1、單線鐵路隧道微臺(tái)階兩步初支成環(huán)施工工法中鐵xxx項(xiàng)目經(jīng)理部1前言隨著我國(guó)鐵路工程技術(shù)的高速發(fā)展以及鐵路線路標(biāo)準(zhǔn)的提高，鐵路線路選線中不可避免的選擇隧道方式穿越復(fù)雜地形，使隧道在線路中的占比越來越大，長(zhǎng)大隧道越來越多，地質(zhì)情況也更加復(fù)雜多變。“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”是新奧法軟巖隧道施工的十八字方針，“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”通過加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理較易實(shí)現(xiàn)，但“快封閉”受機(jī)械裝備、工藝工法、工序互相干擾的影響，短（微）臺(tái)階在現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)難度大，導(dǎo)致“快封閉”成為“空談”，支護(hù)因未及時(shí)封閉，強(qiáng)支護(hù)也無(wú)法體現(xiàn)，導(dǎo)致支護(hù)體系處于安全不可控狀態(tài)。本工法根據(jù)xxx單線隧道IV

2、級(jí)、V級(jí)圍巖臺(tái)階法探索形成，兩步開挖達(dá)到少擾動(dòng)，兩步初支成環(huán)達(dá)到早封閉，從而全面落實(shí)軟巖隧道新奧法十八字方針，最大程度的保護(hù)圍巖，提高結(jié)構(gòu)可靠度，提升了安全可控度，同時(shí)加快施工進(jìn)度。本微臺(tái)階工法配合濕噴機(jī)械手及隧道初支變形監(jiān)控量測(cè)信息化動(dòng)態(tài)管理，能最大限度的控制隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)，為軟巖隧道鉆爆法施工提供了一個(gè)新的選項(xiàng)，對(duì)今后的隧道施工管理有很好的借鑒意義。2工法特點(diǎn)2.0.1上、下臺(tái)階（仰拱）同時(shí)爆破開挖，開挖擾動(dòng)次數(shù)少。2.0.2兩步初支成環(huán)，成環(huán)距離掌子面短，支護(hù)實(shí)現(xiàn)快封閉，提高了結(jié)構(gòu)安全可靠度。2.0.3上、下臺(tái)階同時(shí)施工，工作面空間較大，便于施工組織管理。2.0.4該工法初支采用格柵鋼

3、架及機(jī)械手濕噴工藝，能更大程度的發(fā)揮噴錨支護(hù)鋼中帶柔的特性，也能體現(xiàn)新奧法積極調(diào)動(dòng)圍巖自承能力的力學(xué)要求。2.0.5結(jié)合監(jiān)控量測(cè)信息化動(dòng)態(tài)管理，能最大限度掌握圍巖變形的動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，隧道初支變形風(fēng)險(xiǎn)安全可控。3適用范圍本工法適用于單線鐵路隧道的IV、v級(jí)圍巖臺(tái)階法施工。4工藝原理隧道微臺(tái)階兩步初支成環(huán)開挖工法由短臺(tái)階開挖衍變而來，上、下斷面、仰拱同步作業(yè)，以縮短工序間的銜接時(shí)間。鋼格柵安裝上下臺(tái)階順序作業(yè)，邊墻與仰拱同步作業(yè)，最終快速成環(huán)，整個(gè)結(jié)構(gòu)快速封閉。工法參數(shù)：上下臺(tái)階3-5米，上臺(tái)階高度4-5米，循環(huán)進(jìn)尺1-1.5米，仰拱距掌子面1-2倍洞徑,滿足新奧法的“快封閉”原則，保障了隧道施工

4、安全和進(jìn)度。5施工工藝流程5.1 微臺(tái)階法施工工藝流程圖，如圖（5.1）5.2 臺(tái)架設(shè)計(jì)加工根據(jù)工況特點(diǎn)，臺(tái)架可采用分離式小臺(tái)架和懸臂式整體臺(tái)架，本工法主要介紹分離式小臺(tái)架法。5.2.1 上臺(tái)階分離式小臺(tái)架設(shè)計(jì)加工分離式小臺(tái)架思路：?jiǎn)尉€隧道斷面尺寸小，作業(yè)空間有限，采用兩個(gè)分離式小臺(tái)架便于臺(tái)架退出掌子面后，停放在作業(yè)面后方不影響機(jī)械通行。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)下臺(tái)階影響較小，單獨(dú)完成上臺(tái)階作業(yè)；缺點(diǎn)：小臺(tái)架進(jìn)、退作業(yè)面時(shí)需采用挖掘機(jī)分次運(yùn)送兩個(gè)臺(tái)架，準(zhǔn)備時(shí)間稍長(zhǎng)。臺(tái)架設(shè)計(jì)根據(jù)圍巖級(jí)別及圍巖的穩(wěn)定性，圍巖較差易掉塊超挖較大時(shí)，上臺(tái)階斷面應(yīng)適當(dāng)降低高度，可以減小上臺(tái)階開挖時(shí)圍巖周邊暴露面積，從而有利于控制超挖，

5、也有利于掌子面的穩(wěn)定。小臺(tái)架輕便、加工簡(jiǎn)單，順線路方向分為兩個(gè)（左右各一個(gè)）就位后兩個(gè)組合成一個(gè)作業(yè)平臺(tái)。如圖（5.2）圖5.2.1采用組合式小臺(tái)架微臺(tái)階施工示意圖圖5.2.2組合式小臺(tái)架圖5.2.2 懸臂式整體臺(tái)架設(shè)計(jì)加工采用懸臂式整體臺(tái)架思路：臺(tái)架按全斷面尺寸設(shè)計(jì)，臺(tái)架下可通行機(jī)械不影響通行，整體移動(dòng)方便。優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)出作業(yè)面可采用裝載機(jī)移動(dòng)，一次性到位，機(jī)械可從臺(tái)架下通行；缺點(diǎn)：臺(tái)架就位前需將下臺(tái)階仰拱回填平整，仰拱鉆眼需臺(tái)架退出清渣后實(shí)施，對(duì)仰拱施工有一定的影響。采用懸臂式整體臺(tái)架應(yīng)根據(jù)圍巖情況確定臺(tái)階長(zhǎng)度（即懸臂長(zhǎng)度），臺(tái)階過短掌子面容易失穩(wěn)，上臺(tái)階鋼拱架拱腳容易懸空，臺(tái)階過長(zhǎng)懸臂端過長(zhǎng)

6、容易失穩(wěn)（或需配重），會(huì)造成臺(tái)架穩(wěn)定性差或過于笨重現(xiàn)場(chǎng)操作不便。懸臂式整體臺(tái)架設(shè)計(jì)加工，主要考慮臺(tái)架下能通行機(jī)械：裝載機(jī)、挖掘機(jī)、混凝土運(yùn)輸車、自卸汽車、濕噴機(jī)械手等。平臺(tái)高度根據(jù)隧道凈空高度，兩側(cè)操作平臺(tái)以方便兩側(cè)鉆炮眼為宜。整體式臺(tái)架要求剛度較大，能滿足裝載機(jī)移動(dòng)不至臺(tái)架變形。如圖（5.3）圖5.3.600.!ip1懸臂式整體臺(tái)架微臺(tái)階施工示意圖5.2.3 爆破設(shè)計(jì)爆破設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、開挖斷面、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機(jī)具和爆破器材等結(jié)合爆破振動(dòng)要求進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)。施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果不斷調(diào)整爆破參數(shù)。5.2.3.1 放樣布眼鉆眼前測(cè)量人員用全站儀準(zhǔn)確定出隧道中心線和拱頂面高程，用紅油漆畫

7、出開挖輪廓線，并標(biāo)出炮眼位置，其誤差不得超過5cm；每次測(cè)量放線的同時(shí)，要對(duì)上次爆破斷面進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果。開挖輪廓線應(yīng)考慮二襯凈空施工誤差加大和圍巖預(yù)留變形量，IV級(jí)圍巖預(yù)留810cm,V級(jí)圍巖預(yù)留1015cm。圍巖預(yù)留變形量應(yīng)及時(shí)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)所得信息進(jìn)行調(diào)整。5.2.3.2 鉆眼要求周邊眼開眼位置在設(shè)計(jì)斷面輪廓線上的間距誤差不得大于5cm；周邊眼外斜率要基本一致，確保輪廓圓順，內(nèi)圈眼至周邊眼的排距誤差不得過大；鉆眼裝藥率調(diào)整，當(dāng)開挖面凹凸較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度并相應(yīng)調(diào)整裝藥量，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。鉆眼分為上臺(tái)階、下臺(tái)階（包括仰

8、拱），上臺(tái)階鉆炮眼按常規(guī)臺(tái)階法施作。嚴(yán)格控制周邊眼的間距及各個(gè)炮眼間的外傾角；根據(jù)圍巖情況，盡可能采取光面爆破，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)從而減少超挖。周邊光爆眼間距控制在45cml內(nèi)，光爆層（抵抗線）較硬巖適當(dāng)加大。5.2.3.3 炮眼布置要求先布置掏槽眼，其方向在巖層層理明顯時(shí)應(yīng)盡量垂直于層理，掏槽眼應(yīng)比其他眼加深20cm=掏槽眼眼口間距和眼底間距的允許誤差為5cm;輔助眼眼口間距允許誤差為10cm;周邊眼眼口位置允許誤差為5cm,眼底不得超出開挖斷面輪廓線15cm=當(dāng)開挖面凹凸較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度及裝藥量，使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。周邊眼嚴(yán)格按設(shè)計(jì)開挖輪廓線布置，周邊眼的眼口

9、在斷面設(shè)計(jì)輪廓線上，眼底超出輪廓線小于10cm。5.2.3.4 臺(tái)架退出、爆破當(dāng)上臺(tái)階裝藥完成后，退出小臺(tái)架，進(jìn)行下臺(tái)階及仰拱裝藥，裝藥完成同時(shí)起爆。如圖（5.4）圖5.4上、下臺(tái)階鉆眼5.2.4 出渣爆破后先將上臺(tái)階的渣用挖掘機(jī)挖至下臺(tái)階，用挖機(jī)將小臺(tái)架及拱架分別運(yùn)至上臺(tái)階，上臺(tái)階開始安裝拱架同時(shí)下臺(tái)階開始出渣。下臺(tái)階出渣至仰拱位置，以便于邊墻安裝鋼架時(shí)人員操作方便,仰拱部分渣待邊墻鋼架安裝后再挖裝運(yùn)棄。5.2.5 安裝拱架上臺(tái)階安裝拱架時(shí)應(yīng)將拱架中心點(diǎn)畫出并與拱部圍巖上測(cè)量中線標(biāo)高定位準(zhǔn)確，拱架兩拱腳位置測(cè)量定位，整個(gè)拱圈準(zhǔn)確定位并固定，上臺(tái)階鋼格柵準(zhǔn)確安裝是該工序的核心控制點(diǎn)，為下臺(tái)階及

10、仰拱快速安裝打好基礎(chǔ)。打好鎖腳錨管（桿），待拱部鋼架鋼筋網(wǎng)安裝好后即可進(jìn)行超前小導(dǎo)管鉆孔、安裝，如下臺(tái)階鋼架還未安裝完可進(jìn)行炮眼鉆孔工作直至下臺(tái)階鋼架安裝完成。噴射混凝土?xí)r將已打好的炮眼進(jìn)行臨時(shí)封堵保護(hù)。邊墻鋼架與上臺(tái)階鋼架聯(lián)接，邊墻腳鎖腳暫不施作，邊墻鋼架安裝完成挖運(yùn)仰拱部分渣，立仰拱鋼架。仰拱鋼架與邊墻鋼架聯(lián)接，邊墻鋼架打鎖腳錨管（桿）固定，控制好邊墻鋼架位置。如圖(5.5)如圖5.5下臺(tái)階格柵鋼架安裝5.2.6 噴射混凝土鋼架安裝完成后退出作業(yè)臺(tái)架，濕噴機(jī)械手就位，根據(jù)機(jī)械手的作業(yè)半徑范圍確定上、下臺(tái)階的噴射作業(yè)順序。當(dāng)上、下臺(tái)階不能一次噴完需移機(jī)時(shí)，先進(jìn)行下臺(tái)階噴射作業(yè)，初噴仰拱進(jìn)行局

11、部回填渣移機(jī)再進(jìn)行上臺(tái)階的噴射作業(yè)；當(dāng)一次可全部噴射作業(yè)時(shí)，先將上臺(tái)階拱部噴射一層，后進(jìn)行下臺(tái)階的第一層噴射混凝土，上、下臺(tái)階來回循環(huán)達(dá)到分層噴射施工，減少混凝土掉塊現(xiàn)象。速凝劑根據(jù)邊墻和拱部采取不同摻量，邊墻摻量為2%拱部5就右。噴射混凝土配合比見表(5.1)表5.1噴射混凝土基準(zhǔn)配合比項(xiàng)目水泥(kg)粉煤灰(kg)粗骨料(kg)細(xì)骨料(kg)速凝劑(kg)減水劑(kg)水(L)用量44023849849233.71185噴射混凝土前將上臺(tái)階拱架腳端部采用松渣覆蓋1520cm,整平后并覆蓋軟膠皮進(jìn)行拱腳聯(lián)接角鋼的保護(hù)，以便下臺(tái)階施工時(shí)，邊墻鋼架與拱腳鋼架聯(lián)接。如圖5.8.圖5.8格柵鋼架腳聯(lián)

12、接角鋼保護(hù)處理噴射作業(yè)完成后退出濕噴機(jī)械手臺(tái)架就位進(jìn)行鉆眼作業(yè)，進(jìn)入下一循環(huán)。6材料與設(shè)備一個(gè)作業(yè)面用小臺(tái)架主要材料見表6.1。表6.1主要材料序號(hào)名稱型號(hào)單位數(shù)量用途備注1工字鋼I18m100小臺(tái)架2鋼管448m30小臺(tái)架3鋼筋20m350小臺(tái)架一個(gè)隧道口作業(yè)面主要機(jī)具設(shè)備見表6.2。表6.2主要機(jī)具設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)單位數(shù)量備注1挖掘機(jī)PC220臺(tái)12裝載機(jī)（側(cè)卸）ZL50B臺(tái)13風(fēng)鉆YT28臺(tái)154濕噴機(jī)械手HPS3016W臺(tái)115m3/h5混凝土運(yùn)輸攪拌運(yùn)輸車38m臺(tái)36混凝土生產(chǎn)設(shè)備60m3/h套17空壓機(jī)40m3/h臺(tái)48自卸汽車15t以上臺(tái)67質(zhì)量控制7.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合現(xiàn)行鐵路隧

13、道施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。7.2 質(zhì)量保證措施7.2.1 控制隧道開挖，杜絕欠挖，控制超挖，超挖過大容易形成初支背后空洞。下臺(tái)階開挖時(shí)應(yīng)注意控制開挖面的垂直度，防止上臺(tái)階鋼架拱腳懸空根數(shù)過多，形成安全隱患。7.2.2 嚴(yán)格控制格柵鋼架的加工尺寸，特別是聯(lián)接角鋼的角度，確保各節(jié)段間格柵鋼架聯(lián)接后,兩聯(lián)接板密貼。7.2.3 上臺(tái)階拱架安裝時(shí)拱腳應(yīng)支墊實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)采用輕質(zhì)硬木板支墊，拱腳嚴(yán)格按設(shè)計(jì)打設(shè)鎖腳鋼管，并用“L”形鋼筋與鋼架焊接牢固。7.2.4 格柵鋼架間嚴(yán)格按設(shè)計(jì)焊接縱向連接鋼筋，鋼筋網(wǎng)片嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行搭接。7.2.5 上、下臺(tái)階拱架聯(lián)接時(shí)若兩聯(lián)接角鋼面不密貼時(shí)應(yīng)，應(yīng)采用鋼板進(jìn)行墊塞并加焊牢固。7.

14、2.6 機(jī)械手噴射混凝土嚴(yán)格按照分段、分層、分序施作，以減少回彈量；應(yīng)采用無(wú)堿速凝劑，根據(jù)噴射工藝要求，由下至上逐步增加摻加量。7.2.7 仰拱安裝格柵鋼前應(yīng)將基底松渣清除干凈，有水地段應(yīng)在施工段前端設(shè)置積水坑，噴射混凝土?xí)r應(yīng)將積水抽排干凈，防止混凝土終凝前積水浸泡影響混凝土強(qiáng)度。7.2.8 開挖過程中應(yīng)根據(jù)圍巖級(jí)別及穩(wěn)定情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整循環(huán)進(jìn)尺。8安全措施8.0.1鉆眼人員到達(dá)工作面時(shí)，先檢查工作面是否處于安全狀態(tài)。嚴(yán)禁在殘眼中鉆眼，鉆孔臺(tái)車進(jìn)洞經(jīng)過的道路和臨時(shí)臺(tái)架，認(rèn)真檢查安全界限，并有專人指揮，就位后不得傾斜。8.0.2施工中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)，確保按要求開挖后12小時(shí)內(nèi)進(jìn)

15、行初始值測(cè)量。監(jiān)控量測(cè)頻率嚴(yán)格按管理辦法執(zhí)行，下臺(tái)階開挖后應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)頻次，以后按變形速率確定量測(cè)頻次。8.0.3觀察掌子面的圍巖穩(wěn)定情況，圍巖較差時(shí)每循環(huán)對(duì)掌子面進(jìn)行噴射混凝土封閉，若不能自穩(wěn)時(shí)應(yīng)采取打設(shè)錨桿等超前加固措施。8.0.4淺埋地段應(yīng)進(jìn)行地表沉降觀測(cè)，頻率按管理辦法執(zhí)行，地表觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)與洞內(nèi)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。8.0.5手機(jī)端收到預(yù)警信息后應(yīng)及時(shí)組織人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行察看，并制定相應(yīng)急處理方案。8.0.6根據(jù)量測(cè)點(diǎn)埋設(shè)間距情況，確認(rèn)在預(yù)警斷面前后是否增設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，確保全覆蓋監(jiān)控變形發(fā)展。8.0.7每個(gè)隧道口應(yīng)儲(chǔ)備一定數(shù)量的型鋼、鋼管、鋼筋等材料，并同時(shí)備有氧氣乙快、型鋼彎曲機(jī)、電

16、焊機(jī)等機(jī)械設(shè)備。8.0.8開挖作業(yè)面使用36V安全電壓供電。9環(huán)保措施9.0.1隧道洞口嚴(yán)格按要求設(shè)置三級(jí)沉淀池，并定期進(jìn)行清理。9.0.2對(duì)洞內(nèi)空氣定期進(jìn)行檢測(cè)，確保洞內(nèi)空氣質(zhì)量滿足作業(yè)環(huán)境滿足要求。9.0.3隧道棄渣棄在指定棄渣場(chǎng)，嚴(yán)禁亂倒亂棄。9.0.4施工中要對(duì)地下水、泉點(diǎn)、水井進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)，以免施工造成水位下降。9.0.5對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)輸便道等易產(chǎn)生粉塵的地段定時(shí)進(jìn)行灑水降塵，勤洗施工機(jī)械車輛，使產(chǎn)生的粉塵危害減至最小程度。10安全、效益分析10.0.1安全分析采用本工法施工經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，隧道變形可及時(shí)掌握，初支成環(huán)及時(shí)，圍巖應(yīng)力擴(kuò)散至松馳范圍有限，能及時(shí)封閉圍巖，從而控制圍巖變形發(fā)展。圍巖變形發(fā)展期對(duì)其進(jìn)行不間斷的觀測(cè)，能掌握初支變形發(fā)展趨勢(shì)，從而了解隧道的安全狀況。監(jiān)控量測(cè)預(yù)警信息通過不同管理層級(jí)人員的手機(jī)，時(shí)時(shí)收到短信通知并進(jìn)行應(yīng)急處置。該工法完全滿足“國(guó)九條”安全步距要求，更能動(dòng)態(tài)的保證安全，更有利于現(xiàn)場(chǎng)施工組織安排。10.0.2效益分析本工法V級(jí)圍巖月進(jìn)度能達(dá)到60m以上，IV圍巖月進(jìn)度能達(dá)到80m以上。根常規(guī)臺(tái)階法比較有較大優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。11應(yīng)用實(shí)例xxx段，大圍山隧道為單洞單線隧道，起于湖南省瀏陽(yáng)市張坊鎮(zhèn)，止于江西省銅鼓縣排埠鎮(zhèn)，隧道進(jìn)口里程DK1660+177,隧道出口里程DK1668+349隧道全長(zhǎng)8172m,其中IV級(jí)圍巖1757米，V