淺談三臺階帶仰拱一次開挖施工技術(shù)在大斷面高速鐵路軟圍巖隧道中的應(yīng)用

李航

陜西省鐵路集團有限公司 陜西 西安 710000

1 工程概況

房家灣隧道位于勉縣境內(nèi)，為大巴山地中山區(qū)，通過地區(qū)大部分山勢陡峻，地表高程一般630～1300m。總體地形北高南低，溝壑交織，溝谷多呈狹窄的V型。隧道出口位于漆樹壩鄉(xiāng)大灣村東南側(cè)約400m處。本標(biāo)段負責(zé)的隧道起訖里程DgK286+961～DgK289+708，長2747m，為雙線隧道。隧道最大埋深444m，縱坡為25‰。本隧道設(shè)置緊急救援通道2處，合同工期48個月。

隧道涉及地層按新老順序主要為第四系全新統(tǒng)沖積、洪積膨脹土、圓礫土、卵石土，志留系下統(tǒng)頁巖，奧陶系下統(tǒng)砂巖夾礫巖、砂巖與頁巖互層、灰?guī)r夾砂巖夾頁巖，寒武系下統(tǒng)頁巖夾砂巖夾灰?guī)r。隧址范圍內(nèi)無較大褶皺、斷裂構(gòu)造，次級皺曲較發(fā)育。隧道剩余工程設(shè)計全部為Ⅳ級圍巖[1]。

2 圍巖特性及支護參數(shù)

2.1 圍巖特性

試驗段掌子面巖性以中厚層砂巖為主，夾薄層頁巖，青灰色，鈣質(zhì)膠結(jié)，粉細砂狀結(jié)構(gòu)及礫狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。巖質(zhì)較硬，弱風(fēng)化，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，未見地下水發(fā)育。結(jié)合設(shè)計文件和超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果分析，隧道圍巖為Ⅳ級圍巖。

2.2 支護參數(shù)

設(shè)計為單洞雙線隧道，Ⅳb級復(fù)合襯砌隧道橫斷面

3 工法選擇

參考以往鐵路隧道三臺階法施工經(jīng)驗，基于發(fā)揮大型機械化配套施工優(yōu)勢、減少仰拱單獨開挖對其他工序的施工干擾、提高中下臺階施工組織效率等因素選擇三臺階法帶仰拱一次開挖。

3.1 臺階高度

上臺階主要考慮兩臺挖掘機扒砟能夠同時作業(yè)，并提高濕噴機械手作業(yè)效率，臺階高度確定為5.5m，使用簡易臺架施工；中、下臺階（帶仰拱）考慮人工施鉆、立拱架操作方便，其臺階高度不宜過高，高度分別為2.5m、3.98m（仰拱中心開挖高度），三臺階法（帶仰拱）開挖。

3.2 臺階長度

上、中臺階長度的選擇綜合考慮施工作業(yè)空間、爆破后機械扒砟效率等因素，確定上、中臺階長度均為5～6m。

下臺階至仰拱棧橋端頭，宜控制在20～25m，以保證機械裝砟、濕噴機械手有充分的操作空間。

Ⅳ級圍巖上臺階每循環(huán)開挖進尺2～3榀鋼架間距，中、下臺階邊墻開挖進尺亦為2～3榀鋼架間距，同一臺階左右側(cè)錯開開挖，杜絕鋼架同時懸空。三臺階法（帶仰拱）開挖。

4 施工組織

4.1 主要設(shè)備、機具配置

上臺階主要采用人工風(fēng)鉆利用簡易臺架開挖，中下臺階人工風(fēng)鉆直接開挖。爆破后上臺階兩臺挖掘機同時扒砟，出砟時一臺挖機配合兩臺裝載機裝砟，自卸汽車運砟?；炷凉捃囘\輸噴砼料，采用濕噴機械手進行噴砼作業(yè)。

仰拱施工采用18m棧橋，人工配合挖機清砟。弧形模板分層澆筑仰拱填充砼。襯砌施工采用12m模板臺車，混凝土罐車配合輸送泵澆筑砼。

4.2 主要勞動力配置

開挖：上臺階14把風(fēng)鉆15人，中、下臺階（帶仰拱）7把風(fēng)鉆8人，共計23人。

立拱：上臺階立拱12人，中、下臺階立拱6人，共計18人。

噴射砼：操作手及配合人員共計5人。

仰拱、填充：設(shè)2個班，每班8人，共計16人。

襯砌：設(shè)4個班，共計25人。

主要勞動力共計87人。

4.3 開挖施工工序組織

采用三臺階法帶仰拱一次開挖，工法特點是每循環(huán) “兩次爆破、兩次噴砼、三次扒裝砟、各工序平行作業(yè)”。

（1）下臺階（帶仰拱）爆破后，在挖機修路同時，上中臺階裝藥連線，挖機退出臺架后同時爆破。

（2）通風(fēng)后，兩臺挖機到上臺階扒砟，下臺階兩臺裝載機配合自卸汽車出砟。

（3）上臺階扒砟完畢，挖機進簡易臺架至上臺階，上臺階開始立拱等支護作業(yè)，同時一臺挖機在中臺階繼續(xù)扒砟至下臺階，下臺階進行出砟作業(yè)。

（4）中臺階扒砟完畢，開始與上臺階同時進行立拱等支護作業(yè)，下臺階繼續(xù)出砟作業(yè)。

（5）上臺階立拱等支護作業(yè)完畢，挖機退出上臺階簡易臺架，準(zhǔn)備進行噴射砼。

（6）上臺階噴射砼時，下臺階完成立拱等支護作業(yè)，隨后進行中下臺階噴射砼。

（7）噴射砼完畢，挖機扒砟后進簡易臺架至上臺階，開始上中臺階測量、鉆眼。同時，將下臺階（帶仰拱）剩余砟量清除完畢，隨后進行下臺階鉆眼及仰拱噴射砼。

（8）待上中臺階鉆眼、仰拱噴射砼完畢，下臺階裝藥、連線、爆破。

4.4 仰拱工序施工組織

采用三臺階法帶仰拱一次開挖，減少仰拱單獨開挖工序，縮短仰拱施工循環(huán)時間。具體工序組織方式：采用人工配合機械進行仰拱清砟，兩臺挖機配合移動仰拱棧橋，人工清底后進行仰拱鋼筋、防排水、立模等作業(yè)，隨后澆筑仰拱砼，等強養(yǎng)護至規(guī)定強度，進行填充砼立模、澆筑等作業(yè)。

仰拱、填充施工循環(huán)時間約為72小時（12m），月進尺24/72*12*30=120m，綜合考慮各種因素，月施工能力大于100m，大于掌子面開挖進度。

4.5 施工材料成品化管理

施工用材料盡可能在洞外加工成品，例如鋼拱架超前小導(dǎo)管鉆眼位置鉆孔，連接鋼筋改變以往的搭接焊接工藝，采用套管連接，鎖腳鋼管“L”型鋼筋班前預(yù)制。減少了掌子面的現(xiàn)場焊接工作量，壓縮支護作業(yè)循環(huán)時間。

5 結(jié)束語

（1）三臺階法帶仰拱一次開挖，將仰拱初支納入三臺階工序管控，及時將支護體系封閉，施工步距滿足鐵建設(shè)120號文件規(guī)定，保證掌子面施工的連續(xù)性。

（2）上中臺階長度控制在5～6m，既滿足人員、機械設(shè)備作業(yè)空間，又有利于壓縮挖機扒砟時間。

（3）中下臺階兩側(cè)開挖必須錯開至少2～3米，杜絕造成同榀拱架兩側(cè)拱腳同時懸空。

（4）三臺階法帶仰拱一次開挖，能夠充分發(fā)揮各工序平行作業(yè)的特點，同時減少了仰拱單獨開挖對其他工序造成的干擾，提高了施工效率。

（5）下臺階帶仰拱一次開挖，仰拱部位鉆眼作業(yè)較仰拱單獨開挖時作業(yè)空間增大，利于底板眼外插角的精度控制，有效提升仰拱開挖成形質(zhì)量；下臺階與仰拱一次爆破，減少了對圍巖的爆破擾動。

（6）仰拱清砟及噴射砼工序，僅能在上中臺階鉆眼時進行平行作業(yè)，將延長整個循環(huán)時間1h左右。仰拱噴射砼后，即進行爆破，等強時間不足。