黃土隧道快速施工組織設(shè)計(jì)

陳明濤

（中鐵二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

黃土隧道快速施工組織設(shè)計(jì)

陳明濤

（中鐵二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

文章以吳家岔隧道出口為例，闡述三臺(tái)階七步法在黃土隧道的應(yīng)用，主要包括施工概況、地質(zhì)情況、開挖工法的選擇、人員、設(shè)備的配置、安全步距的控制要點(diǎn)等。

黃土隧道；快速施工；步距

1 施工概況

吳家岔隧道地處黃土高原的隴中地區(qū)，工程位于甘肅省蘭州市榆中縣境內(nèi)，隧道溝谷深切多呈“V”字型，南北向溝谷深切強(qiáng)烈，山坡上為風(fēng)積土覆蓋，少數(shù)深切溝基巖出露。隧道最大埋深245m。該隧道地層條件相對(duì)較單一，按時(shí)代由新到老分別為第四系和上第三系。地表主要為第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土，厚度10～40cm，土質(zhì)均一，土體較疏松，垂直節(jié)理發(fā)育。具有IV級(jí)自重濕陷性。隧道內(nèi)主要以泥巖為主。

2 開挖工法的選擇

黃土隧道地質(zhì)條件較差，施工斷面大，確立施工方案必須遵循以下原則：重地質(zhì)、管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、早成環(huán)的原則。針對(duì)當(dāng)前黃土隧道的開挖工法，常用的開挖工法主要有以下幾種：中隔壁法（CD法），交叉中隔壁法（CRD法）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、三臺(tái)階七步法等。三臺(tái)階七步法在隧道開挖過程中分上、中、下臺(tái)階及仰拱4部分，前后左右7個(gè)開挖作業(yè)面相互錯(cuò)開并同時(shí)開挖，同時(shí)支護(hù)形成支護(hù)整體?？s短開挖作業(yè)時(shí)間，逐步縱深掘進(jìn)。拱部采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土，利用核心土對(duì)掌子面施壓，增強(qiáng)了掌子面的穩(wěn)定性。中臺(tái)階和下臺(tái)階也是先開挖兩側(cè)，保持中部土體不懂，再一次保證了掌子面的穩(wěn)定性。綜上所述，吳家岔隧道出口開挖宜采用三臺(tái)階七步法施工。

3 人員、機(jī)械設(shè)備的配置

3.1 人員的配置

不同圍巖等級(jí)人員配置具體見表1。

表1 人員配置表

3.2 隧道施工機(jī)械配置

PC300挖掘機(jī)1臺(tái)、裝載機(jī)1臺(tái)、出渣車5臺(tái)、噴漿機(jī)4臺(tái)（1臺(tái)備用）、注漿機(jī)1臺(tái)、襯砌臺(tái)車1臺(tái)、鋼筋彎曲機(jī)1臺(tái)，電焊機(jī)2臺(tái)、罐車2臺(tái)。

4 具體做法

4.1 合理安排工序銜接、縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間

（1）項(xiàng)目經(jīng)理、總工程師等主要管理人員，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了充分的查看和理解，掌握了施工內(nèi)容，對(duì)各工序的施工計(jì)劃進(jìn)行了仔細(xì)合理的安排，超前意識(shí)強(qiáng)，每道工序交叉、銜接等可能出現(xiàn)的問題均作了考慮，確保了施工工序的連貫性。

（2）上臺(tái)階立拱架與中下臺(tái)階開挖同步進(jìn)行。吳家岔隧道出口采用三臺(tái)階七步法施工，在上臺(tái)階開挖時(shí)，將加工好的拱架準(zhǔn)備到位，上臺(tái)階將土翻至下臺(tái)階，然后進(jìn)行中下臺(tái)階的開挖。于此同時(shí)，對(duì)上臺(tái)階由人工進(jìn)行清輪廓，然后立架。確保了上、中、下臺(tái)階施工同步進(jìn)行，互不干擾。大大的提高了施工效率。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)：上臺(tái)階開挖需1.5h，中下臺(tái)階開挖2h，上臺(tái)階立架1.5h，中下臺(tái)階立架2h，上中下臺(tái)階噴錨3.5h，則每個(gè)初支循環(huán)時(shí)間為：1.5+2+2+3.5=9h，和上中下臺(tái)階開挖完全結(jié)束后立架比較節(jié)約時(shí)間2h，見表2。

（3）合理安排仰拱施工時(shí)間，中下臺(tái)階開挖后在上中下臺(tái)階噴錨時(shí)開挖仰拱，減少了工序間的相互干擾由于開挖仰拱要移動(dòng)棧橋，棧橋移動(dòng)后掌子面所需材料不能運(yùn)到。掌子面施工3～4個(gè)循環(huán)進(jìn)行一次仰拱施工，掌子面中下臺(tái)階開挖后，利用中下臺(tái)階立架的作業(yè)時(shí)間開挖仰拱，仰拱開挖出渣時(shí)間為2h。如此一來，中下臺(tái)階立架作業(yè)完成，仰拱開挖也完成，在中下臺(tái)階立架期間無車輛通行棧橋，減少了對(duì)掌子面的施工干擾。

（4）合理利用工序銜接，減少無工效作業(yè)。中下臺(tái)階立架期間，對(duì)仰拱開挖，減少了挖機(jī)、出渣車進(jìn)出隧道的次數(shù)，中下臺(tái)階立架完成后作業(yè)人員開始安裝仰拱拱架。于此同時(shí)上中下臺(tái)階進(jìn)行噴錨作業(yè)，中下臺(tái)階噴錨作業(yè)完成，仰拱拱架亦安裝完成，即可進(jìn)行仰拱噴錨作業(yè)，最大程度的保證了機(jī)械和作業(yè)人員一次性多完工作量，從而避免了窩工現(xiàn)象。

4.2 工序資源配置平衡、確保安全步距不超標(biāo)

以掌子面襯砌類型IVb為例，拱架間距1m，每循環(huán)2榀，以每天2.5循環(huán)計(jì)，即每天5m進(jìn)尺，仰拱施工長(zhǎng)度8m，每?jī)商焓┕ひ话逖龉埃r12m一版，每?jī)商焓┕ひ话娑r。

4.3 技術(shù)保障

由于三臺(tái)階七步法作業(yè)面較多且各個(gè)作業(yè)面之間同步施工，所以對(duì)圍巖的擾動(dòng)性相對(duì)較大。加之黃土隧道沉降大的特點(diǎn)，因此在開挖放線時(shí)就必須考慮足夠的預(yù)留量。預(yù)留量的選擇主要參考設(shè)計(jì)圖所示預(yù)留量，與此同時(shí)每天的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的反饋也是調(diào)整預(yù)留量的重要指標(biāo)。隨時(shí)掌握隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)留沉降量進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，最大限度的避免初期支護(hù)的侵限。特殊地質(zhì)加強(qiáng)措施針對(duì)淺埋段及富水段開挖時(shí)，為了保證圍巖的沉降量盡可能的減小，可在上臺(tái)階落腳位置處及下臺(tái)階落腳位置處增設(shè)大拱腳，見圖1。

表2 各工序循環(huán)作業(yè)時(shí)間

圖1 內(nèi)軌頂面

4.4 管理措施

（1）堅(jiān)持每天檢查隧道掌子面，動(dòng)態(tài)管理，超前支護(hù)一定預(yù)先做到位，防止出現(xiàn)隧道坍塌。例如：在容易掉塊段落，及時(shí)調(diào)整施工方法和支護(hù)措施，實(shí)行雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)、單榀掘進(jìn)、雙層拱架支護(hù)等等。

（2）開挖時(shí)制約工序循環(huán)的重點(diǎn)，挖機(jī)配置是關(guān)鍵。由于吳家岔隧道出口泥巖段較長(zhǎng)。土體較硬，機(jī)械開挖要求挖機(jī)的動(dòng)力一定要足。吳家岔隧道出口配置小松PC300新挖機(jī)一臺(tái)，另配置專用松土器（鷹鉤）破土，加強(qiáng)對(duì)挖機(jī)司機(jī)的培訓(xùn)，能做到挖機(jī)斗與鷹鉤快速倒用，加快開挖速度。

（3）施工計(jì)劃頂格下達(dá)，完成給予重獎(jiǎng)。吳家岔隧道出口從進(jìn)洞開始，施工進(jìn)度一直較快，為了激發(fā)其施工潛能，項(xiàng)目部每月下達(dá)施工計(jì)劃時(shí)都頂格下達(dá)，每月設(shè)置進(jìn)度完成獎(jiǎng)，百米成洞獎(jiǎng)給予施工隊(duì)及工程管理隊(duì)以獎(jiǎng)勵(lì)。大大的刺激了施工人員的積極性，為每月完成任務(wù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.5 安全步距的卡控

（1）各個(gè)開挖臺(tái)階長(zhǎng)度的預(yù)留。三臺(tái)階七步法有上、中、下三臺(tái)階，分布較多。為了保證25m的安全步距，所以各個(gè)開挖臺(tái)階長(zhǎng)度的預(yù)留顯的尤為重要。綜合考慮各方面因素，各個(gè)臺(tái)階的預(yù)留長(zhǎng)度宜為3～5m。針對(duì)吳家岔隧道出口的實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)挖掘機(jī)為型號(hào)PC-300的大型號(hào)挖掘機(jī)，該挖掘機(jī)大臂伸開后的長(zhǎng)度為15.2m。為了保證該挖掘機(jī)能有足夠的操作空間，所以吳家岔隧道出口的各個(gè)臺(tái)階預(yù)留長(zhǎng)度為5m。

（2）下臺(tái)階初支端頭距仰拱初支端頭距離的設(shè)置（即馬口長(zhǎng)度的確定）。由于仰拱一次施作的長(zhǎng)度為6m，考慮到仰拱端頭模板的安裝及加固，故在下臺(tái)階初支端頭距仰拱初支端頭徐預(yù)留一定的操作空間，該空間長(zhǎng)度即馬口長(zhǎng)度?？紤]到安全步距及上、中、下各個(gè)臺(tái)階的預(yù)留長(zhǎng)度，因此馬口長(zhǎng)度宜控制在10m范圍以內(nèi)，見圖2。

圖2 三臺(tái)階預(yù)留長(zhǎng)度及馬口預(yù)留長(zhǎng)度示意

（3）各個(gè)開挖臺(tái)階需錯(cuò)開開挖。隧道施工規(guī)范明確要求：各個(gè)開挖臺(tái)階杜絕對(duì)稱開挖，因此各個(gè)開挖臺(tái)階的錯(cuò)開開挖也是安全步距控制的一項(xiàng)重要措施。為了最大可能的避免各個(gè)開挖臺(tái)階的對(duì)稱開挖，故中臺(tái)階左側(cè)和下臺(tái)階右側(cè)同步開挖、中臺(tái)階右側(cè)和下臺(tái)階左側(cè)同步開挖，且每次開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)一致。

（4）嚴(yán)格控制安全步距。在洞口位置專門設(shè)置安全步距警示牌，安排專人隨時(shí)進(jìn)行更新。隧道掌握安全步距，對(duì)施工工序進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，最大限度的確保安全步距。

5 取得的成效

施工過程取得相當(dāng)不錯(cuò)的成效，主要表現(xiàn)：①由于進(jìn)

度加快，減少了機(jī)械、人員的窩工，大大提高了機(jī)械使用效率，縮短了循環(huán)作業(yè)時(shí)間，同時(shí)也減少了各類管理費(fèi)用，隧道水電費(fèi)用，作業(yè)隊(duì)的施工成本得到節(jié)約，為施工隊(duì)盈利創(chuàng)造了一定條件②吳家岔隧道出口2014年1月～9月施工進(jìn)度均超過了100m（2月份春節(jié)影響除外），見表3；③安全步距控制較好，對(duì)防止隧道塌方產(chǎn)生積極作用。

表3 吳家岔隧道出口施工進(jìn)度

6 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

黃土隧道在施工過程中要想要想做到快速施工，必須做到以下幾點(diǎn)：①開挖工法選擇必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇恰當(dāng)；②各工序間的銜接必須經(jīng)過整體統(tǒng)籌安排，縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，提高施工機(jī)械及作業(yè)人員的施工效率；③技術(shù)先行；做好現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)保障；④加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理力度，分工到位，責(zé)任到人，各司其職；⑤人員、機(jī)械設(shè)備的配置需針對(duì)各個(gè)分項(xiàng)工程進(jìn)行平衡分配。

U459.2

A

2096-2789（2016）11-0177-03

陳明濤（1986-），男，漢族，工程師，現(xiàn)就職于中鐵二局四公司。