大斷面軟弱地層隧道三臺階四步交錯法施工工法

1隧道圍巖為含碳泥質(zhì)板巖，巖質(zhì)較軟，抗壓強度為3~35cm，施工安全隱患較大。設(shè)計施工工法采用“三工過程中發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的“三臺階七步開挖法”由于臺階長度過短，中臺階左右錯開距離較短，因巖效率，而且臨時仰拱上方因大型機械行走，往往對初期支護的影響更大；拆卸臨時仰拱時，多采用爆破作業(yè)，對于軟弱圍巖相當(dāng)于增加了對圍巖的擾動次數(shù)，且設(shè)置臨時支護增加了施工成本。為此，項司組織業(yè)內(nèi)專家對包含本工藝的“含碳泥質(zhì)板巖隧道圍22.1該工法合理制定各級臺階長度、高度，通過適當(dāng)?shù)脑黾又信_階的長度，方便了大型機械又增加了中、下臺階左右錯開距離，既避免了鋼架兩側(cè)拱腳同時懸空，又避免了圍巖還未穩(wěn)定就開始施工下一級臺階，將隧道開挖影響控制在最小限度，保證了掌子面穩(wěn)定性和周邊圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。2.2該工法改進了作業(yè)方式，減少了施工工序，將原本的七步開挖改為四步開挖，上、中、下臺階同步掘進，保證了隧道施工安全步距，縮短了從掌子面開挖至初期支護封閉成環(huán)的時間，減小了初期支護拱頂下沉和收斂量，增加了施工安全系數(shù)。2.3該工法施工各循環(huán)安排緊密，加大了機械、人員工作效率，將原開挖工法的各施工工序流水作業(yè)改為同步施工，縮短了每循環(huán)時間，減少掌子面圍巖裸露時間，保證了圍巖的穩(wěn)定性，同時也加2.4該工法視實際情況可取消核心土，通過制作開挖臺架，極大程度的縮短了開挖爆破又保證了超前小導(dǎo)管、鎖腳錨管的施工質(zhì)量，減小了圍巖裸露的時間，提高支護效率，能在開挖后的第一時間進行初期支護施工，極大程度的控制了初期支護拱頂下沉和收斂，保證了施工安全。2.5該工法施工簡便、靈活，在沒有增加臨時支護的前提下，通過調(diào)了初期支護的變形量，保證了施工安全?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實際需要增加施工措施，如施工擴大拱腳等。本工法適用于高速公路、高速鐵路大斷面軟弱地層的隧道施工。4.工藝原理工，不同的臺階相互交錯開挖，平行推進。同時將施工各循環(huán)緊密聯(lián)系，將上臺階的支護和出碴同步進行，上臺階的噴錨和中下臺階的支護同時進行，減少了掌子面圍巖裸露時間，縮短了循環(huán)時間，保證了施工安全。本工法通過分析隧道斷面受力情況，對掌子面開挖斷面進行合理分布，規(guī)定了各臺階的高度和長度，而不是單單追求短臺階，既能保證安全步距要求和施工安全，又方便了機械化作業(yè)，可利用挖掘機、裝載機同時裝碴，利用大型濕噴機械手對進行掌子面噴錨，縮短了工序時間，增加了施工效率。3②③①①③②④5.施工工藝流程及操作要點5.2.施工操作要點5.2.1.施工準(zhǔn)備且一味的追求短臺階，往往會造成上個臺階未穩(wěn)定，便施工下一臺階，又影響初期支護的穩(wěn)定性和施工安全。所以，確定合理的橫斷面的分部開挖、確定各臺階的高度和長度是極其必要的。42、合理確定各臺階長度隧道臺階法的開挖縱斷面形狀的變化，其穩(wěn)定性決定于上、中、下斷面和仰拱的各自長度。雖然橫斷面上，斷面閉合圍巖就會趨于穩(wěn)定，但是在縱斷面形狀上看，隧道閉合意味在各個階段（上、中、下斷面的支護和仰拱的支護）都要完成才能形成閉合的狀態(tài)，如圖5.2.1-2。所以，不能只看開挖橫斷面是否穩(wěn)定，也要從隧道整體看隧道開挖后的縱斷面是否穩(wěn)定，也就是要仔細(xì)研究隧道開挖的縱斷面的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)大量沉降觀測數(shù)據(jù)顯示，上臺階開挖完成后穩(wěn)定期約為4～5天，中臺階開挖完成后穩(wěn)定期約5根據(jù)日進尺量，確定上、中、下臺階合理的臺階長度：上臺階6m，中臺階11m，下臺階18m。調(diào)整后的隧道三臺階法施工臺階布置如圖5.2.1-4：圖5.2.1-4三臺階法施工臺階布5.2.2.上臺階+中臺階右側(cè)+下臺階左側(cè)鉆孔、爆破作業(yè)榀鋼架，中臺階右側(cè)2榀鋼架，下臺階左側(cè)2榀鋼架；下一循環(huán)上臺階開挖1榀鋼架，中臺階左側(cè)2榀鋼架，下臺階右側(cè)2榀鋼架，可保證上、中、下臺階同步掘進。根據(jù)掌子面圍巖狀況，可使用簡易開挖臺架。作業(yè)人員13～15人，風(fēng)槍10～12把，分配為上臺階8把，中、下臺階根據(jù)工程量及鉆爆6爆破作業(yè)時，需根據(jù)圍巖情況，調(diào)整鉆爆參數(shù)，如表5.2.2-1。飽和單軸抗壓極限強度周邊眼最小抵抗線5.2.3.上臺階扒碴鉆爆結(jié)束后，挖掘機進行爆破斷面殘碴處理，先將上臺階殘碴扒至中、下臺階，并形成緩坡，為裝載機運送鋼架留下便道，便于下步上臺階立架施工。挖掘機對上臺階工作面清理完畢后，進行下一5.2.4.上臺階支護、中、下臺階出碴扒碴工作結(jié)束后，三臺階呈緩坡狀，由挖掘機將作業(yè)臺架移回掌子面，裝載機運送鋼架至上臺階作業(yè)臺架后，上臺階進行立架作業(yè)。作業(yè)人員一字排布單側(cè)安裝預(yù)制拱架，每榀拱架分三部分，從左至右依次安裝，固定連接螺母，鋼筋網(wǎng)片焊接牢固。作業(yè)人員8人。隧道鋼架支護分為型鋼鋼架和格柵鋼架兩種，型鋼鋼架主要由工字鋼彎制而成，格柵鋼架主要由四根Φ22主筋和其它鋼筋制成。此時挖掘機在中臺階緩坡處進行中臺階出碴，裝載機在下臺階裝碴側(cè)翻倒入出碴車內(nèi)。上臺階立架作業(yè)與中、下臺階出碴作業(yè)同步進行，同步完成。如圖5.2.4上臺階立架結(jié)束后，接入風(fēng)管水管(需將風(fēng)管、水管合理的布置在中臺階初期支護的邊墻上)，進行系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿及超前小導(dǎo)管施工。此時，上臺階立架工人開始進行中的立架作業(yè)。7圖5.2.4-1上臺階立架、隧道出5.2.5.上臺階噴錨、中、下臺階支護及噴錨上臺階系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿及超前小導(dǎo)管等支護施工完成后，用噴錨機械手對上臺階進行噴錨作業(yè)，噴射上臺階混凝土。此時中臺階立架作業(yè)已經(jīng)完成，上臺階支護工人開始進行中臺階系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿的施工，中臺階立架工人開始進行下臺階立架作業(yè)。上臺階噴錨完成后，中臺階同時完成系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿的施工，繼續(xù)對中臺階進行噴錨作業(yè)，此時下臺階開始進行系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿的施工。中臺階噴錨完成后，下臺階同時完成系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿的施工，開始對下臺階進行噴錨施工作業(yè)。隧道初期支護噴射混凝土需采用濕噴工藝，建議使用大型濕噴機械手。濕噴具有回彈量小、粉塵小，作業(yè)時間快等優(yōu)點，能使得噴射混凝土施工作業(yè)時間與支護作業(yè)時間相匹配，上、中、下臺階同步施工，縮短了循環(huán)時間，加快了初期支護施工進度，保證了施工安全。濕噴機械手如圖5.2.5-1所5.2.6.重復(fù)下一循環(huán)（上臺階+中臺階左側(cè)+下臺階右側(cè)）上一循環(huán)完成后，開始重復(fù)進行下一循環(huán)，即上臺階+中臺階左側(cè)+下臺階右側(cè)，施工內(nèi)容及施工方法與上一循環(huán)相同。5.2.7.核心土開挖8根據(jù)臺階長度，核心土開挖每隔2循環(huán)（上臺階進尺1.2～1.6m，中、下臺階進尺2.4～3.2m）開挖一次，開始時，鉆爆作業(yè)、出碴作業(yè)同步進行5.2.8.隧底開挖及支護挖，人工清底，并及時施工仰拱初支。隧底施工完畢代表著隧道初期支護閉合成環(huán)，根據(jù)原鐵道部(2010)120號《關(guān)于進一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》和TB10753-2010《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)要求，隧道開挖后初期支護封閉位置距離掌下臺階施工互不干擾。5.2.9.仰拱及襯砌施工隧底開挖及支護完成后，需及時進行仰拱及二次襯砌的施工，根據(jù)原鐵道部(2010)120號《關(guān)于進一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》和TB10753-2010《鐵路隧道5.3.勞力組織（見表5.3-1）根據(jù)施工工序，分為開挖班、支護班、襯砌班、雜工班4個作業(yè)班組，各班組根據(jù)工程實際情況配備各工種人數(shù)，具體人員如表5.3-1。表5.3-1隧道施工機械設(shè)備配置情況表12346.1.工程材料（見表6.1-1）9初期支護mmm超前支護超前雙層小導(dǎo)管m粘土地層注漿量漿mm6.2.機具設(shè)備（見表6.2-1）表6.2-1隧道施工機械設(shè)備配置情況表1臺12臺43臺14臺45臺17臺18臺1臺臺7.1.工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)本工法施工過程中涉及到混凝土、鋼結(jié)構(gòu)加工焊接、高強螺栓等多方面，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范主要10304-2009《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB50661-2011《高速鐵路隧道工程7.2.工程質(zhì)量保證措施1）控爆開挖，勤量測：采用光面爆破施工工藝，嚴(yán)格控制超欠挖，減少爆破對圍巖的擾動。進行圍巖現(xiàn)場監(jiān)控量測，根據(jù)量測數(shù)據(jù)及時判定圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，確定支護襯砌施工時間。2）施工時需隨時關(guān)注圍巖變化，每次掌子面開挖完成后必須及時進行地質(zhì)素描，注意巖體的傾向與傾角，為下一循環(huán)上臺階的施工作業(yè)和中、下臺階的施工作業(yè)留下基礎(chǔ)資料，并根據(jù)此資料隨時調(diào)整爆破參數(shù)，保證施工安全。3）噴射砼采用濕噴技術(shù)，需控制噴射混凝土的強度、厚度及密實度。4）圍巖采用超前小導(dǎo)管、錨桿注漿時，注漿需自上而下，先邊后中的順序進行。施工前對注漿機械系統(tǒng)進行調(diào)試，檢查鋼管，清除管內(nèi)雜物；注漿過程中正確掌握漿液流量、壓力與時間的關(guān)系，適5）型鋼拱架統(tǒng)一在有資質(zhì)的加工廠定制。格柵鋼架在鋼筋加工廠統(tǒng)一加工，而且必須在大樣臺上進行，保證格柵加工的精度，經(jīng)檢驗合格后運至施工現(xiàn)場。型鋼拱架和格柵鋼架用于工程前必須進行試拼，架立符合設(shè)計要求，連接螺栓必須擰緊，數(shù)量符合設(shè)計要求，節(jié)點板密貼對證，格柵鋼架拼裝6）進行圍巖現(xiàn)場監(jiān)控量測，根據(jù)量測數(shù)據(jù)及時判定圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，確定襯砌施工時間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)隧道變形量增大時，可增加擴大拱腳等施工措施。8.1.執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)8.2.安全措施1）鉆眼前，首先檢查工作面是否處于安全狀態(tài)，燈光照明是否良好，燈具滿足施工規(guī)范中要求最低規(guī)定亮度，支護、頂板及兩側(cè)邊墻是否牢固，有無松動的巖石，如有松動的巖石及時支護或清除。3）洞內(nèi)各爆破作業(yè)做到統(tǒng)一指揮，爆破前調(diào)度人員通知受影響的相鄰工作面人員、車輛撤離到安全距離外，一般距爆破工作面的距離不少于200m。4）爆破后必須通風(fēng)排煙，且其相距時間不少于15分鐘，并檢查有無殘余炸藥或雷管；有無松動石塊；支護有無損壞與變形等，妥善處理后，工作人員才準(zhǔn)進入工作面。5）隧道內(nèi)裝碴作業(yè)的人員、車輛聽從調(diào)度的統(tǒng)一指揮。機械裝碴時，隧道斷面尺寸必須滿足裝碴機械安全運轉(zhuǎn)，并符合下列要求：裝碴不準(zhǔn)高于車廂；裝碴機與運碴車之間不準(zhǔn)有人；運碴車就位和進出，派專人指揮。6）嚴(yán)禁將支撐坐在虛碴或軟弱的巖石上，軟弱圍巖地段底面加設(shè)墊板或墊梁，并用砼塊塞緊。9.環(huán)保措施9.1.執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)控制污水、噪聲、粉塵、廢棄物等因素對環(huán)境的影響，滿足國家及省市有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)要求；施工現(xiàn)場相關(guān)方的環(huán)境行為符合管理體系要求；節(jié)約能源。對于既有資源，在施工中要堅持做到“少破壞、多保護，少擾動、多防護，少污染、多防9.2.環(huán)保節(jié)能措施1）加強工作面的通風(fēng)，降低有害氣體濃度。2）掌子面放炮后由專人噴灑水霧除塵以減少空氣中的懸浮顆粒。3）提高油料燃燒率，減少尾氣有害成分的含量。4）采用濕噴混凝土技術(shù)進行初期支護，減少空氣懸浮物，減輕對空氣的污染，改善作業(yè)環(huán)境。5）施工棄碴場，若處理不當(dāng)，發(fā)生侵占耕地、占用或堵塞河道阻礙其正常的防洪排澇功能、引發(fā)新的水土流失現(xiàn)象等，都會對環(huán)境造成嚴(yán)重的不良影響。因此在施工中要采取以下措施進行處理。隧道開挖后的巖石，在棄碴中挑選塊石用于棄碴場的擋墻擋護工程的砌料；按批準(zhǔn)的規(guī)劃設(shè)置棄碴場，有序堆放，棄碴場填平后進行復(fù)墾，為確保棄碴穩(wěn)定，棄碴坡腳增設(shè)擋墻，防止水土流失。成立資源節(jié)約組織機構(gòu)，在工程施工過程中對各工序所耗人力資源、機械設(shè)備及物資材料資源進行監(jiān)控，并定期分析研究，及時制定下一步優(yōu)化措施。施工現(xiàn)場設(shè)兼職材料回收負(fù)責(zé)人，并嚴(yán)格按照可利用再生和廢棄不可再生資源分類處理。本工法合理的制定了各個臺階的高度、長度，增加了中臺階的長度，方便了大型機械設(shè)備的施工，如工法中采取了HPS3016S型濕噴臺車，該濕噴臺車可將初期支護噴射混凝土回彈率降低10～15%，極大程度的節(jié)約了資源。本工法未設(shè)置臨時仰拱、臨時支撐等臨時工程，避免了臨時工程拆除造成的材料、資源的浪費，本工法通過改進作業(yè)方式，減少了施工工序，將原本的七步開挖改為四步開挖，將原開挖工法的各施工工序流水作業(yè)改為同步施工，加大了機械、人員工作效率，節(jié)約了資源。本工法為一種創(chuàng)新工藝，所投入的人力資源和機械設(shè)備、物資材料資源均低于傳統(tǒng)工藝，大幅節(jié)中鐵十九局吉圖琿客運專線Ⅶ標(biāo)段小盤嶺3號隧道、中鐵十九局新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路快速，機械化程度高，為工程整體安全、質(zhì)量及進度目標(biāo)的實現(xiàn)提供了良好的保證，并使得我公司在業(yè)主單位中獲得了良好的聲譽。本工法積極響應(yīng)了國家及政府的號召，通過合理的組織，減少臨時工程的投入，大力推進節(jié)能環(huán)保綠色施工，不斷總結(jié)積累經(jīng)驗，為以后承接更多的類似新項目打下良好基礎(chǔ)2013年5月31日的隧道施工期間，施工人員95人，平均月進尺44.4m（其中Ⅴ級圍巖41.1m，占可見，采用新工法后，每月完成產(chǎn)值可增加172、中鐵十九局新建赤峰至京沈高鐵喀左站鐵路工程建平隧道進、出口施工為例，建平隧道進口采月10日的隧道施工期間，施工人員82人，月進尺54m(Ⅴ級圍巖