平寨隧道进口Ⅳ、Ⅴ级围岩微台阶施工技术

刘 刚

(中铁二局贵广铁路指挥部，贵州都匀558000)

2010年上半年，我国在建铁路隧道出现几次大的掌子面坍方关门事故，铁道部为进一步解决隧道安全施工问题，于2010年7月27日下发了《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》即(铁建设(2010)120号)文件，该文件要求:Ⅳ、Ⅴ级围岩的仰拱距掌子面距离≤35 m，二衬距掌子面距离≤90 m。而目前国内Ⅳ、Ⅴ级围岩的施工基本上采用长台阶法，即台阶长度为35～45 m。

1 微台阶施工技术推行原因

为解决Ⅳ、Ⅴ级围岩:仰拱距掌子面距离≤35 m的硬性指标，必须采用短台阶或微台阶，而如果使用短台阶，上下台阶分开施工使用两个台车，导致上下台阶不能同时施工，严重影响施工进度，技术人员经过认真研究和比选，认为推行微台阶是唯一主动解决问题的最好方式。

2 微台阶施工技术

2.1 微台阶施工原理

通过设计一整体钻爆台架，使得上下断面平行交错作业，从而达到满足安全距离、加快施工进度的目的，优点是既满足安全距离，又可加快施工进度，缺点是各施工工序必须严格按设计施作，对安全质量有较高要求。

2.2 微台阶尺寸

根据隧道断面，结合现场，经过多次试操作和计算确定台阶尺寸为:Ⅳ级围岩台阶长度约4m，Ⅴ级围岩台阶长度为3.2 m，上台阶高度统一为4.0 m(图1、图2)。

图1 隧道开挖断面(cm)

2.3 钻爆台架情况

图2 开挖工况示意(m)

为采用微台阶工艺，技术人员设计专用钻爆台车，如图3。

图3 开挖台架

1.开挖台架主要采用I20b工字钢作为主骨架，两侧平台采用I18工字钢。

2.站人平台满铺钢筋网，钢筋网主骨架采用22钢筋，其余采用8钢筋，网眼间距10*10 cm。

3.图中I20b表示用I20b工字钢进行双合。

2.4 光面爆破设计

良好的光面爆破设计是确保Ⅳ、Ⅴ级围岩微台阶开挖工艺获得成功的重要一环，我们在平寨隧道进口专门针对微台阶进行了Ⅳ、Ⅴ级围岩光面爆破设计，经现场试验和多次调整后，得出Ⅳ、Ⅴ级围岩的爆破设计经验参数:掏槽采用斜眼掏槽，共3排，炮眼孔距及排距均采用50 cm，掏槽开口宽度为4 m。Ⅳ级围岩每循环按2 m考虑，钻爆时间约240 min，Ⅴ级围岩每循环按1.6 m考虑，钻爆时间约180 min，掏槽孔加深20 cm，周边眼、辅助眼及底板眼超深10 cm，起爆顺序为:掏槽眼—辅助眼—周边眼—底板眼。周边眼间距不超过50 cm，上台阶布设91个眼、10台风钻，下台阶布设90个炮眼，8台风钻。通过对光爆设计不断总结和调整，使平寨隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖获得了良好的光爆效果。

2.5 施工工序顺序

(1)Ⅳ级围岩每循环开挖进尺3 m，Ⅴ级围岩每循环开挖进尺1.6 m;

(2)经过现场不断实践和更新，总结出平寨隧道进口工序作业顺序为:台架就位→钻爆→上台阶翻碴→上台阶立架、挂网、打锚杆(出碴过程同时进行)→出碴→下台阶立架、挂网、打锚杆→上台阶喷混凝土(出完碴后立即进行)→下台阶喷混凝土→下一循环开始;

(3)平行作业时间工序为:上台阶立架、挂网、打锚杆工序与出碴工序同时进行，上台阶喷混凝土与下台阶立架、挂网、打锚杆同时进行，上道工序完成前0.5 h提前作好下道工序施工准备。

2.6 各工序基本循环时间

经过摸索和探讨，认真分析统计各道工序完成时间，找出影响工序时间的因素并加以完善，总结出最合理的隧道进口Ⅳ、Ⅴ级围岩微台阶施工各工序作业时间和整个开挖循环作业时间(表1、表2)。

从循环时间的统计及施工实际看，除台架就位、挖机翻碴、出碴三个工序的时间基本上固定外，其余工序时间波动性比较大，用时较悬殊，分析原因为:

(1)上台阶钻爆时间不稳定，每循环的此工序时间相差较大，主要为偶尔出现补炮、围岩破碎成孔困难等产生差别;

(2)立拱架及打锚杆时间不稳定，主要在于围岩破碎，成孔困难，钻锚杆孔及装锚杆时间过长;

(3)喷混凝土时间不稳定，每循环的此工序时间相差较大，因个别地段围岩破碎，存在滑层产生超挖导致喷混凝土量增大引起的时间过长。

2.7 人员配置

平寨隧道进口隧道开挖及支护人员配置如表3。

表3 平寨隧道进口开挖支护作业人员配置

2.8 设备配置

为满足现场施工需要，平寨隧道进口隧道开挖及支护设备配置如表4。

表4 平寨隧道进口开挖支护作业机械设备配置

续表4

2.9 安全质量控制

(1)因采用微台阶法施工，上下台阶平行推行，为防止上一循环上台阶已施作的初期支护在下台阶开挖后出现掉拱现象，锁脚锚杆及系统锚杆必须严格按设计施工。同时，上台阶必须保证至少有一榀钢架不被下台阶开挖时形成悬空，这是确保本方案能顺利实施的关键，在施工中必须严格控制下台阶的开挖进尺。

(2)各道工序施工质量必须满足设计及规范的有关要求，喷混凝土背后严禁存在空洞现象。

(3)因掌子面存在部分工序的交叉作业，人员、机械处于一个作业面施工，施工中人员进出必须按统一的线路进行，待指挥人员指挥机械停止后方能进入或走出作业面。

(4)开挖台架在移动过程中，台架周边10 m范围严禁站人。台架行走路线尽量平顺，以防台架在移动过程中倾覆。

平寨隧道微台阶施工技术解决了Ⅳ、Ⅴ级围岩安全距离难以达标的问题，同时加快了施工进度，形成了良好的施工形象，对国内类似隧道施工有一定借鉴性。