简析黄土隧道大三台阶施工工法应用

王 俊(中铁二十一局集团第二工程有限公司 甘肃兰州 730000)

简析黄土隧道大三台阶施工工法应用

王 俊
(中铁二十一局集团第二工程有限公司 甘肃兰州 730000)

隧道施工是当前铁路建设主要施工类别，合理科学的施工工法既能保证质量安全，又能使作业人员和设备达到最佳配置，形成流水作业，有效提高施工进度。

黄土隧道；开挖；施工

1、工程概况

小南塬隧道进口里程DK405+669.8，出口里程DK412+737，隧道全长7067.2m，为单洞双线隧道。隧道最大埋深约为 218.62m，最小埋深约为 17.54m，隧道地表植被较发育。小南塬隧道隧址区属陕北黄土高原东南部，为黄土残塬地貌，上部覆盖厚层黄土，由于受到强烈侵蚀作用，黄土塬已破损不堪，零星分布，地表沟壑纵横，植被稀疏。地势总体自东向西倾斜。海拔 900～1200m之间，一般高差50～300m。大部分地区覆盖厚层黄土，未见基岩裸露。

2、大三台阶工法

小南塬隧道Ⅳ围岩地质主要是黏质老黄土，坚硬～硬塑,呈大块状压密结构，开挖方法采取大三台阶法开挖，即上台阶每循环开挖进尺不大于2榀钢筋格栅间距（2.0m），中台阶开挖每循环开挖进尺不大于 2榀钢筋格栅间距（2.0m），下台阶和仰拱开挖支护作业同步进行，每循环不大于2榀钢筋格栅（2.0m），初支拱架与下台阶拱架连接牢固。施工中按照把控“三超前、四到位、一强化”关键环节，确保隧道施工安全。如图1所示：

图1.大三台阶法工序纵断面

图2.大三台阶法工序横断面

3、主要的施工工序

3.1 开挖

开挖按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则，确保开挖施工安全。如图2：

（1）下个循环拱部超前支护利用上个循环架立的钢筋格栅施作，与前一段超前支护搭接1.m。

（2）开挖上台阶①位置。开挖高度一般为4.0m～4.5m，利用挖掘机、装载机挖装，自卸车外运，开挖前测量放样，预留10～20cm人工进行修整，保证超欠挖控制。

（3）开挖中台阶②位置。开挖高度一般为3.5m，先开挖一侧架立钢架后，再开挖另一侧架立钢架，然后同步进行喷砼支护。

（4）开挖下台阶和仰拱③位置，每次开挖不大于2榀钢筋格栅拱架。

3.2 初期支护

（1）拱架采用采用H150型格栅钢架，格栅高度为150mm，钢架间距1.0m。格栅钢架各单元由主筋（8字结）、箍筋组成，单元之间采用接头连接，两榀钢架之间设置纵向连接钢筋。格栅钢架主筋采用φ22钢筋，8字结采用φ14,箍筋采用φ8钢筋，钢架各部件之间连接采用二氧化碳保护焊焊接，箍筋与主筋连接采用点，其余连接均采用双面侧焊。格栅钢架配套8字结每件由2个构件组成，单个8字结构件应由单根完整的钢筋冷弯形成，要求尺寸准确，弧形圆顺。8字结单肢中部核心应密贴。

（2）钢筋网片采用 MHW220型数控钢筋网排焊机提前在钢构件加工厂集中加工，网片加工及安装时应注意除锈、去油污、确保钢筋质量满足要求。钢筋网铺设时，应随受喷面的起伏铺设，与受喷面保持一定距离，并与拱架接头处采用点焊方式焊接牢固。

（3）锁脚锚管采用φ42钢管热轧无缝钢管，壁厚5mm，长度4.0m，每个结节点2根，锚管按照45。向下倾斜，拱部可适当调整倾斜角度，但不得小于15。，严禁水平钻设，锁脚锚管与格栅钢架通过L筋焊接成整体。

（4）喷射作业使用TKJ-20混凝土喷射机组完成，喷射混凝土施工分初喷和复喷两次进行，初喷在开挖完成后立即进行，以尽早封闭掌子面，防止表层风化剥落。复喷混凝土在钢架、网片、锁脚锚管施工结束后进行，形成联合支护体系，以抑制围岩变形。喷射混凝土应分片自下往上喷射，尽量使喷嘴与受喷面垂直，距离在1.5m～2.0m范围内（与风压呈反比），运行轨迹为螺旋状，使喷层厚度均匀、平整、密实。

3.3 隧道仰拱和填充混凝土的施工

仰拱和填筑混凝土采用 CI-YG-2550型履带式栈桥联合仰拱台车，每次施作长度为24m。

（1）长距离仰拱栈桥应用可以提升施工质量，有效减少仰拱之间施工缝隙对接次数，提高仰拱的整体性，对改善隧道质量通病、提高仰拱施工质量具有极大的效果。

（2）可以 改善施工环境，在满足各种运输车辆正常通行的前提下，可实现掌子面开挖与仰拱施作同步进行，且能满足不同的工况需要，可实现快速移动就位，施工空间高，有效改善施工作业环境。

（3）便于施工检查，由于二衬仰拱施工每个循环周期较长，约 5～6天。其中初支仰拱底部清理检查暴露时间至少3天，不能在短时间内完成隐蔽，有利于仰拱施工质量的检查。

4、主要的设备机械配置（见表1、表2）

表1.主要加工设备

表2.主要施工机械

5、大三台阶法施工要点

（1）做好上、中、下台阶开挖高度和长度的控制，以及仰拱开挖深度的控制，确保施工期间机械湿喷手操作空间不受影响。

（2）为保证初支仰拱安设安全，开挖后及时架设仰拱初支拱架，下台阶及拱架支护作业同步进行，一次施工不大于2榀拱架，初支拱架与下台阶拱架连接牢固。

（3）遵守“先仰拱后下台阶”的喷射混凝土顺序，并采用机械湿喷手进行喷射混凝土，作业完成后，及时回填仰拱，然后进行上台阶混凝土喷射作业。

6、监控量测工作小南塬隧道实际情况，开展经济合理、实用有效的监控量测（以下简称“监测”）工作，了解和掌握隧道支护结构变形情况，保障施工安全，为调整施工方法，指导二衬施作时机，进行动态设计提供参考。

（1）测点布设应按施工方法区分，三台阶按图3所示进行布置。

（2）拱顶下沉和水平收敛测点应布置在同一断面上。拱顶下沉测点应埋设在拱顶轴线附近，数值采用绝对高程，周期性复核后视点，保证其数据可靠性。

（3）初支应与围岩密贴，测点埋设在钢架、格栅等初期支护上。采用直径不小于20mm的螺纹钢，尾端（隧道洞内方向）进行45°斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片（不小于 1cm×1cm）。测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌，及时记录展示相关信息，监测点上严禁悬挂物品。

（4）初始读数应在测点埋设12h内读取。采用全站仪配合反射膜片进行检测，如表3。

表3.黄土地段变形总量管理等级

图3.监控量测测点布置图

结论与建议：

大三台阶法在小南塬隧道的运用，将仰拱初支纳入台阶法施工工序，减少仰拱单独开挖工序，缩短仰拱施工循环时间，成环时间不超过12小时；合理对作业人员和设备进行配置，形成流水作业，达到最佳工序衔接，有效提高施工进度；仰拱与下台阶一次爆破成型，减少爆破围岩的二次扰动，有效控制周边收敛和拱顶沉降，杜绝安全事故的发生。

TU75

B

1007-6344（2016）06-0228-02

王俊（1979.01—），甘肃兰州人，男，本科学历，华北水利水电学院，水利水电工程专业，主要从事工程安全质量管理工作。