1、、級(jí)圍巖隧道微臺(tái)階開挖施工工法1前言新奧法隧道施工方法自上世紀(jì)六十年代末被引入到我國，七、八十年代得到迅速發(fā)展，九十年代開始被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前使用最廣泛的隧道施工方法。新奧法施工一般有全斷面法、臺(tái)階法、分部開挖法。全斷面法開挖主要適用于級(jí)硬質(zhì)圍巖；臺(tái)階法主要適用于、級(jí)中等硬度圍巖；分部開挖法主要適用于、級(jí)以下軟弱圍巖地質(zhì)條件。臺(tái)階法施工又分為長臺(tái)階、短臺(tái)階法，對(duì)于自穩(wěn)較好的、級(jí)圍巖常采用長臺(tái)階法，上臺(tái)階長度超過50m；短臺(tái)階法適用偏軟的、級(jí)圍巖，上臺(tái)階長度為550m；圍巖穩(wěn)定性較差時(shí)，臺(tái)階長度應(yīng)控制在一倍洞徑。近年來，國內(nèi)外隧道施工過程中發(fā)生多起坍塌事故，造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。調(diào)查統(tǒng)計(jì)

2、表明，發(fā)生這些事故的主要原因是隧道開挖臺(tái)階長度過長、初期支護(hù)未及時(shí)封閉成環(huán)和二次襯砌未及時(shí)跟進(jìn)導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)造成。為了控制和降低鐵路隧道施工安全事故，鐵道部對(duì)仰拱與掌子面的距離要求越來越嚴(yán)格，鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程（TB10304-2009）規(guī)定：III級(jí)圍巖中仰拱與掌子面的距離不得超過90m，IV級(jí)圍巖不得超過50m，V級(jí)及以上圍巖不得超過40m.鐵道部關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知（鐵建設(shè)2010120號(hào)）文件對(duì)隧道開挖掌子面與仰拱、二襯之間的距離做出強(qiáng)制性規(guī)定:隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)， IV、V、VI級(jí)圍巖仰拱封閉位置距離掌子面不得

3、大于35m，IV級(jí)圍巖二次襯砌與掌子面距離不大于90m；V、VI級(jí)圍巖二襯與掌子面距離不大于70m。無論圍巖的穩(wěn)定性如何，采用長臺(tái)階法施工，都難以滿足上述工序安全距離的強(qiáng)制性規(guī)定；采用長度大于20m的短臺(tái)階法施工時(shí)，受變臺(tái)階處交通和仰拱施工作業(yè)空間要求的限制，工序安全距離仍然會(huì)超標(biāo)；采用長度小于20m的短臺(tái)階法施工時(shí)，雖然能滿足工序安全距離的要求，但因?yàn)樯吓_(tái)階作業(yè)空間窄小，工序間相互干擾嚴(yán)重，機(jī)械設(shè)備的工作效率大大受阻，施工進(jìn)度緩慢。本文所介紹的、級(jí)圍巖隧道微臺(tái)階開挖施工工法，有效地解決了上述問題，即保障了隧道施工安全，也提高了施工進(jìn)度。2工法特點(diǎn)2.1只需要在原有的全斷面或半斷面開挖臺(tái)架上增

4、設(shè)拼裝式懸臂平臺(tái)供微臺(tái)階鉆眼、噴砼作業(yè)使用，不需增加其它設(shè)備；2.2上下臺(tái)階同時(shí)鉆眼、放炮、出碴；3.3上下導(dǎo)坑部分工序可平行作業(yè)，節(jié)約時(shí)間。上導(dǎo)微臺(tái)階初噴后，可集中作業(yè)人員打錨桿、安鋼架；上導(dǎo)拱架安裝后，作業(yè)人員撤至下導(dǎo)打錨桿、安鋼架，上導(dǎo)可同時(shí)進(jìn)行噴砼作業(yè)；3.4開挖作業(yè)占用空間減少，工序間相互干擾降低，仰拱、二襯等后繼工序距掌子面的距離可控制在3035m，滿足強(qiáng)制性規(guī)定要求；3.5較之短臺(tái)階開挖法，微臺(tái)階法施工進(jìn)度明顯加快。在滿足工序安全步距的前提下，若采用短臺(tái)階法施工，級(jí)圍巖月進(jìn)度最快能達(dá)70m；采用微臺(tái)階法施工，月進(jìn)度可保證8090m，圍巖變化不大、工序銜接正常情況下，月進(jìn)度最快可達(dá)

5、90m。3適用范圍主要適用于設(shè)計(jì)建議臺(tái)階法施工的圍巖段。4工藝原理隧道微臺(tái)階開挖工法由全斷面和短臺(tái)階開挖工法衍變而來，利用一個(gè)開挖臺(tái)架完成上下導(dǎo)坑鉆眼、裝藥，同時(shí)起爆、同時(shí)出碴，以此縮短工序間的銜接時(shí)間差，同時(shí)給后續(xù)工序仰拱施工提供更大的空間，縮小了掌子面與仰拱之間的距離，保證了隧道工序安全步距滿足鐵道部相關(guān)強(qiáng)制性規(guī)定要求，保障了隧道施工安全和進(jìn)度。5施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1微臺(tái)階法開挖及支護(hù)作業(yè)工藝流程如圖5.1。5.2操作要點(diǎn)5.2.1上下臺(tái)階長度、高度確定：上臺(tái)階長度為35米，高度為4.0米，下臺(tái)階高度為6.2m，微臺(tái)階法開挖立面、縱斷面圖見圖5.2.1。5.2.2施工臺(tái)架加工微臺(tái)階

6、施工臺(tái)架可用原有的半斷面或全斷面施工臺(tái)架改裝而成，需要在臺(tái)架掘進(jìn)前進(jìn)方向增加懸臂操作平臺(tái)，參見圖5.2.2-1圖5.2.2-2。圖5.1 微臺(tái)階法開挖及支護(hù)作業(yè)工藝流程圖5.2.1 微臺(tái)階法開挖立面、縱斷面圖圖5.2.2-1 微臺(tái)階法工況示意圖圖5.2.2-2 微臺(tái)階施工臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖5.2.3爆破設(shè)計(jì)圖5.2.3-1 IV級(jí)圍巖微臺(tái)階施工爆破設(shè)計(jì)圖 圖5.2.3-2 V級(jí)圍巖微臺(tái)階施工爆破設(shè)計(jì)圖 5.2.4 施工順序說明（1）IV級(jí)圍巖每循環(huán)開挖進(jìn)尺2m，V級(jí)圍巖每循環(huán)開挖進(jìn)尺0.8m； （2）平行作業(yè)工序?yàn)椋荷吓_(tái)階初噴、打錨桿、立架、掛網(wǎng)工序與出碴工序同時(shí)進(jìn)行，上臺(tái)階噴砼與下臺(tái)階初噴、打錨

7、桿、立架、掛網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行；6設(shè)備與材料6.1隧道微臺(tái)階法開挖、支護(hù)主要設(shè)備參見下表：隧道單口作業(yè)面設(shè)備配置表序號(hào)機(jī)械稱及型號(hào)數(shù)量備注1挖掘機(jī)21臺(tái)備用2裝載機(jī)(側(cè)卸)23砼罐車(6m3)24砼濕噴機(jī)(TK500)4一臺(tái)備用5出碴運(yùn)輸車(19T以上)72臺(tái)備用6風(fēng)鉆YT28338臺(tái)備用7空壓機(jī)(22m3)48混凝土輸送泵1初支時(shí)可不用合計(jì)556.2主要材料隧道微臺(tái)階法施工主要根據(jù)圍巖類別設(shè)置掛網(wǎng)噴砼、格柵鋼架或型鋼鋼架等，按設(shè)計(jì)情況提前準(zhǔn)備到位即可，本文不列計(jì)。7質(zhì)量控制7.1鉆孔：鉆眼時(shí)嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)布孔，由于上臺(tái)階拱腳處易出現(xiàn)欠挖或超挖，該處周邊眼加密布置，控制在3540cm之間，掏槽眼采用楔

8、形掏槽；7.2裝藥：為控制超欠挖，應(yīng)按光面爆破控制裝藥量，周邊眼采用間隔裝藥方式；7.3起爆順序：掏槽眼輔助眼周邊眼底板眼，底板眼可較常規(guī)裝藥量大，目的是起到拋碴作用；7.4噴射砼：為確保噴射砼的強(qiáng)度質(zhì)量，采用濕噴砼，濕噴砼的坍落度控制在1216cm，同時(shí)還可降低粉塵和回彈量。8安全控制8.1采用微臺(tái)階法施工時(shí)，上下臺(tái)階平行推行，為防止下臺(tái)階開挖后上一循環(huán)上臺(tái)階已施作的初期支護(hù)產(chǎn)生掉拱現(xiàn)象，鎖腳錨桿及系統(tǒng)錨桿必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工。同時(shí)，上臺(tái)階必須保證至少有一榀鋼架在下臺(tái)階開挖后不形成懸空，這是確保本方案能夠順利實(shí)施的關(guān)鍵，在施工中必須嚴(yán)格控制下臺(tái)階的開挖進(jìn)尺；8.2各工序施工質(zhì)量必須滿足設(shè)計(jì)及規(guī)

9、范的有關(guān)要求，噴射砼背后嚴(yán)禁存在空洞現(xiàn)象；8.3、因掌子面存在個(gè)別工序間的交叉作業(yè)，人員、機(jī)械在一個(gè)作業(yè)面施工，人員進(jìn)出必須按規(guī)定的線路進(jìn)行；8.4、開挖臺(tái)架移動(dòng)過程中，臺(tái)架周邊10米范圍嚴(yán)禁站人。臺(tái)架行走路面盡量平順，以防臺(tái)架在移動(dòng)過程中傾覆。8.5電工、電焊工、爆破工必須經(jīng)有關(guān)部門培訓(xùn)，取得相應(yīng)資格證書方能進(jìn)行作業(yè)；8.6臺(tái)架作業(yè)平臺(tái)周邊應(yīng)焊接安全防護(hù)網(wǎng)；8.7作業(yè)臺(tái)架照明采用36V安全電壓；8.8作業(yè)人員不得穿化纖工作服進(jìn)入作業(yè)面，應(yīng)著棉質(zhì)服裝外套反光背心；8.9爆破15min后,檢查人員方能進(jìn)入掌子面檢查；經(jīng)檢查確認(rèn)安全后機(jī)械進(jìn)場，由專人指揮找頂，清除松動(dòng)石塊；8.10噴射砼所有作業(yè)人員必須配戴口罩，噴射手還應(yīng)配戴臉部防護(hù)罩，進(jìn)行噴射作業(yè)時(shí)，距離噴射點(diǎn)5m范圍內(nèi)不得站人，防止回彈小石子傷人。9環(huán)保措施9.1施工引起的“廢煙、廢氣、廢水”的排放及廢物的堆放達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；9.2隧道內(nèi)施工用水及地下水由排水溝排出洞外，經(jīng)過三級(jí)沉淀達(dá)標(biāo)后方能排入指定地表水體；9.3爆破后立即進(jìn)行通風(fēng)、灑水，盡快減少粉塵污染及對(duì)人體的危害；9.4噴射砼采用濕噴工藝，提高噴射砼強(qiáng)度質(zhì)量、減少回彈，減少噴射砼粉塵對(duì)人體造成的傷害。10 效益分析10.1經(jīng)濟(jì)效益通過采用微臺(tái)階法開挖，縮小各工序銜接時(shí)間差，加快施工進(jìn)度，減少了人員、設(shè)備窩