鄂西北地区软岩隧道微台阶上下同步施工方法介绍

张晓海　董俭召

摘要：目前隧道施工的地质条件越来越复杂，安全风险也越来越大。近年来隧道施工过程中发生多起由围岩失稳导致坍塌事故，主要原因是隧道开挖台阶长度过长、初支未及时成环和二衬跟进不及时。为此《公路施工安全技术规范》（JTG F90-2015）制定严格的安全步距，但受制于施工场地的限制，无法高效的利用机械和人员进行施工，工序衔接不紧密，成本加大。鉴于此，本文介绍一种软岩地区隧道施工的方法，此方法可以加快施工进度，保障安全步距，降低施工风险。

Abstract： At present， the geological conditions of tunnel construction are becoming more and more complicated， and the safety risks are also increasing. In recent years， many collapse accidents caused by the instability of surrounding rocks occurred during tunnel construction. The main reasons are that the tunnel excavation steps are too long， the initial support is not formed in time， and the secondary lining is not followed up in time. For this reason， the "Highway Construction Safety Technical Specification" （JTG F90-2015） has set a strict safety step， but due to the constraints of the construction site， it is not possible to efficiently use machinery and personnel for construction， the process connection is not tight， and the cost increases. In view of this， this article introduces a method of tunnel construction in soft rock areas. This method can speed up the construction progress， ensure a safe step， and reduce the construction risk.

关键词：鄂西北;软岩;隧道;微台阶;同步施工

Key words： Northwest Hubei;soft rock;tunnel;micro-step;synchronous construction

中图分类号：U455.4                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）05-0181-02

1  问题提出

1.1 软岩隧道目前面临的问题

无论地质情况和围岩级别的高低，采用台阶法施工，都很难满足《公路施工安全技术规范》（JTG F90-2015）的安全步距的强制性规定;采用长台阶法施工时，受下台阶处仰拱施工和机械操作的空间要求限制，安全步距无法足规范要求;采用短台阶法施工时，虽然能满足安全步距的要求，但开挖台车、防水板台车等经常被爆破飞石砸坏，但由于有二衬台车和仰拱的限制，无法做到每次转移至安全区以外，同时工序间相互干扰，机械设备的使用效率低下，掌子面循环进尺缓慢，如何提高掌子面开挖的循环进尺效率是一个亟需解决的问题。

1.2 软岩隧道特性

软岩隧道是西部山区常见的地质状况，因此在围岩级别判定时，基本是IV、V级围岩，围岩较软，虽然设计单位为保障安全经常在施工图纸上要求采用单侧壁导坑法和台阶法（加临时仰拱），但实际施工基本采用台阶法施工（不加临时仰拱）的方法施工。但是这种施工方案的拟定是否合理，有待商榷，但我们可以根据地区的软岩特性进行总结，得出其一般规律，然后选择合理的施工方法。以湖北省鄂西北山区的软岩为例，基本是绢云母或者绢云钠长石英片岩，此种围岩特性是开挖后有一定的自稳能力，但长时间暴露，会逐渐软化。根据十白高速的隧道初期支护变形和塌方的资料显示：经常是隧道在开挖仰拱时发生塌方，隧道采用台阶法未成环时发生大变形，而初期支护成环后，很少发生大变形和塌方。因此初期支护及早成环是保证此种地质情况下隧道安全施工必要步骤，这与新奥法的“紧封闭”原则和《公路施工安全技术规范》（JTG F90-2015）的安全步距要求是一致的，但是如何解决施工空间和安全步距间的矛盾呢？下面就隧道微台阶上下同步施工工艺进行介绍。

2  微台阶上下同步施工方法介绍

2.1 方法原理

隧道微台阶上下同步施工方法是结合全断面和短台阶开挖施工的优点。即利用同一开挖台车完成上下导坑钻眼、装药，同时起爆和出碴，同时进行初期支护施工，以此减少工序和缩短工序间的衔接时间差，可以提供更大的施工空间，缩小掌子面与仰拱之间的距离，保证了隧道工序安全步距滿足规范要求的安全步距，保障了隧道施工安全和进度。工序虽然按照上下导同时施工，但是由于上导和下导直接存在一个微台阶，充分发挥软岩开挖后的有一定时间的自稳能力，起到“留核心土”的作用，上导掌子面稳定极为有利，这也是此方法和全断面的差别。同时仰拱开挖紧跟下导施工，初期支护封闭成环后，在上面垫石渣至仰拱填充面标高，方便后续二次衬砌施工，加快初期支护成环速度。上下导坑同时作业，保证工序循环次数减少，空间增大，提升机械使用和人员的工作效率。

2.2 施工流程及控制要点

微台阶上下同步施工方法中掌子面開挖及初期支护作业时的所用的人、机、料和工艺标准，与山区隧道采用“新奥法”施工方法基本一致，只是在开挖时稍有不同，因此只对掌子面开挖、支护步骤和开挖台车进行介绍。

2.2.1 工艺流程

工艺流程如图1。

2.2.2 控制要点

①台阶高度及长度的确定。以两车道的常规高速公路隧道为例，上台阶掘进方向上长度为3～5m，高度约为4m，下台阶高度约为6m，上台阶与下台阶高度之比控制在2：3左右，下台阶略高，起稳定上台阶作用。微台阶上下同步施工工艺开挖立面、纵断面图见图2。

②施工台车加工。微台阶施工台车需要在台车增加悬臂操作平台，增加位置为掌子面掘进前进方向，悬臂平台用于上台阶开挖施工平台。此悬臂平台亦可采用轨道，将上半部分设计成可伸缩的形式，但无论那种形式的台车，都需严格控制重心和施工荷载重量，防止出现台车倾倒。

③施工说明。1）IV级围岩及V级围岩掌子面每循环开挖进尺按照设计要求控制，同时满足规范要求;

2）上台阶出渣工序与下台阶出碴工序同时进行，上台阶喷砼与下台阶初次喷射混凝土、锚杆打设、支立钢拱架、挂设钢筋网、二次复喷混凝土等工序同时进行;

3）仰拱开挖工序紧随其后，初期支护成环后，及时垫石渣至仰拱填充层顶面标高位置，保护仰拱初期支护被机械碾压破损，同时有利于栈桥搭设。

④质量及安全控制。

1）钻孔：钻眼时严格按爆破设计参数布孔，同时结合现场实际爆破效果，总结围岩规律，更改布孔参数，以求达到最佳的爆破效果。由于上台阶拱脚处易出现超欠挖，该处周边眼应加密，控制在30～40cm之间，如遇到围岩爆破效果差，还可打设预裂眼，预裂眼不装药;2）采用微台阶上下同步施工工艺施工时，上下台阶平行推行，锁脚锚杆及系统锚杆必须严格按设计施工，以防止上台阶已施作的初期支护产生掉拱现象。同时上台阶必须保证至少有一榀钢架在下台阶开挖后不形成悬空，在施工中必须严格控制下台阶的开挖进尺和台阶的竖向坡率;3）因掌子面存在初喷、打锚杆、立拱架、铺钢筋网等平行工序间存在上下交叉作业，人员、机械设备在一个作业面施工，人员和设备进出必须提前告知，并按规定进行;4）开挖台车移动过程中，可采用自行式台车或装载机转移台车，但台车周边15m范围严禁无关人员停留，并由专人指挥。台车行走路面尽量平稳，以防台车在移动过程中倾覆。

3  效益分析

通过隧道掌子面采用微台阶上下同步施工方法，减少工序和缩小各工序衔接时间差，加快施工进度，增加人员和设备使用效率。目前山区高速软岩隧道在满足安全步距的前提下，若采用短台阶法施工，Ⅳ级围岩掌子面月平均成洞最快能达80m，但微台阶上下同步施工方法较之短台阶开挖法，微台阶上下同步施工方法施工进度明显加快。采用微台阶上下同步施工方法施工，掌子面月平均成洞可保证100m以上。若隧道综合单价以每延米5万元计，采用微台阶上下同步施工方法后每月可增加施工产值约150万元，同时减少人员和机械的整体使用成本。采用微台阶上下同步施工工艺开挖软岩隧道，充分利用软岩隧道开挖后有一定的自稳能力和自稳时间短的特性，给后续工序创造更大的施工作业空间，由于空间大，施工质量比较有保证，且初期支护迅速成环，大大减少安全压力，隧道安全步距可控，质量和文明施工等都得到很大的提高。

4  结语

目前在山区修建的软岩隧道越来越多，面临的安全形势和施工环境越来越恶劣，安全步距成为施工单位不可逾越的红线，因此需要我们在实际施工中不断总结不同地域的围岩性质，根据围岩性质不断探索新的施工方法，鄂西北地区软岩隧道微台阶上下同步施工工艺施工方法充分利用地区围岩特性，充分利用围岩有限的自稳时间，尽早成环，不失为一种好的隧道开挖施工方法。

参考文献：

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