黄土隧道快速施工组织设计

陈明涛

（中铁二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

黄土隧道快速施工组织设计

陈明涛

（中铁二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

文章以吴家岔隧道出口为例，阐述三台阶七步法在黄土隧道的应用，主要包括施工概况、地质情况、开挖工法的选择、人员、设备的配置、安全步距的控制要点等。

黄土隧道；快速施工；步距

1 施工概况

吴家岔隧道地处黄土高原的陇中地区，工程位于甘肃省兰州市榆中县境内，隧道沟谷深切多呈“V”字型，南北向沟谷深切强烈，山坡上为风积土覆盖，少数深切沟基岩出露。隧道最大埋深245m。该隧道地层条件相对较单一，按时代由新到老分别为第四系和上第三系。地表主要为第四系上更新统砂质黄土，厚度10～40cm，土质均一，土体较疏松，垂直节理发育。具有IV级自重湿陷性。隧道内主要以泥岩为主。

2 开挖工法的选择

黄土隧道地质条件较差，施工断面大，确立施工方案必须遵循以下原则：重地质、管超前、短进尺、强支护、快封闭、早成环的原则。针对当前黄土隧道的开挖工法，常用的开挖工法主要有以下几种：中隔壁法（CD法），交叉中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法、三台阶七步法等。三台阶七步法在隧道开挖过程中分上、中、下台阶及仰拱4部分，前后左右7个开挖作业面相互错开并同时开挖，同时支护形成支护整体。缩短开挖作业时间，逐步纵深掘进。拱部采用环形开挖预留核心土，利用核心土对掌子面施压，增强了掌子面的稳定性。中台阶和下台阶也是先开挖两侧，保持中部土体不懂，再一次保证了掌子面的稳定性。综上所述，吴家岔隧道出口开挖宜采用三台阶七步法施工。

3 人员、机械设备的配置

3.1 人员的配置

不同围岩等级人员配置具体见表1。

表1 人员配置表

3.2 隧道施工机械配置

PC300挖掘机1台、装载机1台、出渣车5台、喷浆机4台（1台备用）、注浆机1台、衬砌台车1台、钢筋弯曲机1台，电焊机2台、罐车2台。

4 具体做法

4.1 合理安排工序衔接、缩短循环作业时间

（1）项目经理、总工程师等主要管理人员，对设计图纸进行了充分的查看和理解，掌握了施工内容，对各工序的施工计划进行了仔细合理的安排，超前意识强，每道工序交叉、衔接等可能出现的问题均作了考虑，确保了施工工序的连贯性。

（2）上台阶立拱架与中下台阶开挖同步进行。吴家岔隧道出口采用三台阶七步法施工，在上台阶开挖时，将加工好的拱架准备到位，上台阶将土翻至下台阶，然后进行中下台阶的开挖。于此同时，对上台阶由人工进行清轮廓，然后立架。确保了上、中、下台阶施工同步进行，互不干扰。大大的提高了施工效率。经过统计：上台阶开挖需1.5h，中下台阶开挖2h，上台阶立架1.5h，中下台阶立架2h，上中下台阶喷锚3.5h，则每个初支循环时间为：1.5+2+2+3.5=9h，和上中下台阶开挖完全结束后立架比较节约时间2h，见表2。

（3）合理安排仰拱施工时间，中下台阶开挖后在上中下台阶喷锚时开挖仰拱，减少了工序间的相互干扰由于开挖仰拱要移动栈桥，栈桥移动后掌子面所需材料不能运到。掌子面施工3～4个循环进行一次仰拱施工，掌子面中下台阶开挖后，利用中下台阶立架的作业时间开挖仰拱，仰拱开挖出渣时间为2h。如此一来，中下台阶立架作业完成，仰拱开挖也完成，在中下台阶立架期间无车辆通行栈桥，减少了对掌子面的施工干扰。

（4）合理利用工序衔接，减少无工效作业。中下台阶立架期间，对仰拱开挖，减少了挖机、出渣车进出隧道的次数，中下台阶立架完成后作业人员开始安装仰拱拱架。于此同时上中下台阶进行喷锚作业，中下台阶喷锚作业完成，仰拱拱架亦安装完成，即可进行仰拱喷锚作业，最大程度的保证了机械和作业人员一次性多完工作量，从而避免了窝工现象。

4.2 工序资源配置平衡、确保安全步距不超标

以掌子面衬砌类型IVb为例，拱架间距1m，每循环2榀，以每天2.5循环计，即每天5m进尺，仰拱施工长度8m，每两天施工一板仰拱，二衬12m一版，每两天施工一版二衬。

4.3 技术保障

由于三台阶七步法作业面较多且各个作业面之间同步施工，所以对围岩的扰动性相对较大。加之黄土隧道沉降大的特点，因此在开挖放线时就必须考虑足够的预留量。预留量的选择主要参考设计图所示预留量，与此同时每天的监控量测数据的反馈也是调整预留量的重要指标。随时掌握隧道监控量测数据，对预留沉降量进行及时的调整，最大限度的避免初期支护的侵限。特殊地质加强措施针对浅埋段及富水段开挖时，为了保证围岩的沉降量尽可能的减小，可在上台阶落脚位置处及下台阶落脚位置处增设大拱脚，见图1。

表2 各工序循环作业时间

图1 内轨顶面

4.4 管理措施

（1）坚持每天检查隧道掌子面，动态管理，超前支护一定预先做到位，防止出现隧道坍塌。例如：在容易掉块段落，及时调整施工方法和支护措施，实行双层小导管超前支护、单榀掘进、双层拱架支护等等。

（2）开挖时制约工序循环的重点，挖机配置是关键。由于吴家岔隧道出口泥岩段较长。土体较硬，机械开挖要求挖机的动力一定要足。吴家岔隧道出口配置小松PC300新挖机一台，另配置专用松土器（鹰钩）破土，加强对挖机司机的培训，能做到挖机斗与鹰钩快速倒用，加快开挖速度。

（3）施工计划顶格下达，完成给予重奖。吴家岔隧道出口从进洞开始，施工进度一直较快，为了激发其施工潜能，项目部每月下达施工计划时都顶格下达，每月设置进度完成奖，百米成洞奖给予施工队及工程管理队以奖励。大大的刺激了施工人员的积极性，为每月完成任务打下坚实的基础。

4.5 安全步距的卡控

（1）各个开挖台阶长度的预留。三台阶七步法有上、中、下三台阶，分布较多。为了保证25m的安全步距，所以各个开挖台阶长度的预留显的尤为重要。综合考虑各方面因素，各个台阶的预留长度宜为3～5m。针对吴家岔隧道出口的实际情况，现场挖掘机为型号PC-300的大型号挖掘机，该挖掘机大臂伸开后的长度为15.2m。为了保证该挖掘机能有足够的操作空间，所以吴家岔隧道出口的各个台阶预留长度为5m。

（2）下台阶初支端头距仰拱初支端头距离的设置（即马口长度的确定）。由于仰拱一次施作的长度为6m，考虑到仰拱端头模板的安装及加固，故在下台阶初支端头距仰拱初支端头徐预留一定的操作空间，该空间长度即马口长度。考虑到安全步距及上、中、下各个台阶的预留长度，因此马口长度宜控制在10m范围以内，见图2。

图2 三台阶预留长度及马口预留长度示意

（3）各个开挖台阶需错开开挖。隧道施工规范明确要求：各个开挖台阶杜绝对称开挖，因此各个开挖台阶的错开开挖也是安全步距控制的一项重要措施。为了最大可能的避免各个开挖台阶的对称开挖，故中台阶左侧和下台阶右侧同步开挖、中台阶右侧和下台阶左侧同步开挖，且每次开挖循环进尺应一致。

（4）严格控制安全步距。在洞口位置专门设置安全步距警示牌，安排专人随时进行更新。隧道掌握安全步距，对施工工序进行及时的调整，最大限度的确保安全步距。

5 取得的成效

施工过程取得相当不错的成效，主要表现：①由于进

度加快，减少了机械、人员的窝工，大大提高了机械使用效率，缩短了循环作业时间，同时也减少了各类管理费用，隧道水电费用，作业队的施工成本得到节约，为施工队盈利创造了一定条件②吴家岔隧道出口2014年1月～9月施工进度均超过了100m（2月份春节影响除外），见表3；③安全步距控制较好，对防止隧道塌方产生积极作用。

表3 吴家岔隧道出口施工进度

6 经验总结

黄土隧道在施工过程中要想要想做到快速施工，必须做到以下几点：①开挖工法选择必须结合现场实际情况选择恰当；②各工序间的衔接必须经过整体统筹安排，缩短循环作业时间，提高施工机械及作业人员的施工效率；③技术先行；做好现场施工的技术保障；④加强现场管理力度，分工到位，责任到人，各司其职；⑤人员、机械设备的配置需针对各个分项工程进行平衡分配。

U459.2

A

2096-2789（2016）11-0177-03

陈明涛（1986-），男，汉族，工程师，现就职于中铁二局四公司。