浅埋软弱围岩微台阶法施工技术

田涛

摘要：在施工过程中，通过整合全断面和短台阶开挖工法进而形成隧道微台阶开挖工法，这种方法在一定程度上保证了隧道施工的安全，提高了施工的进度。本文通过阐述微台阶法工艺原理和优势，同时对施工工艺流程及操作要点进行分析，为隧道施工提供参考依据。

关键词：微台阶法 隧道施工 创新

1 工程概况

由本公司承建的呼家壕隧道位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗新街镇境内，起讫里程为DK5+450～DK9+

293，全长3843m。其中Ⅴ级围岩3467m，Ⅵ级围岩214m，明洞162m。全隧共设两个斜井，1号、2号斜井与正洞相交里程分别为DK7+200和DK8+150，均在线路左侧。隧道全部位于直线上，其中DK5+450～DK6+300段850m为4.6‰的上坡，DK6+300～DK9+293段2993m为5.4‰的下坡。

本隧道为国铁Ⅱ级单线隧道，隧道净空为31.72m2（4.6m*6.79 m）。隧道进出口分布有风积沙，洞身最大埋深约50m，洞身围岩以红砂岩为主，强风化～弱风化，地下水主要是围岩裂隙水，红砂岩遇水软化崩解，极易造成掌子面围岩坍塌甚至冒顶。设计要求Ⅴ级围岩采用台阶法施工，Ⅵ级围岩采用环形开挖预留核心土法施工，上下台阶间距3～5m。综合以上问题考虑，呼家壕隧道采用微台阶开挖施工方法。

2 微台阶法工艺原理及优势

在隧道施工过程中，通过整合和改进全断面和短台阶开挖工法形成微台阶法，通过采用开挖台架，对上下导坑完成钻眼和装药处理，同时进行起爆、出碴操作，工序之间的衔接在一定程度上明显缩短，为后续施工提供广阔的空间，并且明显缩短了掌子面与仰拱之间的距离，满足了隧道工序安全步距的要求，同时也符合了铁道部强制性的规定，确保了隧道施工的安全性和施工的进度。微台阶法的优势主要表现在：①只需将拼装式悬臂平台设置在原有的全断面或半断面开挖台架上，进而供微台阶钻眼和喷砼使用。②便于上下台阶的钻眼、放炮、出碴等操作同时进行；通过平行作业方式对上下导坑部分工序进行处理，操作时间明显缩短。当完成上导微台阶初喷后，对锚杆和钢架集中作业人员进行处理；上导拱架安装完成后，对下导锚杆和钢架进行处理，与此同时对上导进行喷砼作业。③开挖施工过程中，施工占用空间明显减少，各工序之间的相互干扰明显降低，在一定程度上将仰拱、二衬等与掌子面之间的距离控制在30～35m，进而满足相关规定的强制性要求。④微台阶法与短台阶开挖法相比，其优势在于施工速度快。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 微台阶法开挖及支护作业操作流程：开始→开挖台架就位→上下台阶钻眼→上下台阶爆破→上台阶翻碴→上导初喷（出碴、下导喷锚）→上导锚杆、立架（下导锚杆、立架）→上导喷锚（下导喷砼）→进入下一循环

3.2 操作要点：

3.2.1 确定上下台阶长度、高度。结合工程的实际情况，上台阶的长度和高度分别为3～5m和4.75m，下台阶高度4.38m，如图1所示，微台阶开挖立面、纵断面。

图1 微台阶法开挖立面、纵断面图

3.2.2 加工施工台架。通过改装原有的半断面或全断面的施工台架，进而形成新的微台阶施工台架，在掘进前进方向上，需要在台架增设相应的悬臂操作平台，如图2所示：

图2 微台阶法工况示意图

4 设备与材料

4.1 如下表所示：隧道微台阶法开挖、支护主要设备。

隧道单口作业面设备配置表

4.2 主要材料。在隧道施工中使用微台阶法，需要结合围岩的实际类别设置相应的挂网喷砼、格栅钢架、型钢钢架等。

5 质量控制

5.1 钻孔：对隧道进行钻眼施工时，布孔要严格遵守爆破设计要求，上台阶施工时由于在拱脚处容易发生欠挖或超挖。因此，需要对周边眼进行加密布置处理，同时间距控制在30～35cm之间。

5.2 装药：在一定程度上，为了避免出现超挖、欠挖，根据光面爆破要求，控制装药量。

5.3 起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼，同常规装药相比，底板眼的药量要大，在一定程度上起到抛碴的作用。

5.4 喷射砼：采用湿喷砼，进而确保喷射砼的强度质量，在坍落度方面湿喷砼控制在12～16cm。

6 安全控制

①将微台阶法应用到施工中，通过平行推行的方式对上下台阶进行处理，同时根据设计要求，对锁脚锚杆及系统锚杆进行施工。②根据设计及规范的有关要求，确保各工序之间的施工质量，喷射砼的过程中严禁出现空洞现象。③个别工序间的交叉作业会出现在掌子面中，在同一个作业面上人员和机械共同施工。④在移动开挖台架时，为了确保人员安全，台架10m内严禁站人。同时确保路面平顺便于台架行走，进而防止台架发生倾覆。⑤在施工过程中，对于从事电、焊、爆破等工作的人员要进行专门的培训，取得相应的资格证书后才能进行施工作业。⑥在台架作业平台的四周焊接防护网。⑦采用36V安全电压进行作业台架照明。⑧作业人员进入作业面不得穿化纤工作服，应着棉质服装外套反光背心。⑨检查人员在爆破15min后方能进入掌子面进行检查。⑩在喷射砼过程中，为了确保作业人员的安全，操作人员配戴口罩，以及配戴脸部防护罩等，在距离喷射点5m内不得站人。

7 环保控制

①施工过程中，根据相关的要求，对施工中出现的废烟、废气、废水以及废物等进行科学处理，避免出现污染。②对于隧道内的施工用水和地下水通过排水沟排出洞外，经过沉淀，检查达标后排入指定地表水体。③完成爆破后，为了减少粉尘等对人体的危害，需要立即进行通风、洒水处理。④采用湿喷工艺进行砼喷射，提高喷射质量、减少回彈，降低喷射砼粉尘对人体的伤害。

8 施工效果

以呼家壕隧道进口为例，自2012年2月底复工以来，采用微台阶法施工后每月进度如下表所示：

呼家壕隧道进口2012年月进度统计表

从上表可以看出，采用微台阶法每月进度大多可保持在60～70m，且掌子面和仰拱、二衬的安全距离容易保证，取得了良好的经济和形象效果。

参考文献：

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[2]易勇.浅埋偏压隧道施工技术探讨[J].价值工程，2013（04）.

[3]杨新红.浅埋偏压隧道施工技术[J].山西建筑，2007（20）.