单线隧道软岩台阶法施工组织模式选择

赵志强

（中铁隧道股份有限公司，河南郑州450001）

单线隧道软岩台阶法施工组织模式选择

赵志强*

（中铁隧道股份有限公司，河南郑州450001）

铁路单线隧道断面小，软弱围岩地段一般采用台阶法施工，由于围岩软弱，超前支护、开挖、立栱挂网、喷射砼等工序繁多，劳动力组织复杂，施工中劳动力是采用单工序分组还是工序组合分组，从资源配置、工序时间、效率、经济指标等方面都有较大差异。因此，组织模式的选择是项目能否安全、快速、高效施工的关键。以某特长单线隧道的施工为试验点，对2种模式进行实验对比，对2种模式的资源投入和效率进行对比分析并作出选择，希望给类似工程施工提供一些参考意见。

软岩隧道；台阶法；施工组织模式

1　工程概况

木寨岭隧道设计为双洞单线分离式特长隧道，隧道全长19095m，是兰渝铁路全线控制性重点工程。全隧道共设8座辅助坑道，合同工期65个月。

本隧道地质条件极为复杂，洞身穿越高山区，最大埋深约715m。隧道最大地应力为27.16MPa，属高地应力隧道。隧道特殊不良地质主要有炭质板岩及断层等；基岩节理、裂隙发育，特殊地质构造主要有11条断层破碎带（带宽均为200～1000m）、3个背斜及2个向斜构造。为极高风险隧道，施工难度大、风险性高，是本标段控制性重难点工程。

2　工法的选择

隧道设计Ⅲ级围岩为全断面，Ⅳ、Ⅴ级围岩为三台阶法。

结合断面形式和围岩特性，现场在工法的选择上，之前在Ⅲ级围岩地段采用了二台阶，但地层变化极为频繁，Ⅲ、Ⅳ级围岩来回交错，现场在采用二台阶、预留核心土、增加拱部超前小导管，掌子面喷砼等临时支护措施，但因台阶高度过高，围岩自稳较差时常有围岩坍塌现象，切收敛变形较大，存在安全隐患。在试用一段时间之后，就没再使用。结合以上现象，为避免围岩级别变化频繁，工法转换造成延时、误工，所有的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段均采取了三台阶法进行施工，对因拱部自然剥落、掉块等引起的安全风险大大降低。为防止拱部掉块、坍塌，在上台阶位置结合地质情况，适时预留了核心土。

三台阶施工，为提高施工进度，需做好工序衔接，可以创造平行作业空间，加快初级支护封闭时间，缩短围岩暴露时间，避免长时间暴露引起的围岩失稳，降低安全风险。

结合本隧道软弱围岩的变形特性，在三台阶的基础上，缩短拱架封闭成环时间，三台阶施工必须严格控制开挖进尺，上台阶每循环开挖进尺Ⅴ级围岩为1榀钢架间距，Ⅳ级围岩不超过2榀钢架间距，边墙开挖进尺不超过2榀钢架间距，台阶长度控制在3～5m以内，同一台阶左右侧错开至少2榀钢架位置，避免钢架同时悬空。

考虑到工人操作方便，挖机便于扒渣，上台阶高度设计为2.8m，工人可以不用台架等辅助设施进行钻眼施工及拱架安设；同时挖机可以顺利将上台阶部位的渣扒下来。中台阶和下台阶高度均为3.8m。

台阶分布及台阶高度关系如图1及图2所示。

3　2种组织模式的资源配置及工艺流程

结合支护工作量，前期开挖支护施工采用的是传统的单工序组织模式［即1个开挖班（12人）+1个立拱班（12人）+1个喷浆班（8人）］，后期采取的工序组合模式［即2个开挖立拱班（16人/班）+1个喷浆班（8人）］。

3.1人员组织

3.1.1单工序组织模式

开挖工：上台阶3人3把风钻；中、下台阶各4人4把风钻；另外需要配合拉风水管等杂工1人；共需12人。

图1　台阶高度示意图

图2　台阶纵断面示意图

立拱：扒完渣后，上、中台阶同时立拱，上台阶立拱8人，中台阶立拱4人，上、中台阶立拱结束后，下台阶出渣已基本结束，上、中台阶立拱人员进行下台阶立拱，共需12人。

喷砼：配备2台喷浆机的人员，喷射手2人，添加速凝剂2人，上料4人，共需8人。

3.1.2多工序组合模式

开挖、立拱：上台阶4把风钻，需6人；中、下台阶各3把风钻，各需4人；另外有2名机动人员；扒完渣后，上、中台阶同时立拱，上台阶立拱10人，中台阶立拱6人，上、中台阶立拱结束后，下台阶渣也已经出完，上、中台阶立拱人员进行下台阶立拱。开挖、立拱共需16人。

喷砼：同单工序组织模式，需8人。

3.1.32种模式人员组织优、缺点

（1）单工序组织模式。优点：人员安排紧凑，没有富裕的劳动力，工费成本降低。

缺点：工序衔接时间要求高；立拱人员工作强度大，休息时间不足；人员紧凑，工序作业时间增长。

（2）多工序组合模式。优点：开挖、立拱为1个班，现场协调灵活；超前导管、锚杆施工时间减短；立拱等体力活，人员随时可以机动调节，降低了工人的劳动强度；2个开挖班循环作业，工人的休息时间得到了保障；开挖、立拱为1个班，工序衔接时间可控。

缺点：人员增加，工费成本增加。

3.2机械组织

2种组织模式在机械组织上均一致。考虑到装载机装渣速度，隧道每延米开挖方量为106.9m3，考虑1.35倍的松散系数和部分超挖，每延米松渣约150m3，装载机的斗容量为3m3，结合断面尺寸，能同时摆放1台装载机和1辆自卸汽车，每个作业面配置1台装载机。

结合断面尺寸，挖掘机必须在掌子面掉头；对于掌子面部分地段的欠挖，可以利用挖机进行处理；因步距要求，有时需要用挖机进行装渣作业。综合考虑，每个作业面配置1台PC200挖机。

考虑出渣运距约6km，运输距离过长，每个作业面配置7辆15t自卸汽车。

3.3施工工艺流程

Ⅳ、Ⅴ级围岩，均采用三台阶施工法，区别在于每循环开挖进尺，Ⅳ级围岩循环进尺为1.4～1.6m，Ⅴ级围岩循环进尺为0.5～0.7m，采取的组织模式不同，但工序流程一致。工艺流程见图3。

图3　三台阶施工工艺流程图

4　两种组织模式的工效对比

（1）单工序组织模式，开挖进尺按1榀钢架计算（Ⅴ级围岩）。

①人员组成：开挖班12人、立拱班12人、喷砼班8人。

②工序循环时间：扒喷浆回弹料1h→上、中、下台阶打眼、放炮（2.5h）→上、中台阶扒渣1.5h→上、中台阶立拱打锁脚、超前（下部同时出渣）（4h）→下台阶立拱、打锁脚（2.5h）→喷浆4.5h→下一循环，一循环用时为16h。每月扣除2d耽误时间，一月按28d计，拱架间距按0.7m，月进度约29.4m。

（2）单工序组织模式，开挖进尺按2榀钢架计算（Ⅳ级围岩）。

工序循环时间：扒喷浆回弹料1h→上、中、下台阶打眼、放炮（4h）→上、中台阶扒渣2h→上、中台阶立拱打锁脚、超前（下部同时出渣）（4.5h）→下台阶立拱、打锁脚（2.5h）→喷浆5h→下一循环，一循环用时为19h。每月扣除2d耽误时间，一月按28d计，拱架间距按0.7m，月进度约49.5m。

（3）多工序组合模式，开挖进尺按1榀钢架计算（Ⅴ级围岩）。

①人员组成：2个开挖立拱班，16人/班、喷混凝土班8人。

②工序循环时间：扒喷浆回弹料1h→上、中、下台阶打眼、放炮（2h）→上、中台阶扒渣1h→上、中台阶立拱打锁脚、超前（下部同时出渣2.5h）（2.5h）→下台阶立拱、打锁脚（1h）→喷浆3.5h→下一循环，一循环用时为11h。每月扣除2d耽误时间，一月按28d计，拱架间距按0.7m，月进度约42.7m。

（4）多工序模式，开挖进尺为2榀钢架计算（Ⅳ级围岩）。

工序循环时间：扒喷浆回弹料1h→上、中、下台阶打眼、放炮（2.5h）→上、中台阶扒渣1.5h→上、中台阶立拱打锁脚、超前（下部同时出渣4h）（3.5h）→下台阶立拱、打锁脚（1.5h）→喷浆4.5h→下一循环，一循环用时为15h。每月扣除2d耽误时间，按28d计，拱架间距按0.7m，月进度约62.7m。

（5）工效对比分析：

①单工序组织模式进度。开挖进尺为1榀钢架，单循环时间为16h，月进度为29.4m；开挖进尺为2榀钢架，单循环时间为19h，月进度为49.5m。

②多工序组合模式进度。开挖进尺为1榀钢架，单循环时间为11h，月进度为42.7m；开挖进尺为2榀钢架，单循环时间为15h，月进度为62.7m。

综上对比得出，多工序组合模式明显优于单工序组织模式，单循环开挖进尺同为0.7m，每月要多施工13.3m，工效提升45.2%。单循环开挖进尺同为1.4m，每月要多施工13.2m，工效提升26.7%。并满足了施组要求进度要求。

5　2种组织模式的人工费比较

（1）单工序组织模式工费：需要开挖班12人、立拱班12人、喷混凝土班8人。折合工费为16.8万元/月。

（2）单工序组织模式工费占产值比例：单循环开挖进尺同为0.7m，月人工费为16.8万元，完成产值208.7万元，人工费占产值的8.05%；单循环开挖进尺同为1.4m，月人工费为16.8万元，完成产值351.4万元，人工费占产值的4.78%。

（3）多工序组合模式每月工费：需要开挖班32人、喷混凝土班8人。折合工费为=22.8万元/月。

（4）多工序组合模式工费占产值比例：单循环开挖进尺同为0.7m，月人工费为22.8万元，完成产值303.1万元，人工费占产值的7.52%；单循环开挖进尺同为1.4m，月人工费为22.8万元，完成产值445.1万元，人工费占产值的5.12%。

从上面数据可以看出，多工序组合模式比单工序组织模式在单循环进尺为0.7m时，人工费比例降低0.53%，在单循环进尺为1.4m时，人工费比例上涨0.34%。

但考虑到施工进度提升了26.7%～45.2%、机械设备的费用摊销比例也随之降低，多工序组合模式比单工序组织模式在综合经济指标方面提升明显，人工费综合所占比例下降，综合效率明显提升。

6　结束语

本工程经过2种组织模式的对比，选择采用多工序组合模式施工，不仅实现了进度满足施组的进度指标要求，切由于进度比单工序组织模式提高了26.7%～45.2%，人工和机械摊销等固定成本所占产值综合比例也明显下降。综合效益明显提升。工序时间明显缩短，支护及时，减少了围岩暴露的时间，降低了施工风险，确保了施工安全。

［1］黄嘉亿.高速铁路隧道台阶法施工技术参数分析与应用［J］.现代隧道技术，2012，49（3）：77-82.

［2］严启斌，许长青.隧道短台阶法施工方案研究［J］.山西建筑，2009（17）：314-315.

［3］TZ204-2008铁路隧道工程施工技术指南［S］.中国铁道出版社，2008.

U45

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1004-5716（2016）10-0179-03

2015-10-30

2015-11-02

赵志强（1969-），男（汉族），河南商水人，高级工程师，现从事隧道工程建设技术工作。