短台阶快速成环施工工艺

马自远 邱兆森 申翔

摘要：软岩隧道在高地应力下，极易产生大变形，通过采取短台阶初支快速成环工艺，加强过程工艺控制，配合其它强化措施，能有效控制了围岩变形，保证施工安全、有序。

关键词：软岩大变形；短台阶；初支快速成环

软岩隧道在高地应力下环境下，施工中极易产生大变形，造成初支混凝土开裂、掉块，拱顶掉块坍塌等，存在极大安全隐患。针对软岩大变形地质特征的复杂性以及大变形问题的严重性，通过围岩量测数据分析，研究大变形成因机理，制定了短台阶快成环施工工艺。

1短台阶快速成环法概述

短台阶法是以三台阶法为基本模式，共分三个台阶，六个步骤，所谓三台阶即上、中、下台阶，六个步骤分别为上台阶、中台阶左侧、中台阶右侧、下台阶

左侧、下台阶右侧及仰拱。短台阶法施工，上台阶长度控制在5m以内，初支封闭成环距离掌子面控制在18m以内。各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进。

2施工工艺

上台阶开挖完成后，滞后5m后开始第二台阶左、右部开挖及支护，形成左、右两侧开挖及支护相互交叉的情形；同样方法开挖第三台阶。

⑴开挖上台阶即采用机械开挖附图中①部，纵向开挖进尺每循环一榀0.6m。开挖高度控制点，从上台阶拱脚至拱顶中心开挖高度为4.5m；施做①部上台阶周边的一次初期支护：初喷混凝土，铺设钢筋网，架立HW200钢架（距离每节钢架端头20cm处，均各打设2根锁脚锚杆，利用边墙的φ32自进式长锚杆），复喷混凝土至设计厚度后钻设φ32自进式长锚杆及φ42径向注浆管；施做下一循环超前支护（Φ89超前大管棚加大插角Φ42小导管，超前大管棚与小导管交错布置，每环各38根）。

⑵开挖中台阶左侧即开挖附图中②部。中台阶开挖进尺每循环不大于3榀（1.8m），开挖高度为4m；施做②部边墙初期支护：初喷混凝土，铺设钢筋网，架立双层HW200钢架（距离钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30度打设φ42锁脚锚管），复喷混凝土至设计厚度后钻设长锚杆。

⑶开挖中台阶右侧即开挖附图中③部。开挖进尺每循环不大于3榀（1.8m），开挖高度为4m；施做③部边墙初期支护：初喷混凝土，铺设钢筋网，架立双层HW200钢架（距离钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30度打设φ42锁脚锚管），复喷混凝土至设计厚度后钻设长锚杆。

⑷开挖下台阶左侧即开挖附图中④部。中台阶开挖进尺每循环不大于3榀（1.8m），开挖高度为3m；施做④部边墙初期支护：初喷混凝土，铺设钢筋网，架立双层HW200钢架（距离钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30度打设φ42锁脚锚管），复喷混凝土至设计厚度后钻设长锚杆。

⑸开挖下台阶右侧即开挖附图中⑤部。开挖进尺每循环不大于3榀（1.8m），开挖高度为3m；施做⑤部边墙初期支护：初喷混凝土，铺设钢筋网，架立双层HW200钢架（距离钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30度打设φ42锁脚锚管），复喷混凝土至设计厚度后钻设长锚杆。

⑹开挖隧底即开挖附图中⑥部，每循环开挖进尺不得大于2.4m，开挖高度3.4m，开挖后及时施作仰拱初期支护，使初支尽早地封闭成环。

⑺待在一次支护封闭成环后施做二次支护，当累计变形值约为预留变形量的50%～80%（15cm～24cm），且变形趋于收敛时，施做二次支护；当一支变形未达到预留变形量的50%（15cm），且已经收敛，可不施做二支，二支空间采用二衬同级混凝土回填，后续段落可考虑降低变形等级；当变形发展较快，且无收敛迹象，或出现一支护喷砼剥落严重，钢架扭曲严重，影响施工安全时，及时联系四方现场核实，确定一支补强措施。

⑻初支封闭成环达到18m时，滞后⑥部一段距离后（距离仰拱初支封闭端头6米），灌注Ⅶ部仰拱及矮边墙，仰拱分段长度为6m。

⑼灌注仰拱填充至设计厚度。

⑽施工防排水；一次性灌注Ⅷ部（拱樯）衬砌。

2.1开挖进尺控制

⑴严重大变形段地质较差，开挖后围岩自稳能力差，因此要严格控制开挖进尺。遇到软弱围岩时，上台阶每循环开挖进尺得大于1榀钢架间距（0.6m），下台阶每循环开挖进尺得大于3榀钢架间距（1.8m），仰拱每循环开挖进尺得大于3m，开挖后及时进行喷锚网支护。

⑵施工过程中的工序衔接

施工过程中上台阶始终是施工的重点，上台阶的围岩好坏直接决定着上台阶的开挖进尺，上台阶的开挖进尺又直接决定着下台阶的开挖进尺。因此施工过程中要集中力量进行上台阶的开挖，抓好工序循环。上台阶的距离控制在5m之内，中下台阶的距离控制在10m之内，下台阶要及时跟进，把仰拱端头到掌子面安全步距控制在18m之内。不仅有利于加快工程进度，而且尽早的封闭成环最大程度的保证施工安全。

2.2仰拱初支及时跟进

严重大变形地段地质情况较为复杂，因此仰拱初支要及时跟进，快速成环，仰拱距掌子面的距离要控制在18m左右。

仰拱初支开挖时一次开挖5榀钢架间距（3m），开挖后及时支护封闭成环，然后再向前开挖。开挖2个循环之后，施做仰拱及填充混凝土。

3大变形控制效果

通過推进短台阶快速成环工法，初支成环由之前的35～50天缩短至20～25天，大大缩短围岩时间效应，根据现场监控量测数据显示，某断面累计拱顶沉降为79.4mm，累计上台阶周边收敛为61.3mm，累计下台阶周边收敛为81.9mm，变形得到有效控制，实践证明，采用短台阶缩短初支封闭成环时间对于控制围岩大变形，具有明显的效果。

4结束语

短台阶快速封闭成环施工工艺对控制软岩大变形非常有效，但现场施作干扰较大，施工进度缓慢，仍需要不断摸索，加强熟练程度，才能收到更好的效果。

参考文献

[1]吴广明.高地应力软岩大变形隧道施工技术[J].现代隧道技术，2012，49（4）.

（作者单位：中国铁建十六局集团第二工程有限公司）