粘土隧道三台阶七步开挖机械作业施工

2011-08-15廖芬

山西建筑 2011年17期

廖芬

粘土地质常见于我国西北、西南地区，由于粘土自身承载力低、遇水极易产生坍塌等特点，因此粘土隧道往往是设计、监理和施工单位的重点监控对象，本文就笔者参与建设的新一平浪隧道工程实例介绍粉质粘土隧道施工技术。

1 工程实例

新一平浪隧道位于云南省楚雄州境内，隧道处于丘陵地段，地表植被发育，地下水丰富。在隧道施工过程中揭示的地质主要有青灰色或褐黄色的粉质粘土，约占施工段落的70%，其余30%为泥岩夹砂岩，裂隙水发育，开挖后极易产生坍塌、涌水突泥等地质灾害。隧道开挖断面宽度为16.3m，高度为9.6m，根据隧道断面划分开挖台阶的高度，上台阶高度设置为3.0 m，预留核心土高度为1.2 m～1.5 m，中台阶高度设置为3.2 m，下台阶高度设置为3.4 m。中台阶左右作业平台宽度设置为3.2 m～4.0 m。

“三台阶七步流水开挖作业法”要求在隧道全断面划分的七个部分，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部支护，最后形成支护整体。我们根据新一平浪隧道的具体情况，考虑粉质粘土地质情况下进行无爆破施工，对施工步骤和方法进行了调整，很好的适应了施工。下面重点介绍开挖支护工序。

1.1 施工工序

第一步，先对上导坑进行开挖并预留核心土，为挖掘机开挖创造作业空间，形成开挖作业面之后对挖机斗进行改装，在挖机斗上安装一块长1.5 m，宽0.3 m的钢板(见图1)，初期支护背后开挖盲区采用改装后的挖机进行开挖作业，开挖作业时，开挖工班长现场进行指挥，控制开挖进尺及开挖轮廓。指挥机械避免对已支护好的钢架及喷射混凝土碰损，同时对掌子面围岩进行观察、记录。上导坑每循环进尺约0.8 m～1.6 m。人工简单进行风镐修整，超欠挖偏差能控制在3 cm之内。第二步，对中台阶左侧边墙进行开挖。并在上台阶进行初喷、立架作业。第三步，中台阶右侧开挖，对中台阶左侧进行初喷及立架作业，上台阶进行喷射混凝土作业。第四步，下台阶左侧及上、中台阶的核心土开挖，对中台阶左侧进行立架及支护作业。第五步，下台阶右侧开挖，对中台阶进行喷射混凝土作业和下台阶右侧的立架作业。第六步，第三台阶右侧边墙进行开挖，开挖完成之后进行支护作业。第七步，仰拱开挖支护作业。应控制仰拱与掌子面的安全距离，现行的规定一般是Ⅴ级围岩安全距离为30 m。

1.2 劳动力配置

由于隧道内无爆破作业，风枪班只负责进行超前小导管及锚杆的打设，配置六台风枪10人;支护班人员配置为立架及安装钢筋网10人，喷锚四台，喷锚机16人，共26人;出碴班人员配置为挖机1人，装载机1人，驾驶员4人。

1.3 作业控制要点

1)上台阶开挖进尺以1榀～2榀钢拱架间距为宜。上台阶断面开挖应预留长度约2 m～3 m，宽度为2.5 m的核心土，严格控制拱部开挖量。严禁欠挖，避免超挖。预留核心土作为支护作业平台，在核心土与中下台阶之间的通道必须通畅，形成逃生应急通道。2)中、下断面开挖应采用先开挖中心土(与各台阶顺接)，两侧错开跳槽开挖，并严格控制开挖进尺，严禁长距离开挖。3)掌子面距仰拱最大距离不超过30 m，仰拱距二衬最大距离不超过40 m。4)超前小导管作业前，应先标出设置线，并按设计对管位要求进行布眼。5)钢拱架严格按设计要求加工，加工剩料不允许焊接使用，拱顶部位不允许有接头。法兰盘的焊缝厚度应大于2 cm，且焊缝饱满，不得有砂眼。钢拱架应与围岩紧密相贴，如不能紧贴时，应按规范要求，用高标号混凝土预制块填塞顶实，其点数单侧不得小于8个接触点，以确保其整体受力。在钢拱架、锚杆的作业(质量及数量)等隐蔽工程验收合格之后及时进行喷射混凝土。6)锁脚锚杆按设计长度、数量，随钢拱架的作业及时跟进，且要通过连接筋焊接在钢拱架上，确实做到锁脚作用，防止钢拱架下沉。7)钢筋网片必须先在洞外定型加工，且每片加工面积不宜小于1 m2，然后在洞内安装，且相互之间的搭接长度不应小于一个网格。钢筋网片要与钢拱架焊接。8)系统锚杆的工作台可放在上导坑核心土的后面，系统锚杆一定要使用垫板，垫板焊接在钢拱架的腹部，以便加强钢拱架的稳定性，提高其刚度。9)仰拱开挖后，要立即将地下渗水抽走，严禁地基被水浸泡，必要时可采用C25喷射混凝土及时封闭。10)初支排水管必须在富水地段，应根据渗水位置设置。在喷射混凝土中打孔，将水引出后用半管排走。11)隧道穿越浅埋段时，应对地表进行预注浆。地表注浆以前，应先在地表设置排水沟，排水固结后将地表分层夯实，且封闭地表，确保注浆效果能满足施工安全要求。

2 注意事项

1)超前地质预报，在粘土地质隧道施工中，极易发生突水突泥等地质灾害，在常规的超前探测如超前钻孔、地质调查等手段外，应积极采取超前雷达地质预报，红外探测预报等先进的探测工具，并严格按照地质预报报告制定相应的开挖进尺控制。2)沉降观测，在新奥法隧道施工工艺诞生以来，围岩沉降观测是指导隧道施工的重要手段，特别是软弱围岩隧道施工中，沉降观测信息的及时反馈能有效、快速的反映围岩在开挖、支护、仰拱施工工序进行和完成之后的稳定性变化，为下步施工带来指导和参照。3)完善供、排水系统，由于粘土地质遇水弱化，在墙角遭受浸泡之后极易产生坍塌，如不能及时对掌子面、仰拱端的积水抽排，极易产生沉降，导致初期支护变形，严重时可导致衬砌净空不足、坍塌等严重后果。因此在掌子面、仰拱端头距边墙1.5 m处设置积水井，安排专人进行抽排水管理。4)仰拱施工时控制仰拱开挖长度，一般不宜超过5 m，开挖后应立即与边墙的初期支护闭合成环，及时施作仰拱和仰拱填充混凝土，严禁长时间暴露不闭合。如掌子面发生地质突变或出现涌水、坍塌等险情时，应立即停止掌子面掘进，中台阶和下台阶施作临时仰拱，在距下台阶2 m处施作2 m～4 m长仰拱。5)完善救生管、应急救援设施和隧道内的通讯设施，一旦发生险情，可迅速启动应急方案，将事故损失降到最低。

3 取得成果

通过合理组织，专业化、机械化配置，科学的施工组织，在2008年1月～2010年4月，长达1 800 km的V级围岩、265 m的Ⅳ级围岩的段落施工过程中，在要求工期内顺利完成施工任务，未发生一起安全事故，特别是在穿越隧顶马槽水库段落时，在埋深不到10 m、存在严重偏压170 m地段时，通过控制开挖进尺、及时闭合支护等手段，安全顺利的通过该段落。

严格的过程控制，从开挖、支护、衬砌等环节加强过程监控，特别是对衬砌背后防排水施工环节的监控，减少了质量隐患并发。

在粉质粘土地质段落的施工中，采用无爆破机械开挖，取得月进度达到90 m的成绩。相对于同等围岩条件下采用双侧壁开挖施工工艺，不仅在工艺上规避安全风险，而且在项目效益方面节约火工品费用约30万元，节约人工费用20万元，由于段落的开挖基本上能实现“零超挖”，降低了项目的成本。