三臺階七步流水作業(yè)法在野馬梁隧道中的應(yīng)用

王彥春

(山西交通科學(xué)研究院監(jiān)理公司，山西太原 030006)

0 引言

靈河高速公路原平至神池段是山西省“三縱十一橫十一環(huán)”公路規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分，其中長5 512 m的野馬梁隧道是本項目的最主要控制性工程，該隧道為雙向四車道，單洞Ⅴ級圍巖段開挖凈寬12．3 m，凈高10 m，隧址位于原平市雷家峪口至石墻村一帶，根據(jù)設(shè)計地質(zhì)說明，隧道區(qū)發(fā)育有6條斷層，且圍巖多由分化砂巖、頁巖及泥巖組成，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖完整性總體較差，對于進口和跨越?jīng)_溝地段，巖體自穩(wěn)性能更差，這給隧道開挖和初期支護施工造成很大不利。鑒于上述情況，為確保施工安全，同時盡可能創(chuàng)造條件抵消隧道施工空間有限而導(dǎo)致施工循環(huán)間隔時間過長的弊端，以便加快施工進度。在原臺階法施工的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的三臺階七步流水作業(yè)法，在該隧道Ⅴ級和Ⅴ級淺埋圍巖段廣泛使用，取得了良好效果，具體如下。

1 施工原理

所謂三臺階七步流水作業(yè)法即是指洞身開挖采用臺階法預(yù)留核心土開挖施工，在隧道開挖過程中，在三個臺階上分七個開挖面，以前后七個不同的位置相互錯位同時平行開挖，分部平行施作拱墻初期支護，盡最大可能縮短作業(yè)循環(huán)時間，逐步向縱深推進，超前支護及仰拱及時閉合成環(huán)，形成穩(wěn)固的初期支護體系，保護圍巖的天然承載力，有效抑制圍巖變位，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，則采用小導(dǎo)管預(yù)注漿固結(jié)止水等輔助施工措施。

2 施工工序流程

三臺階七步流水作業(yè)法施工工藝流程見圖1。

圖1 三臺階七步流水作業(yè)法施工工序示意圖

第一步是上臺階施工，拱部打設(shè)超前支護后，預(yù)留核心土短臺階弧形開挖上導(dǎo)臺階。核心土頂部距拱頂1．6 m～1．8 m，兩側(cè)距邊墻3 m，核心土頂部留有3 m～5 m長的平臺?？v向進尺應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況具體掌握，一般不得大于2榀拱架間距，開挖修整至設(shè)計輪廓后立即初噴3 cm～5 cm混凝土，及時鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、架設(shè)鋼拱架，拱腳以上0．5 m處緊貼拱架兩側(cè)打設(shè)鎖腳錨桿，并采用U形鋼筋牢固焊接在鋼拱架上，再打設(shè)系統(tǒng)錨桿并噴射混凝土至設(shè)計要求。第二、三步是中臺階施工，在完成上導(dǎo)支護后，分段開挖左右側(cè)中導(dǎo)，應(yīng)先開挖邊墻一側(cè)，再開挖邊墻的另一側(cè)，并注意錯開2 m～3 m的距離，避免上臺階的初期支護在同一位置懸空。每側(cè)每次開挖長度為1榀～2榀鋼架間距，最長不得大于3榀鋼架間距，然后同上臺階一樣依次打設(shè)鎖腳錨桿、系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土。第四、五步是下臺階施工，同第二、三步中臺階施工流程完全一樣。第六步是開挖中間上、中、下臺階預(yù)留的核心土，其開挖進尺根據(jù)圍巖情況具體確定。第七步是仰拱施工，注意開挖進尺控制在4 m～6 m之內(nèi)，并組織好各班組間的銜接，使開挖、初支、二襯、仰拱及填充步步緊跟，及早封閉成環(huán)。

3 控制要點

1)根據(jù)隧道的水文地質(zhì)條件，嚴(yán)格按設(shè)計要求做好超前支護，控制好超前支護外插角，并按注漿工藝加固地層，防止圍巖松弛，保證開挖在超前支護的保護下進行，確保施工安全。

2)留足作業(yè)空間和保證臺階穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡量縮短臺階長度，核心土長度應(yīng)控制在3 m～5 m內(nèi)，寬度為隧道開挖寬度的1/3～1/2。

3)施工過程中加強變形監(jiān)控量測，及時掌握圍巖和支護的變形情況，指導(dǎo)和調(diào)整支護參數(shù)及預(yù)留變形量，確保施工安全。

4)鋼拱架必須架設(shè)在堅實的基面上，必要時可在底部臨時加墊槽鋼或混凝土預(yù)制塊，嚴(yán)禁拱腳懸空或用虛土回填。最關(guān)鍵的是采用擴大鎖腳錨桿與拱架焊接牢靠，同時加強鋼拱架間的縱橫向連接，使鋼拱架互相形成整體并與圍巖共同受力，防止拱頂下沉變形。

5)做好施工組織部署，工序安排銜接緊湊，每次開挖后立即初噴3 cm～5 cm混凝土封閉圍巖，盡量減少圍巖暴露時間，防止圍巖失穩(wěn)。

6)根據(jù)圍巖地質(zhì)情況嚴(yán)格控制開挖長度，合理確定循環(huán)進尺，上、下臺階開挖必須左右兩側(cè)錯位，嚴(yán)禁對齊開挖而使鋼架底部懸空。

7)超挖部位必須回填密實，嚴(yán)禁初期支護背后存在空洞，必要時應(yīng)進行充填或注漿，保證初期支護與圍巖密貼。

8)洞內(nèi)臨時排水應(yīng)通暢，嚴(yán)禁積水浸泡拱腳或現(xiàn)場漫流，防止基底承載力下降。當(dāng)?shù)貙訚B流水較大時，在上臺階開挖工作面附近開挖橫向水溝，將水引至隧道兩側(cè)排水溝排出洞外，反坡施工時，設(shè)置集水坑將水集中抽排。

9)及時施作仰拱和二次襯砌，在滿足施工操作空間的前提下，盡最大可能縮短開挖面至仰拱和二襯之間的距離，按山西省強制性規(guī)定要求，仰拱距開挖面不得大于30 m，二襯距開挖面不得大于100 m。

4 優(yōu)勢分析

三臺階七步流水作業(yè)法是針對于Ⅴ級和Ⅴ級淺埋圍巖段，其對應(yīng)的傳統(tǒng)施工工藝應(yīng)為中隔壁法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，相比較而言既簡化了施工工序節(jié)約成本，又?jǐn)U大了施工空間，還可以引入大型施工機械并且多作業(yè)面平行作業(yè)，效率自然提高，優(yōu)勢自明，而且當(dāng)圍巖由Ⅴ級變到Ⅳ級或Ⅲ級時，開挖由三臺階變兩臺階或全斷面非常便利，即使同屬Ⅴ級圍巖，也可根據(jù)圍巖的具體情況隨時調(diào)整臺階長度和進尺，靈活度高，適應(yīng)性強，進度穩(wěn)定，工期保證性強。另外與側(cè)壁導(dǎo)坑法相比沒有需拆除的臨時施工支護，初支斷面圓順，無應(yīng)力集中點，也避免了因拆除臨時支護時突然卸載而危及安全。

通過在野馬梁隧道采用“三臺階七步開挖法”進行試驗段施工，根據(jù)實地取得大量量測數(shù)據(jù)分析，該施工方法能在確保施工安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)快速掘進，使野馬梁隧道復(fù)雜淺埋地段施工變得有序可控，相信對于其他地質(zhì)復(fù)雜的大斷面軟巖隧道也具有參考價值。

［1］ 靈河高速公路(原神段)施工圖設(shè)計［Z］．

［2］ 鐵路隧道臺階七步開挖法施工作業(yè)指南［Z］．