大跨度軟巖公路隧道短臺階七部平行流水作業(yè)施工工法

1、大跨度軟巖公路隧道短臺階七部平行流水作業(yè)施工工法中鐵十二局集團(tuán)第二工程處一、前言隨著高等級公路的迅猛發(fā)展，大跨度軟巖公路隧道的施工方法也不斷發(fā)展，主要有臺階法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔墻法等。但在工程實踐中，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中隔墻法存在以下缺點：一是限制了大型施工機(jī)械的使用，降低了工效；二是在軟硬圍巖相間的隧道施工中，施工方法的調(diào)整時間很長；三是臨時施工支護(hù)多、投入大、不經(jīng)濟(jì)；四是施工中相互干擾大；五是分部施工防水層和混凝土襯砌，運(yùn)營病害多。在京珠高速公路靠椅山隧道施工中，我處采用短臺階七步平行流水作業(yè)法施工，成功地解決了軟巖、斷層、流泥涌水等難題，確保了工程質(zhì)量和工期。在此基礎(chǔ)上將其關(guān)鍵技術(shù)歸納

2、提煉，再次應(yīng)用于深圳鹽壩高速公路大梅沙隧道洞口軟巖地段施工和渝合高速公路西山坪隧道施工，均獲得成功本工法系根據(jù)上述公路隧道的施工實踐編制而成。二、工法技術(shù)特點 1、施工空間大，可以引入大型施工機(jī)械多作業(yè)面平行施工，工效高；部分軟巖地段可以采用反鏟挖掘機(jī)直接開挖下半斷面，減小了對圈巖的擾動。 2、在地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、軟硬圍巖相間的隧道施工中，便于靈活及時地調(diào)整施工方法，進(jìn)度穩(wěn)定，工期保障性強(qiáng)。 3、能適應(yīng)不同跨度和多種斷面形式，沒有需拆除的臨時施工支護(hù)，節(jié)省投資。 4、爆破施工可以分成多個作業(yè)面進(jìn)行，將集中爆破化為分散爆破，既減少了對圍巖的擾動，又充分利用了時間空間，還增加了爆破臨空面，降低了炸

3、藥消耗。 5、混凝土仰拱超前施作，便于初期支護(hù)及早閉合成環(huán)承載，且改善了洞內(nèi)作業(yè)、運(yùn)輸環(huán)境。 6、全斷面一次施作防水層和灌筑混凝土襯砌，確保了混凝土襯砌施工質(zhì)量，運(yùn)營病害少。 7、無需增加特殊設(shè)備，投入少、操作性強(qiáng)，易推廣。 三、適用范圍 本工法適用于公路、鐵路類圍巖的隧道，對大跨度地下工程及其它交通通道工程亦有參考價值。在斷層帶、破碎帶及富水地層中采取大管棚、邁式注漿錨桿和小導(dǎo)管預(yù)注漿固結(jié)、止水等技術(shù)措施后亦可適用。四、工藝原理短臺階七步平行流水作業(yè)法是采用23層短臺階，分步平行開挖，分步平行施作拱墻初期支護(hù)，混凝土仰拱超前施做及時閉合構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護(hù)體系，保護(hù)圍巖的天然承載力，有效抑制圍

4、巖變位。經(jīng)量測監(jiān)控信息化反饋指導(dǎo)施工，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)和混凝土襯砌施工時間。在斷層帶、破碎帶等自穩(wěn)性較差地層和富水地層中，則采用大管棚、邁式注漿錨桿和小導(dǎo)管預(yù)注漿固結(jié)、止水等輔助施工措施后，上部弧形導(dǎo)坑法短開挖施做拱部初期支護(hù)，再左右錯位開挖及施做邊墻初期支護(hù)，混凝土仰拱緊跟下臺階并及時施做，盡早閉合成環(huán)，構(gòu)成支護(hù)體系受力。五、施工工藝（一）工藝流程施工工藝流程見圖1。開挖上部弧形導(dǎo)坑，并施做初期支護(hù)左右錯位開挖中臺階并施做初期支護(hù)左右錯位開挖下臺階并施做初期支護(hù)施做混凝土仰拱使初期支護(hù)閉合成環(huán)監(jiān)控量測反饋，施做防水層，灌注混凝土 圖1 短臺階七步平行流水作業(yè)法施工流程圖（二）施工工藝 1、開

5、挖對隧道周邊圍巖進(jìn)行超前預(yù)加固后，進(jìn)行分步平行開挖。類圍巖地段采用三臺階分步平行開挖法，施工順序見圖2。上半斷面環(huán)形部分人工采用風(fēng)鎬開挖，其余各部采用CAT320B挖掘機(jī)開挖、裝碴。循環(huán)進(jìn)尺一般控制在0.5m1.2m為宜。類圍巖地段可將三臺階分步行平開挖法調(diào)整為兩臺階分步平行開挖法施工。遵循“弱爆破、短開挖”的原則采用光面爆破或預(yù)留光爆層做振動控制爆破技術(shù)開挖上半斷面，以減小對圍巖的擾動，炮眼深度一般控制在1.5m2.0m為宜。圖2 短臺階七步平行流水作業(yè)法示意圖(單位：m)2、初期支護(hù)施工初期支護(hù)是由錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架和噴射混凝土組成的一種聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)，為保護(hù)圍巖的天然承載力，初期支護(hù)要盡快

6、施做，其施工流程見圖3。(1)初噴凝土封閉巖面 用高壓風(fēng)自上而下吹凈巖面，埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志釘，如工作面有滴水或淋水，提前做好鉆孔埋管的引排水工作。 噴射作業(yè)先從拱腳或墻腳向上堆噴，以防止上部噴射回彈料虛掩拱腳(墻腳)而不密實，以致強(qiáng)度不夠，造成失穩(wěn)；先將凹洼部分找平，然后噴射凸出部分，并使其平順連接。噴射操作應(yīng)沿水平方向以螺旋形劃圈移動，并使噴頭盡量保持與受噴面垂直，噴嘴口至受噴面距離以0.61.0m為宜。噴射混凝土表面應(yīng)大面平整并呈濕潤光澤，無干斑或滑移流淌現(xiàn)象。(2)施作結(jié)構(gòu)錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)錨桿為全長粘結(jié)型錨桿，桿體為22mm的20MnSi螺紋鋼筋，長度為3.0m或是3.5m，

7、間距0.8m1.0m，梅花形布置，徑向施作。各臺階初期支護(hù)連接處左右均需設(shè)不少于兩根鎖腳錨桿，確保初期支護(hù)不失穩(wěn)。為確保錨桿施作質(zhì)量，有條件時，拱頂結(jié)構(gòu)錨桿和鎖腳錨桿應(yīng)盡量采用邁式注漿錨桿或WTD25N中空錨桿。鋼筋網(wǎng)為田10mm或田6mm鋼筋焊接而成，網(wǎng)格為20cm或25cm。鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨受噴面的起伏鋪設(shè)，其間隙不大于3cm，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿體連接牢固。 (3)安裝鋼架鋼架是軟弱圍巖中初期支護(hù)的重要組成部分，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計圖及設(shè)計要求加工制作和架設(shè)。臺階法施工鋼架單元結(jié)構(gòu)見圖4。 鋼架架設(shè)施工：拱部單元：首先進(jìn)行施工放樣，確定鋼架基腳位置，然后鋪設(shè)E25a槽鋼墊板，施作定位系筋，最后架設(shè)鋼架，設(shè)縱

8、向連接筋。 墻部單元：墻腳部位鋪設(shè)25a槽鋼墊板，施作定位系筋；對應(yīng)拱部單元鋼架位置架設(shè)墻部單元鋼架，栓接牢固，設(shè)縱向連接筋，施工注意事項：施工準(zhǔn)備處理欠挖通風(fēng)排煙降塵清理危石吹凈巖面檢查斷面超欠挖情況，初噴混凝土封閉巖面施做結(jié)構(gòu)錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng) 有無質(zhì)量問題有改 進(jìn) 無施工放樣安裝鋼架是否符合標(biāo)準(zhǔn) 否調(diào) 整 符合做拱部超前支護(hù)，焊接噴射混凝土至設(shè)計厚度圍 巖 量 測信息反饋，修正支護(hù)參數(shù)圖3 初期支護(hù)施工流程 圖4臺階法施工鋼架單元結(jié)構(gòu)圖(單位：m)為保證鋼架置于穩(wěn)固的地基上，施工中應(yīng)在鋼架基腳部位預(yù)留足夠的堅實地基，架立鋼架時挖槽就位。鋼架平面應(yīng)垂直于隧道中線爹其傾斜度不大于20；鋼架的任

9、何部位偏離鉛垂面不應(yīng)大于5cm。為增強(qiáng)鋼架的整體穩(wěn)定性，應(yīng)將鋼架與縱向連接筋、結(jié)構(gòu)錨桿、定位系筋和鎖腳錨桿焊接牢固。鋼架連接接頭要連接牢固。拱腳部位易發(fā)生塑性剪切破壞，故該部位接頭除栓接外，還應(yīng)四面幫焊，確保接頭的剛度和強(qiáng)度。條件允許時，接頭最好采用角鋼連接板，便于混凝土全面握裹當(dāng)鋼架和初噴層閩存在較大間隙時要設(shè)騎馬或楔形墊塊頂緊圍巖；鋼架與圍巖的間距不應(yīng)大于5cm。(4)施作拱部超前支護(hù)和二次噴射混凝土拱部按設(shè)計技術(shù)參數(shù)施作下一循環(huán)超前支護(hù)，并把該支護(hù)尾端焊在鋼架上。分層噴射混凝土到設(shè)計厚度，每層56cm厚；鋼架保護(hù)層不小于2cm。整個噴射混凝土表面要平順。(5)監(jiān)控量測、修正支護(hù)參數(shù)嚴(yán)格按

10、設(shè)計要求進(jìn)行拱頂下沉和周邊收斂位移量測，通過監(jiān)控量測的信息反饋，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以保證襯砌結(jié)構(gòu)的安全。監(jiān)控量測中應(yīng)注意：為取得開挖后圍巖早期狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，各項測點應(yīng)盡量靠近開挖面布置(不大予2m)，在爆破后24h或下次爆破前，讀取初次讀數(shù)。周邊收斂、拱頂下沉及地表下沉各項測點應(yīng)盡理集中斷面布設(shè)，以便量測成果的協(xié)調(diào)分析、綜合運(yùn)用。量測時，應(yīng)先把鋼尺拉出(拉出長度稍長于量測基線)停放20mm，以使鋼尺溫度與環(huán)境氣溫相差達(dá)到基本一致。(當(dāng)在同一洞口內(nèi)連續(xù)量測若干斷面，且環(huán)境氣溫相差不大時，可連續(xù)量測)采用臺階法開挖時，當(dāng)下半斷面開挖靠近上半量測斷面，量測頻率應(yīng)適當(dāng)增加。3、仰拱施工在設(shè)計有混凝土仰

11、拱施工地段乙拱墻初期支護(hù)施工完成后，要及時左右錯位跳挖仰拱、安裝仰拱鋼架，進(jìn)行混凝土仰拱施工，使初期支護(hù)盡早閉合成環(huán)構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護(hù)體系。并為施工運(yùn)輸創(chuàng)造良好環(huán)境。4、混凝土襯砌采用可調(diào)式防水層作業(yè)專用臺車按設(shè)計材料和技術(shù)參數(shù)施作防水層，鋪設(shè)時要采用無釘孔工藝，并視初期支護(hù)的平整情況，將防水板留一定的富余量，以防止過緊而被混凝土擠破?；炷烈r砌采用全斷面液壓鋼模襯砌臺車、泵送混凝土灌注。混凝土生產(chǎn)采用自動計量拌合機(jī)拌合，混凝土輸送車運(yùn)輸。要左右對稱地灌筑，防止臺車偏移。設(shè)置制式擋頭模板，確保施工縫處混凝土質(zhì)量。六、機(jī)具設(shè)備單口作業(yè)所需要機(jī)具設(shè)備見表1。七、勞力組織單口作業(yè)勞力組織見表2。八、

12、質(zhì)量控制(一)本工法應(yīng)嚴(yán)格遵守公路隧道施工技術(shù)規(guī)范及驗收標(biāo)準(zhǔn)。(二)混凝土工程1、噴混凝土。對噴混凝土骨料級配、含泥量及外加劑質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，堅持每批均抽檢，不合格品堅決清理出場。拌制時嚴(yán)格按配合比計量?？s短運(yùn)輸存放時間，隨隨拌隨用(一般加速凝劑混凝土不超過30分鐘)。2、鋼構(gòu)件下料按1：1大樣為準(zhǔn)，加工時盡量減少熱變形；焊點強(qiáng)度嚴(yán)格把關(guān)。3、送混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制坍落度損失，嚴(yán)禁擅自加水，外加劑應(yīng)嚴(yán)格計量。(三)施工管理l、成立專門的質(zhì)檢小組，嚴(yán)格質(zhì)檢程序，獎罰分明，質(zhì)量不合格者堅決返工單口作業(yè)所需機(jī)具設(shè)備表 表1單口作業(yè)勞力組織表 表22、噴射混凝土嚴(yán)格按鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則控制，努力減少

13、超欠挖。3、加強(qiáng)監(jiān)控量測管理，及時反饋信息，提高應(yīng)變能力。監(jiān)控量測項目及頻率見表3。監(jiān)控量測項目及頻率表 表3九、施工安全與環(huán)境保護(hù)措施1、爆破、量測人員和專職安全員，必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)并取得證書，持證上崗。2、必須加強(qiáng)全員安全意識教育，交叉施工地段設(shè)調(diào)度員加強(qiáng)調(diào)度。 3、危爆火工品嚴(yán)格按爆破安全規(guī)程及當(dāng)?shù)毓膊块T要求，用多少領(lǐng)多少，堅持審批簽字手續(xù)。4、加強(qiáng)洞內(nèi)外三管兩線的管理，防止漏電、漏風(fēng)傷人。5、加強(qiáng)機(jī)械保養(yǎng)維修，降低機(jī)械噪聲及廢氣摔放，改善作業(yè)環(huán)境。 6、加強(qiáng)現(xiàn)場管理，保持清潔衛(wèi)生，污水排放要設(shè)泥漿沉淀池和過濾池、便道及棄碴場要灑水降塵。十、效益分析l、本項施工技術(shù)為大跨度軟巖公路隧道

14、機(jī)械化施工積累了成功的經(jīng)驗。2、靈活的開挖與支護(hù)手段及相應(yīng)的技術(shù)措施適應(yīng)了地質(zhì)變化，真正做到“巖變我變”，有效地保證了隧道施工的安全。3、與雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相比，可節(jié)省大量臨時鋼架施工支護(hù)費(fèi)用，減少了投資。單洞雙車道隧道的3類圍巖條件下，與全斷面施工法相比，僅爆破鉆眼和炸藥兩項費(fèi)用每延米即節(jié)約1157元十一、工程實例京珠高速公路靠椅山隧道位于廣東省韶關(guān)市翁源縣鐵龍鎮(zhèn)與新江鎮(zhèn)交界處，分左右線隧道，橫穿靠椅山。隧道設(shè)計為單洞三車道，采用R二7.4m單心圓曲墻式襯砌，除明洞襯砌外，其余襯砌類型均按新奧法原理設(shè)計，采用復(fù)合式襯砌-類圈巖段開挖跨度為16.7m，高度為10.1m，以超前小導(dǎo)管用邊預(yù)注漿、超前

15、錨桿、結(jié)構(gòu)錨桿、型鋼鋼架、鋼筋網(wǎng)和噴混凝土為初期技護(hù)；模筑混凝土或鋼筋土為二次襯砌，在兩次襯砌間設(shè)PVC復(fù)合防水板為防水層。我處承擔(dān)右線出口端2050m施工任務(wù)，地質(zhì)為中下泥盆統(tǒng)桂光群砂巖及泥質(zhì)粉砂巖夾薄層頁巖，因受褶曲及構(gòu)造擠壓影響，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，巖石風(fēng)化成亞砂土，亞粘土，原巖結(jié)構(gòu)安全破壞。類圍巖893m，占44。在軟巖地段施工中，采用短臺階七步平行流水作業(yè)法，縮短工期約50天，保證了整座隧道按期完成并且節(jié)約投資近60萬元。深圳鹽壩高速公路大梅沙隧道爹為分離式雙洞單向三車道，隧道為三心圓內(nèi)輪廓形式；最大開挖跨度為15.15m，高度為113m。雙洞洞身基本平行，中心距離平均40m

16、。鹽田端左右線洞口段均有80mI類圍巖地段,為全風(fēng)化花崗巖，裂隙發(fā)育，不穩(wěn)定，遇水崩解軟化,容易坍塌，設(shè)計推薦方案為89mm2040m大管棚超前注漿支護(hù),雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工通過。我們采用短臺階七步平行流水作業(yè)法施工，安全順利地通過了該段。該成果獲集團(tuán)公司999年度科技進(jìn)步一等獎。全隧道亦提前竣工交付，工期和質(zhì)量均得到深圳市高速公路公司好評。渝合高速公路西山坪隧道為分離式雙洞單向行車雙車道隧道，為R=55m單心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)；最大開挖跨度為128m，高度為9，5m；兩隧道中心線間距40m。我管區(qū)為進(jìn)口段左右洞各1000m，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，主要為侏羅系下統(tǒng)泥巖、頁巖、粉砂巖不等厚互層，性軟、易碎、易風(fēng)化、裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性差，類圍巖占84。我們采用短臺階七步平行流水作業(yè)法施工雪目前任務(wù)過半，工期和質(zhì)量均受到業(yè)主好評，附：與隧道施工有關(guān)的規(guī)范、工法目錄 、公路隧道施工技術(shù)規(guī)范 JTJ04294 2、公路隧道設(shè)計規(guī)范 JTJ02690 3、鐵路隧道施工規(guī)范 TBJ20496 4、鐵路隧道工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)TBJ041798 5、鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)細(xì)則 TBn0892 6、鐵路隧道輔助坑道技術(shù)規(guī)范 TBl010995 7、鐵路工程設(shè)計技