級圍巖隧道微臺階開挖施工工法

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1、Ⅳ、Ⅴ級圍巖隧道微臺階開挖施工工法1．前言新奧法隧道施工方法自上世紀(jì)六十年代末被引入到我國，七、八十年代得到迅速發(fā)展，九十年代開始被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前使用最廣泛的隧道施工方法。新奧法施工一般有全斷面法、臺階法、分部開挖法。全斷面法開挖主要適用于Ⅰ～Ⅲ級硬質(zhì)圍巖；臺階法主要適用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級中等硬度圍巖；分部開挖法主要適用于Ⅴ、Ⅵ級以下軟弱圍巖地質(zhì)條件。臺階法施工又分為長臺階、短臺階法，對于自穩(wěn)較好的Ⅲ、Ⅳ級圍巖常采用長臺階法，上臺階長度超過50m；短臺階法適用偏軟的Ⅳ、Ⅴ級圍巖，上臺階長度為5～50m；圍巖穩(wěn)定性較差時，臺階長度應(yīng)控制在一倍洞徑。近年來，國內(nèi)外隧道施工過程中發(fā)生多起坍

2、塌事故，造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。調(diào)查統(tǒng)計表明，發(fā)生這些事故的主要原因是隧道開挖臺階長度過長、初期支護(hù)未及時封閉成環(huán)和二次襯砌未及時跟進(jìn)導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)造成。為了控制和降低鐵路隧道施工安全事故，鐵道部對仰拱與掌子面的距離要求越來越嚴(yán)格，《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（TB10304-2009）規(guī)定：III級圍巖中仰拱與掌子面的距離不得超過90m，IV級圍巖不得超過50m，V級及以上圍巖不得超過40m.鐵道部《關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》（鐵建設(shè)[2010]120號）文件對隧道開挖掌子面與仰拱、二襯之間的距離做出強(qiáng)制性規(guī)定:隧道開挖后初期支護(hù)

3、應(yīng)及時施作并封閉成環(huán)，IV、V、VI級圍巖仰拱封閉位置距離掌子面不得大于35m，IV級圍巖二次襯砌與掌子面距離不大于90m；V、VI級圍巖二襯與掌子面距離不大于70m。無論圍巖的穩(wěn)定性如何，采用長臺階法施工，都難以滿足上述工序安全距離的強(qiáng)制性規(guī)定；采用長度大于20m的短臺階法施工時，受變臺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超標(biāo)；采用長度小于20m的短臺階法施工時，雖然能滿足工序安全距離的要求，但因為上臺階作業(yè)空間窄小，工序間相互干擾嚴(yán)重，機(jī)械設(shè)備的工作效率大大受阻，施工進(jìn)度緩慢。本文所介紹的Ⅳ、Ⅴ級圍巖隧道微臺階開挖施工工法，有效地解決了上述問題，即保障了隧道

4、施工安全，也提高了施工進(jìn)度。2．工法特點2.1只需要在原有的全斷面或半斷面開挖臺架上增設(shè)拼裝式懸臂平臺供微臺階鉆眼、噴砼作業(yè)使用，不需增加其它設(shè)備；2.2上下臺階同時鉆眼、放炮、出碴；3.3上下導(dǎo)坑部分工序可平行作業(yè)，節(jié)約時間。上導(dǎo)微臺階初噴后，可集中作業(yè)人員打錨桿、安鋼架；上導(dǎo)拱架安裝后，作業(yè)人員撤至下導(dǎo)打錨桿、安鋼架，上導(dǎo)可同時進(jìn)行噴砼作業(yè)；3.4開挖作業(yè)占用空間減少，工序間相互干擾降低，仰拱、二襯等后繼工序距掌子面的距離可控制在30～35m，滿足強(qiáng)制性規(guī)定要求；3.5較之短臺階開挖法，微臺階法施工進(jìn)度明顯加快。在滿足工序安全步距的前提下，若采用短臺階法施工，Ⅳ級圍巖月進(jìn)度最快

5、能達(dá)70m；采用微臺階法施工，月進(jìn)度可保證80～90m，圍巖變化不大、工序銜接正常情況下，月進(jìn)度最快可達(dá)90m。3．工藝原理隧道微臺階開挖工法由全斷面和短臺階開挖工法衍變而來，利用一個開挖臺架完成上下導(dǎo)坑鉆眼、裝藥，同時起爆、同時出碴，以此縮短工序間的銜接時間差，同時給后續(xù)工序仰拱施工提供更大的空間，縮小了掌子面與仰拱之間的距離，保證了隧道工序安全步距滿足鐵道部相關(guān)強(qiáng)制性規(guī)定要求，保障了隧道施工安全和進(jìn)度。4．施工工藝流程及操作要點4.1微臺階法開挖及支護(hù)作業(yè)工藝流程如圖4.1。4.2操作要點4.2.1上下臺階長度、高度確定：上臺階長度為3～5米，高度為4.0米，下臺階高度為6.2

6、m，微臺階法開挖立面、縱斷面圖見圖4.2.1。4.2.2施工臺架加工微臺階施工臺架可用原有的半斷面或全斷面施工臺架改裝而成，需要在臺架掘進(jìn)前進(jìn)方向增加懸臂操作平臺，參見圖4.2.2-1圖4.2.2-2。圖4.1微臺階法開挖及支護(hù)作業(yè)工藝流程4.2.4施工順序說明（1）IV級圍巖每循環(huán)開挖進(jìn)尺2m，V級圍巖每循環(huán)開挖進(jìn)尺0.8m；（2）平行作業(yè)工序為：上臺階初噴、打錨桿、立架、掛網(wǎng)工序與出碴工序同時進(jìn)行，上臺階噴砼與下臺階初噴、打錨桿、立架、掛網(wǎng)同時進(jìn)行；5．質(zhì)量控制5.1鉆孔：鉆眼時嚴(yán)格按爆破設(shè)計布孔，由于上臺階拱腳處易出現(xiàn)欠挖或超挖，該處周邊眼加密布置，控制在35～40cm之間，

7、掏槽眼采用楔形掏槽；5.2裝藥：為控制超欠挖，應(yīng)按光面爆破控制裝藥量，周邊眼采用間隔裝藥方式；5.3起爆順序：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼，底板眼可較常規(guī)裝藥量大，目的是起到拋碴作用；5.4噴射砼：為確保噴射砼的強(qiáng)度質(zhì)量，采用濕噴砼，濕噴砼的坍落度控制在12～16cm，同時還可降低粉塵和回彈量。6．安全控制6.1采用微臺階法施工時，上下臺階平行推行，為防止下臺階開挖后上一循環(huán)上臺階已施作的初期支護(hù)產(chǎn)生掉拱現(xiàn)象，鎖腳錨桿及系統(tǒng)錨桿必須嚴(yán)格按設(shè)計施工。同時，上臺階必須保