三台阶七步流水作业法在特长隧道中的应用

2011-04-14陈永

山西建筑 2011年8期

陈永

1 工程概况

太古高速公路西山隧道位于吕梁山脉东翼的石千峰山北麓,属全线重点、难点、控制性工程,为目前全国在建最长公路隧道。隧道设计为两座双行单洞,左线全长为 13 654 m,右线全长为13 570m,中铁十二局集团承建的太古高速公路S2标段起讫里程为K 0+900～K7+550,路线全长6.65 km,其主要工程西山隧道进口端左线隧道全长 6 544m,右线隧道全长 6 540m,1号竖井全长 346.8m,1号斜井全长763m,坡度为 25°,隧道围岩为第四系黄土、碎石土、石炭系薄～中厚状泥(页)岩、砂岩和奥陶系中统峰峰组()角粒状、团块状、蜂窝状泥灰岩、石灰岩、白云质灰岩,隧道地质条件复杂,施工区存在瓦斯、涌水、17条断裂破碎带与采空区。工程工期为 34个月(含冬季施工),由于隧道地质复杂,独头掘进距离长等因素,造成施工工期十分紧张。

西山隧道进口工区承担左右洞各 4.5 km的施工任务,任务重,战线长、通风排烟难度大,左右线洞口各 700m围岩均为Ⅴ级加强段与Ⅴ级深埋段,施工过程中要通过 11条断裂破碎带,如何在保证安全与质量的前提下快速顺利的通过洞口段加强段围岩对工程工期起着决定性的作用。

2 施工方法的优化

2.1 双侧壁导坑法的缺点

1)限制了大型施工机械的使用,降低了工效。

2)在软、硬围岩相间的隧道,施工方法的调整时间很长。

3)临时施工支护多,投入大,不经济。

4)施工中工序间相互干扰较大。

2.2 三台阶七步作业法施工特点

三台阶七步开挖法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式,分上、中、下三个台阶七个开挖面,各部位的开挖与支护采用沿隧道纵向错开,并行推进的隧道施工方法,它具有如下技术特点:

1)施工空间大,方便机械化施工,可以多作业面平行作业,部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖,功效较高。

2)在地质条件发生变化时,便于灵活及时地转换施工工序,调整施工方法。

3)适应不同跨度和多种断面形式,初期支护操作便捷。

4)在台阶法施工开挖的基础上,预留核心土左右错开开挖利于工作面的稳定。

5)当围岩变形较大或突变时,在保证安全和满足净空要求的前提下,可尽快调整闭合时间。

西山隧道左右线进口段Ⅴ级加强段围岩设计开挖方法为双侧壁导坑法,我部在经过对设计图纸与围岩情况的多方面的研究与考虑后,在确保安全与质量的前提下,通过优化施工方案,加强初期支护,决定用三台阶七步流水作业法取代设计的双侧壁导坑开挖方法。

3 施工过程

3.1 三台阶七步作业法

三台阶七步作业法开挖步骤见图 1。

3.2 三台阶七步流水法的施工步骤

第 1步:开挖上部弧形导坑:在拱部超前支护后进行,环向开挖上部弧形导坑,预留核心土,核心土长度宜为 3m～5m,宽度宜为隧道开挖宽度的 1/3～1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5 m,开挖后立即初喷3 cm～5 cm混凝土封闭。上台阶开挖矢跨比应大于 0.3,开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护。

第 2,3步:开挖左、右侧中台阶:开挖高度一般为 3 m～3.5m,左、右侧台阶错开2m～3m,开挖后立即初喷3 cm～5 cm混凝土封闭,及时进行喷、锚、网系统支护。

第 4,5步:开挖左、右侧下台阶:开挖高度一般为 3 m～3.5m,左、右侧台阶错开2m～3m,开挖后立即初喷3 cm～5 cm混凝土封闭,及时进行喷、锚、网系统支护。

第 6步:开挖核心土:分别开挖上、中、下台阶预留核心土,开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

第7步:隧底开挖:每循环开挖长度宜为2m～3m,开挖后及时施作仰拱初期支护,完成两个隧底开挖、支护循环后,及时施作仰拱,仰拱分段长度宜为 4m～6m。

4 三台阶七步开挖法施工控制要点

1)三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接,工序安排应紧凑,尽量减少围岩暴露时间,避免因长时间暴露引起围岩失稳。a.全断面初期支护闭合时间宜控制在 15 d左右。b.仰拱距上台阶距离应控制在 30m～40m。c.二次衬砌距上台阶距离应控制在 60m以内。2)在满足作业空间和台阶稳定的前提下,应尽量缩短台阶长度,核心土长度应控制在 3 m～5m,宽度宜为隧道开挖宽度的 1/3～1/2。3)三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度,根据围岩地质情况,合理确定循环进尺,每次开挖长度不得超过1.5m;开挖后立即初喷3 cm～5 cm混凝土,以减少围岩暴露时间。4)严格按设计要求施作超前支护,控制好超前支护外插角,严格按注浆工艺加固地层,保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。5)隧道周边部位应预留 30 cm人工开挖,其余部位应采用机械开挖,局部需要爆破时,必须采用弱爆破,不得超挖。施工时应严格控制装药量,减少对围岩的扰动。6)中、下台阶左、右侧开挖应错开,严禁对开,左右侧错开距离宜为 2m～3m。7)钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上,严禁拱(墙)脚悬空或采用虚碴回填,钢架应与锁脚锚杆(管)焊接牢固。8)隧道超挖部位必须回填密实,严禁初支背后存在空洞。必要时初支背后应进行注浆充填,保证初期支护与围岩密贴。9)施工中控制变形的措施有:增加锁脚锚杆(管)、增设钢架拱(墙)脚部位纵向连接筋、扩大拱(墙)脚基础、增设拱(墙)脚槽钢垫板等。10)应加强监控量测工作,根据量测结果,及时调整支护参数,确定二次衬砌施作时间,进行信息化管理。11)完善洞内临时防排水系统。当地层含水量大时,在上台阶开挖工作面附近开挖横向水沟,将水引至两侧排水沟排出洞外。12)隧道施工应加强洞内通风,作业环境应符合职业健康及安全标准。