隧道微臺(tái)階開(kāi)挖施工工法

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1、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖隧道微臺(tái)階開(kāi)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(guó)，七、八十年代得到迅速發(fā)展，九十年代開(kāi)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(tái)階法、分部開(kāi)挖法。全斷面法開(kāi)挖主要適用于Ⅰ～Ⅲ級(jí)硬質(zhì)圍巖；臺(tái)階法主要適用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)中等硬度圍巖；分部開(kāi)挖法主要適用于Ⅴ、Ⅵ級(jí)以下軟弱圍巖地質(zhì)條件。臺(tái)階法施工又分為長(zhǎng)臺(tái)階、短臺(tái)階法，對(duì)于自穩(wěn)較好的Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖常采用長(zhǎng)臺(tái)階法，上臺(tái)階長(zhǎng)度超過(guò)50m；短臺(tái)階法適用偏軟的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，上臺(tái)階長(zhǎng)度為5～50m；圍巖穩(wěn)定性較差時(shí)，臺(tái)階長(zhǎng)度應(yīng)控制在一倍洞徑。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外隧道施工過(guò)程中發(fā)生多起坍

2、塌事故，造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)生這些事故的主要原因是隧道開(kāi)挖臺(tái)階長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、初期支護(hù)未及時(shí)封閉成環(huán)和二次襯砌未及時(shí)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(duì)仰拱與掌子面的距離要求越來(lái)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(jí)圍巖中仰拱與掌子面的距離不得超過(guò)90m，IV級(jí)圍巖不得超過(guò)50m，V級(jí)及以上圍巖不得超過(guò)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(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》（鐵建設(shè)[2010]120號(hào)）文件對(duì)隧道開(kāi)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(kāi)挖后初期支護(hù)

3、應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)，IV、V、VI級(jí)圍巖仰拱封閉位置距離掌子面不得大于35m，IV級(jí)圍巖二次襯砌與掌子面距離不大于90m；V、VI級(jí)圍巖二襯與掌子面距離不大于70m。無(wú)論圍巖的穩(wěn)定性如何，采用長(zhǎng)臺(tái)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(zhǎng)度大于20m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20m的短臺(tái)階法施工時(shí)，雖然能滿足工序安全距離的要求，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)備的工作效率大大受阻，施工進(jìn)度緩慢。本文所介紹的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖隧道微臺(tái)階開(kāi)挖施工工法，有效地解決了上述問(wèn)題，即保障了隧道

4、施工安全，也提高了施工進(jìn)度。8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2．工法特點(diǎn)2.1只需要在原有的全斷面或半斷面開(kāi)挖臺(tái)架上增設(shè)拼裝式懸臂平臺(tái)供微臺(tái)階鉆眼、噴砼作業(yè)使用，不需增加其它設(shè)備；2.2上下臺(tái)階同時(shí)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(shí)間。上導(dǎo)微臺(tái)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(shí)進(jìn)行噴砼作業(yè)；3.4開(kāi)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

5、性規(guī)定要求；3.5較之短臺(tái)階開(kāi)挖法，微臺(tái)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(tái)階法施工，Ⅳ級(jí)圍巖月進(jìn)度最快能達(dá)70m；采用微臺(tái)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．適用范圍主要適用于設(shè)計(jì)建議臺(tái)階法施工的圍巖段。4．工藝原理隧道微臺(tái)階開(kāi)挖工法由全斷面和短臺(tái)階開(kāi)挖工法衍變而來(lái)，利用一個(gè)開(kāi)挖臺(tái)架完成上下導(dǎo)坑鉆眼、裝藥，同時(shí)起爆、同時(shí)出碴，以此縮短工序間的銜接時(shí)間差，同時(shí)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。

6、5．施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1微臺(tái)階法開(kāi)挖及支護(hù)作業(yè)工藝流程如圖5.1。5.2操作要點(diǎn)5.2.1上下臺(tái)階長(zhǎng)度、高度確定：上臺(tái)階長(zhǎng)度為3～5米，高度為4.0米，下臺(tái)階高度為6.2m，微臺(tái)階法開(kāi)挖立面、縱斷面圖見(jiàn)圖5.2.1。5.2.2施工臺(tái)架加工微臺(tái)階施工臺(tái)架可用原有的半斷面或全斷面施工臺(tái)架改裝而成，需要在臺(tái)架掘進(jìn)前進(jìn)方向增加懸臂操作平臺(tái)，參見(jiàn)圖5.2.2-1圖5.2.2-2。8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5.1微臺(tái)階法開(kāi)挖及支護(hù)作業(yè)工藝流程圖5.2.1微臺(tái)階法開(kāi)挖立面、縱斷面圖8　

7、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5.2.2-1微臺(tái)階法工況示意圖圖5.2.2-2微臺(tái)階施工臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5.2.3爆破設(shè)計(jì)圖5.2.3-1IV級(jí)圍巖微臺(tái)階施工爆破設(shè)計(jì)圖圖5.2.3-2V級(jí)圍巖微臺(tái)階施工爆破設(shè)計(jì)圖5.2.4施工順序說(shuō)明（1）IV級(jí)圍巖