(cè)、右側(cè)下臺階開挖。結(jié)合初期支護(hù)鋼架間隔距離情況，合理確定開挖進(jìn)尺（一般≤1.5m），左側(cè)與右側(cè)臺階錯開量應(yīng)控制為2m至3m，待開挖施工完成之后立即進(jìn)行混凝土初噴，然后規(guī)范安裝系統(tǒng)錨桿以及掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，同時接長后實施復(fù)噴。

步驟6，上臺階、中臺階、下臺階預(yù)留核心土開挖。嚴(yán)格根據(jù)順序進(jìn)行臺階開挖施工，并高度重視與實施各項檢查工作，確保本臺階無任何質(zhì)量問題之后才能夠?qū)嵤┖罄m(xù)臺階開挖[4]。

步驟7，隧底開挖，建立仰拱初期支護(hù)，同時實施仰拱全環(huán)封閉處理。

3.2 施工要點(diǎn)

超前支護(hù)。綜合分析項目現(xiàn)場地形、地質(zhì)以及水文條件等，然后合理建立超前支護(hù)，并且對超前支護(hù)外插角進(jìn)行控制，以保證超前導(dǎo)管注漿施工效果，從而有效發(fā)揮超前支護(hù)功能，實現(xiàn)公路隧道安全開挖。若是遇到了自穩(wěn)性比較弱的圍巖，通過設(shè)置超前支護(hù)，能夠顯著減小隧道施工安全事故率。

開挖要點(diǎn)。以弧形導(dǎo)坑開挖施工為例，必須順著開挖輪廓線進(jìn)行環(huán)向式開挖，同時合理預(yù)留核心土。結(jié)合項目實際情況選擇“機(jī)械+人工”的開挖組合方式。在開挖施工后需要及時進(jìn)行支護(hù)處理，通過初期支護(hù)連接成為一個封閉環(huán)[5]。實施三臺階七步法開挖過程中應(yīng)結(jié)合具體條件對開挖長度進(jìn)行控制，尤其要重點(diǎn)分析研究圍巖條件，單次開挖量控制是0.6m左右，開挖施工后需要及時初噴混凝土，最大程度上減小圍巖暴露時間，從而防止圍巖發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

監(jiān)測與控制?？紤]到公路隧道項目施工條件尤為復(fù)雜，所以必須重視變形監(jiān)測和控制，根據(jù)具體采集數(shù)據(jù)信息確定圍巖與支護(hù)狀態(tài)，然后合理對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，科學(xué)控制預(yù)留變形量，從而保證隧道圍巖結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定。

施工控制。具體如下：①確保三臺階七步法各步驟之間的有效銜接，嚴(yán)格控制圍巖暴露時間，以增強(qiáng)圍巖結(jié)構(gòu)安全性；②將上臺階開挖工作面作為基本參考，仰拱間距控制為40m；③以保證臺階穩(wěn)定性為前提，合理減小臺階長度；④根據(jù)設(shè)計規(guī)定要求制作鋼架，確保鋼架尺寸精度符合要求。全面清理施工現(xiàn)場，保證基面平整度與穩(wěn)定性符合要求，同時通過墊設(shè)槽鋼或是架設(shè)支架方式房子拱腳懸空。鋼架和鎖腳錨桿必須以焊接方式進(jìn)行連接，以確保安全性；⑤若是出現(xiàn)了超挖段，則采用回填方式恢復(fù)如初，但是初支背后必須無空洞，若是需要可以采用注漿方式進(jìn)行處理；⑥加大項目施工現(xiàn)場防排水處理，以防止積水浸泡拱墻。若是地下水含量比較大，應(yīng)根據(jù)上臺階開挖狀況合理設(shè)置橫向排水溝。

4 安全控制措施

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報

公路隧道項目施工現(xiàn)場條件比較復(fù)雜，一般會包含斷層、軟質(zhì)圍巖等，所以施工之前必須進(jìn)行全面勘察，組織專業(yè)人員負(fù)責(zé)超前地質(zhì)預(yù)報工作，通過地質(zhì)雷達(dá)、鉆探等技術(shù)方式分析研究勘察數(shù)據(jù)，并通過相互驗證實現(xiàn)地質(zhì)情況的準(zhǔn)確判斷，制定合理、可行的處理措施，以最大程度上降低隧道施工安全風(fēng)險。若是實際地質(zhì)條件和地質(zhì)預(yù)報結(jié)果不相符，則應(yīng)上報設(shè)計單位并進(jìn)行現(xiàn)場核實，結(jié)合具體狀況調(diào)整方案，從而保證隧道安全施工。

4.2 圍巖監(jiān)控量測

從公路隧道項目施工方面分析，監(jiān)控量測直接決定著隧道施工安全及質(zhì)量。通過監(jiān)控量測能夠結(jié)合具體數(shù)據(jù)情況準(zhǔn)確判斷圍巖狀態(tài)，為支護(hù)施工提供有效的參考依據(jù)，實現(xiàn)初期支護(hù)各項參數(shù)的動態(tài)調(diào)整。監(jiān)控量測必須保證持續(xù)性，安排專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)，并采用先進(jìn)監(jiān)測方式，確保各項數(shù)據(jù)真實、有效、準(zhǔn)確。針對淺埋圍巖等特殊段必須增加監(jiān)控量測頻率，以免淺埋圍巖出現(xiàn)變形等情況。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)對開挖循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行合理調(diào)整，若是條件允許則可以縮短臺階開挖長度，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行支護(hù)施工，從而實現(xiàn)公路隧道安全施工。

4.3 綜合控制措施

首先認(rèn)真做好技術(shù)交底工作，高度重視項目全體施工技術(shù)人員的崗前教育培訓(xùn)工作，切實提升其質(zhì)量、安全意識，精準(zhǔn)把握三臺階七步法技術(shù)要點(diǎn)，規(guī)范施工。其次每循環(huán)施工都必須完成測量放樣工作，從而防止出現(xiàn)超挖、欠挖問題。定期檢查提前布設(shè)的測量控制點(diǎn)，采取一系列措施有效保護(hù)測量控制點(diǎn)，尤其要保證隧底下沉與上鼓時不會損壞測量控制點(diǎn)。

5 結(jié)語

文章結(jié)合公路工程隧道項目實際情況，簡要分析了三臺階七步法施工技術(shù)原理，綜合分析了三臺階七步法施工流程及技術(shù)要點(diǎn)，然后提出了施工安全控制措施。研究表明，此公路隧道項目采用三臺階七步法合理、可行，而且實現(xiàn)了公路隧道安全施工，保證了公路隧道施工質(zhì)量，為類似隧道項目施工提供了借鑒。