三臺(tái)階七步法在V級(jí)軟弱圍巖隧道施工中的應(yīng)用分析

韓連濤

(青海省公路建設(shè)管理局，青海 西寧810008)

0 概述

按照國(guó)際隧道協(xié)會(huì)（ITA）定義的隧道的橫斷面積的大小劃分標(biāo)準(zhǔn)分類：分為極小斷面隧道（2～3m2）、小斷面隧道（3～10m2）、中等斷面隧道（10～50m2）、大斷面隧道（50～100m2）和特大斷面隧道（大于100m2）。本文主要針對(duì)斷面面積在80～130m2內(nèi)的隧道進(jìn)行討論， 研究此范圍內(nèi)隧道V 級(jí)軟弱圍巖地段施工工藝。

目前，隧道V 級(jí)軟弱圍巖段設(shè)計(jì)常用的施工方法為CRD 法（交叉中隔壁法），該施工工藝經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐運(yùn)用，已然成為較為成熟的施工工藝，具有安全系數(shù)高，支護(hù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，但此工藝存在施工進(jìn)度緩慢及工程投入較大的弊端， 這點(diǎn)在V 級(jí)軟弱圍巖所占比例較大的隧道尤為明顯。

三臺(tái)階七步法施工為近年采用較多的施工工藝，在原有分部開挖的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了創(chuàng)新，施工進(jìn)度較快，工程機(jī)械設(shè)備投入相對(duì)較少，但在支護(hù)的整體穩(wěn)定性上尚需提高。

在建的青海S309 線多雜公路長(zhǎng)拉山隧道工程， 采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，按照單洞雙向行駛設(shè)計(jì)，單洞跨度10m，斷面面積95m2，隧道長(zhǎng)度2400m，洞口海拔高度為4493m，屬于高寒公路隧道。 隧道進(jìn)出口段V級(jí)軟弱富水圍巖段長(zhǎng)度320m，此段施工對(duì)工程進(jìn)度影響較大，是前期施工的重難點(diǎn)之一，所以有必要進(jìn)行施工工藝的對(duì)比分析，確定最佳施工方案，以加快工程進(jìn)度。

1 施工工藝簡(jiǎn)介

實(shí)際施工中，進(jìn)口開挖采用CRD 法施工，出口開挖采用三臺(tái)階七步法施工，根據(jù)施工實(shí)際需求，配備足額的人員、機(jī)械、設(shè)備，使進(jìn)出口均保持正常施工狀態(tài)，保證對(duì)比分析數(shù)據(jù)更加真實(shí)有效。

為了對(duì)比分析更加直觀，先簡(jiǎn)要的介紹下兩種施工工藝：

如圖1 和圖2 所示，CRD 法是在軟弱圍巖隧道中，先開挖隧道左側(cè)的①、②部分，施作部分中隔壁和橫隔板，再開挖隧道右側(cè)的③、④部分，完成橫隔板施工，最后進(jìn)行仰拱開挖的施工方法，該工藝將隧道開挖分為五部分進(jìn)行開挖，每一部分都獨(dú)立成環(huán)，保證了支護(hù)的穩(wěn)定。

三臺(tái)階七部法是將隧道開挖總體上分為三個(gè)臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階封閉成環(huán)。 先進(jìn)行拱部開挖，施作上臺(tái)階臨時(shí)仰拱，再開挖中臺(tái)階②、③部分，④部開挖完成后，根據(jù)圍巖及監(jiān)控量測(cè)結(jié)果有選擇的施作中臺(tái)階臨時(shí)仰拱，然后開挖下臺(tái)階⑤、⑥部，最后進(jìn)行⑦部仰拱開挖。 三個(gè)臺(tái)階分部施工，平行作業(yè)，能顯著提高施工進(jìn)度。

2 施工工藝對(duì)比分析

2.1 對(duì)比分析依據(jù)

（1）設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)出口段圍巖及水文條件基本相同，施工環(huán)境基本一致；

（2）根據(jù)施工需求，配備足夠的人員、機(jī)械設(shè)備及材料，盡量使進(jìn)出口施工保持在正常施工狀態(tài)下， 并將各種意外事故情況記錄詳細(xì)，便于分析；

（3）從經(jīng)濟(jì)性和安全性兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析。 經(jīng)濟(jì)性主要包括施工所用人員數(shù)量、機(jī)械設(shè)備投入、材料使用以及施工進(jìn)度情況；安全性主要是開挖過(guò)程中支護(hù)及圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)和塌方情況。 以此為依據(jù)，分項(xiàng)進(jìn)行對(duì)比分析，確定最合理的施工工藝。

2.2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

2.2.1 施工人員數(shù)量對(duì)比

施工人員均按照3 個(gè)作業(yè)班平行作業(yè)的方式進(jìn)行配備，以實(shí)際投入人員數(shù)量為對(duì)比依據(jù)。

表1

2.2.2 機(jī)械設(shè)備投入對(duì)比

以實(shí)際投入施工的機(jī)械設(shè)備為對(duì)比依據(jù)。

表2

2.2.3 材料使用情況對(duì)比

參考設(shè)計(jì)，對(duì)增加的臨時(shí)支護(hù)材料用量進(jìn)行對(duì)比。

表3

2.2.4 施工進(jìn)度情況對(duì)比

經(jīng)過(guò)一個(gè)月的施工， 進(jìn)口段完成開挖掘進(jìn)34m， 日平均進(jìn)尺1.13m，出口段完成開挖掘進(jìn)48m，日均進(jìn)尺1.6m，三臺(tái)階七步法較CRD 法，施工進(jìn)度快。

以上幾點(diǎn)充分表明，三臺(tái)階七步法在實(shí)際施工中，從經(jīng)濟(jì)型上考慮，投入人員、機(jī)械設(shè)備相對(duì)較少，節(jié)約了部分材料，更重要的是能加快施工進(jìn)度。

2.3 安全性對(duì)比

2.3.1 支護(hù)及圍巖穩(wěn)定性對(duì)比

表4

2.3.2 塌方情況對(duì)比

表5

在安全性上，三臺(tái)階七步法要低于CRD 法，存在收斂變形較大，及因拱部開挖面積較大易產(chǎn)生塌方的缺點(diǎn)，在施工中，應(yīng)做好超前支護(hù)及監(jiān)控量測(cè)工作，避免出現(xiàn)安全事故。

2.4 通過(guò)以上對(duì)比分析， 三臺(tái)階七步法在經(jīng)濟(jì)性上要優(yōu)于CRD 法，盡管存在安全性較弱的缺點(diǎn)， 但只要加強(qiáng)超前地質(zhì)探測(cè)及超前支護(hù)，做好監(jiān)控量測(cè)工作，應(yīng)該可以避免安全事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

三臺(tái)階七步法可以運(yùn)用于隧道V 級(jí)軟弱圍巖地段的施工， 是目前國(guó)內(nèi)隧道V 級(jí)軟弱圍巖施工工藝的一種創(chuàng)新， 在大斷面及特大斷面隧道中得到了廣泛的應(yīng)用推廣，從創(chuàng)新中尋求效益，減少了項(xiàng)目投資，加快了施工進(jìn)度，在隧道施工工藝創(chuàng)新創(chuàng)效上邁出了關(guān)鍵性的一步。

［1］陳建鋒.三臺(tái)階法在軟弱圍巖隧道開挖施工中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)西部科技，2010（26）.