三臺(tái)階七步法在百丈隧道施工中的應(yīng)用

劉實(shí)旺

（中交第四公路工程局有限公司 北京 101101）

1 工程概況

梧柳高速№A01-8合同段百丈隧道為分離式隧道，右線進(jìn)洞口樁號(hào)為K152+362，出洞口樁號(hào)為K152+819，隧道全長(zhǎng)457m。隧道凈寬均為11.50m，凈高5.00m。右線進(jìn)口段圍巖主要為坡殘積粉質(zhì)粘土，全、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，整體上為Ⅴ級(jí)圍巖，圍巖巖體結(jié)合較差，無(wú)自穩(wěn)能力。設(shè)計(jì)采用S5-A襯砌；開(kāi)挖方法采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法。隧道右線在掘進(jìn)施工過(guò)程中，進(jìn)口段出現(xiàn)初期支護(hù)開(kāi)裂、拱頂沉降、掌子面滲水溜坍、地表開(kāi)裂等現(xiàn)象。根據(jù)補(bǔ)勘及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，隧道進(jìn)口段地質(zhì)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，隱伏斷裂帶土體含水量高、強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力差。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、專家五方研究討論，擬定處治方案為襯砌支護(hù)參數(shù)由S5-A調(diào)整為S5-Q，見(jiàn)表1，為保證掌子面穩(wěn)定，施工開(kāi)挖方法采用三臺(tái)階七步法。

表1 百丈隧道變更前后襯砌支護(hù)參數(shù)對(duì)比

2 施工特點(diǎn)

目前，隧道施工中的開(kāi)挖方法主要是有中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺(tái)階法、全斷面開(kāi)挖法等。隧道工程項(xiàng)目的施工開(kāi)挖全部環(huán)節(jié)要進(jìn)行兩側(cè)的分別開(kāi)挖，并且要做好隧道工程項(xiàng)目?jī)?nèi)部的支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保工程項(xiàng)目的挖掘穩(wěn)定和安全?；炷裂龉俺笆┳骷皶r(shí)閉合，最后形成一個(gè)穩(wěn)固的整體支護(hù)體系的隧道開(kāi)挖方法。

與其他的隧道工程項(xiàng)目的建造施工的技術(shù)相比而言，應(yīng)用三臺(tái)階七步法進(jìn)行隧道工程項(xiàng)目的施工建造具有很多顯著的優(yōu)勢(shì)，首先這種技術(shù)的使用可以最大化的利用施工空間，相關(guān)機(jī)械設(shè)備可以在隧道掘進(jìn)施工中高效的使用，能夠顯著的提升施工的整體效率和質(zhì)量。同時(shí)明顯縮短施工工期，減少工程項(xiàng)目施工的總體成本，改善了工程項(xiàng)目建造的經(jīng)濟(jì)效益。由于施工過(guò)程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)可以在早期進(jìn)行建造，支護(hù)結(jié)構(gòu)的健全穩(wěn)定可以盡可能的減少工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)變形，保障施工過(guò)程中的安全。與此同時(shí)，隧道施工開(kāi)挖的過(guò)程是通過(guò)分階段進(jìn)行的，不會(huì)在很大范圍內(nèi)造成隧道內(nèi)巖土結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)而保障了隧道開(kāi)挖過(guò)程中的巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止出現(xiàn)巖石塌落的安全風(fēng)險(xiǎn)事故，而且支護(hù)結(jié)構(gòu)是可以進(jìn)行調(diào)整的，并且結(jié)合工程項(xiàng)目開(kāi)挖施工的進(jìn)度情況進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，展現(xiàn)了較高的工程適應(yīng)性，在安全和效率以及經(jīng)濟(jì)性上都有所兼顧。

3 施工工藝

三臺(tái)階七步開(kāi)挖法是以弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖留核心土為基本模式，隧道洞身開(kāi)挖采用自上而下分上、中、下三臺(tái)階、七步驟，每開(kāi)挖一步均及時(shí)施作初期支護(hù)，各部位的開(kāi)挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開(kāi)、平行推進(jìn)的一種隧道施工開(kāi)挖方法。

第一步：隧道上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開(kāi)挖，施做隧道拱部初期支護(hù)。

在拱部超前支護(hù)施工完成后進(jìn)行環(huán)向開(kāi)挖①部上臺(tái)階施工，根據(jù)百丈隧道圍巖情況開(kāi)挖時(shí)逐榀進(jìn)行開(kāi)挖，進(jìn)尺不大于0.6m，上臺(tái)階長(zhǎng)度超出中導(dǎo)坑為3m，開(kāi)挖高度不超過(guò)2.5m，每次開(kāi)挖后，立即噴射混凝土封閉隧道掌子面，并及時(shí)施作隧道初期支護(hù)，即初噴混凝土、施工錨桿、安設(shè)鋼筋網(wǎng)、架立鋼拱架、施作鎖腳錨桿并與鋼架焊接牢固，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)要求厚度。

第二步、第三步：隧道工程項(xiàng)目的中臺(tái)階部分施工開(kāi)挖環(huán)節(jié)要進(jìn)行兩側(cè)的分別開(kāi)挖，并且要做好隧道工程項(xiàng)目?jī)?nèi)部的支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保工程項(xiàng)目的挖掘穩(wěn)定和安全。在滯后于①部一段距離后，左右交錯(cuò)開(kāi)挖隧道②、③部；開(kāi)挖時(shí)進(jìn)尺不大于0.6m，開(kāi)挖高度不超過(guò)2.5m，左右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)距離為1～3m。開(kāi)挖后立即噴混凝土封閉隧道掌子面，并及時(shí)施作導(dǎo)坑周邊的隧道初期支護(hù)。

第四、五步：隧道工程項(xiàng)目的下臺(tái)階部分施工開(kāi)挖環(huán)節(jié)要進(jìn)行兩側(cè)的分別開(kāi)挖，并且要做好隧道工程項(xiàng)目?jī)?nèi)部的支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保工程項(xiàng)目的挖掘穩(wěn)定和安全。在滯后于③部一段距離后，左右交錯(cuò)開(kāi)挖隧道④、⑤部；開(kāi)挖時(shí)進(jìn)尺不大于0.6m，開(kāi)挖高度2.5m左右，左右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)距離為1～3m，開(kāi)挖后立即噴混凝土封閉隧道掌子面，并及時(shí)施作導(dǎo)坑周邊的隧道初期支護(hù)。臺(tái)階左右兩側(cè)交錯(cuò)落底，單側(cè)每次落底長(zhǎng)度不得大于2榀拱架。

第六步：分臺(tái)階開(kāi)挖隧道⑥部上、中、下臺(tái)階核心土。

第七步：施工隧道仰拱及左右仰拱填充。

在隧道工程項(xiàng)目的開(kāi)挖施工過(guò)程中，要首先進(jìn)行隧道施工區(qū)域的支護(hù)結(jié)構(gòu)的建立，然后才可以進(jìn)行隧道工程的分區(qū)域開(kāi)挖施工，在隧道工程項(xiàng)目的仰拱結(jié)構(gòu)挖掘完成后，必須立即進(jìn)行隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)，采用混凝土噴涂的方式，將裸露巖體進(jìn)行封閉，同時(shí)根據(jù)隧道工程項(xiàng)目的建造施工方案和施工計(jì)劃，將仰拱結(jié)構(gòu)的支撐鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的安裝，然后再進(jìn)行混凝土的二次噴涂，混凝土噴涂的厚度必須要符合工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保隧道工程項(xiàng)目的挖掘施工區(qū)域的支護(hù)結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量。

根據(jù)對(duì)隧道工程項(xiàng)目的建造施工過(guò)程的各項(xiàng)施工數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析結(jié)果可以清楚地看到，施工階段必須要確保隧道挖掘施工區(qū)域的巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，高標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用支護(hù)結(jié)構(gòu)，完成工程項(xiàng)目的挖掘建設(shè)，確保整個(gè)施工過(guò)程的安全有序的進(jìn)行。

三臺(tái)階七步法施工應(yīng)做好施工中的工序銜接，有效地提升工程項(xiàng)目的建造施工效率，將各種施工工序和施工環(huán)節(jié)緊密的聯(lián)系在一起，做好施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制和管理，在工程施工過(guò)程中應(yīng)始終堅(jiān)持安全控制和質(zhì)量管理的相關(guān)要求。

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 做好超前預(yù)支護(hù)

在隧道工程項(xiàng)目開(kāi)始挖掘建造的過(guò)程中，需要采用超前預(yù)支護(hù)技術(shù)，確保隧道工程項(xiàng)目的挖掘過(guò)程的安全。有效地利用超前支護(hù)技術(shù)，可以將隧道挖掘施工環(huán)節(jié)的承載力沿著支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳導(dǎo)，保證巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。應(yīng)用該技術(shù)的時(shí)候，必須要充分的結(jié)合隧道工程項(xiàng)目的建造施工實(shí)際，并且嚴(yán)格科學(xué)的勘測(cè)工程項(xiàng)目建造施工區(qū)域的地質(zhì)地貌情況，設(shè)定最佳的支護(hù)施工方案，保障隧道工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量和施工安全。

4.2 嚴(yán)格控制開(kāi)挖長(zhǎng)度及臺(tái)階長(zhǎng)度

在該工程項(xiàng)目的隧道建設(shè)施工期間，每一次施工開(kāi)挖工作的長(zhǎng)度都要嚴(yán)格的進(jìn)行控制，發(fā)掘階段的臺(tái)階長(zhǎng)度要控制和縮短，為了更好的確保盡早建立隧道施工區(qū)域的完整支護(hù)結(jié)構(gòu)。并且進(jìn)行科學(xué)合理的巖土結(jié)構(gòu)的勘測(cè)分析，根據(jù)隧道巖石結(jié)構(gòu)勘測(cè)的數(shù)據(jù)，設(shè)定更加合理的施工計(jì)劃，一個(gè)接一個(gè)有序地進(jìn)行隧道挖掘施工，挖掘施工的長(zhǎng)度不超過(guò)0.6m。挖掘完成后，應(yīng)立即進(jìn)行初步的混凝土噴射施工，以盡可能的縮短挖掘巖石表面暴露在環(huán)境中的時(shí)間。在該工程項(xiàng)目的隧道施工建設(shè)期間，由于勘測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示隧道內(nèi)巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性條件非常差，階段挖掘長(zhǎng)度應(yīng)盡量的予以縮短，以確保隧道的初始支護(hù)結(jié)構(gòu)可以盡快的完成。如果一個(gè)挖掘施工環(huán)節(jié)的長(zhǎng)度過(guò)大，那么挖掘巖土表面就會(huì)長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的建立也會(huì)需要耗費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間，很容易出現(xiàn)巖土結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，造成一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 采用弱爆破

在隧道工程項(xiàng)目的掘進(jìn)施工環(huán)節(jié)，往往需要應(yīng)用到爆破施工的技術(shù)進(jìn)行隧道開(kāi)挖，在這個(gè)過(guò)程中必須要嚴(yán)格地控制爆炸藥物的量，防止爆破對(duì)周邊巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞，影響整個(gè)工程項(xiàng)目的建造安全。

4.4 加強(qiáng)拱腳承載力

在百丈隧道工程項(xiàng)目的建造施工階段，由于采用的特殊建造施工手段，在工程項(xiàng)目開(kāi)始進(jìn)行挖掘的時(shí)候，支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載壓力是比較強(qiáng)的，支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的拱腳結(jié)構(gòu)承擔(dān)了大部分垂直方向的荷載，如果拱腳部位的承載能力較差，那么就很有可能會(huì)產(chǎn)生一系列的施工安全隱患問(wèn)題。所以必須要在初期加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)拱腳部位的支護(hù)能力，確保隧道工程項(xiàng)目挖掘過(guò)程的巖土穩(wěn)定性，進(jìn)而提升隧道工程項(xiàng)目的施工安全。

4.5 加強(qiáng)初期支護(hù)縱向連接

隧道工程項(xiàng)目的建造施工過(guò)程中，隧道內(nèi)部的巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接關(guān)系到隧道工程項(xiàng)目的安全和使用情況，所以必須要保證隧道內(nèi)部巖土結(jié)構(gòu)的承重能力，以及隧道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)周圍巖石的穩(wěn)定性。隧道挖掘施工過(guò)程中要做好隧道的支護(hù)，將內(nèi)部的巖土荷載進(jìn)行轉(zhuǎn)移，這樣隧道挖掘過(guò)程中產(chǎn)生的荷載就可以沿著穩(wěn)定、全面的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)端傳遞，防止隧道內(nèi)部巖土的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)破壞造成巖石塌落。

4.6 仰拱和二襯緊跟

在隧道工程項(xiàng)目的開(kāi)挖過(guò)程中，需要合理的監(jiān)測(cè)和控制隧道掘進(jìn)臺(tái)階的總體長(zhǎng)度，此外，隧道仰拱和隧道的二襯在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格津貼臺(tái)階位置，建立一個(gè)穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的隧道支持防護(hù)結(jié)構(gòu)。由于隧道工程項(xiàng)目的仰拱結(jié)構(gòu)沒(méi)有進(jìn)行良好支護(hù)施工的部分，承載能力較差，隧道施工的工程不斷加深，在支護(hù)能力較差的部位很有可能會(huì)出現(xiàn)隧道內(nèi)部巖土結(jié)構(gòu)的變形，這直接會(huì)導(dǎo)致隧道巖層的不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生塌落的危險(xiǎn)。所以，需要在挖掘施工的操作過(guò)程中，將仰拱結(jié)構(gòu)的施工提升速度，這樣可以更好地給隧道工程施工提供較強(qiáng)的支護(hù)能力，加強(qiáng)隧道內(nèi)部巖土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。當(dāng)然拱基的支承能力是比較有限，這時(shí)候就要加強(qiáng)二次襯砌，以便隧道內(nèi)部形成一個(gè)較為穩(wěn)定、強(qiáng)度較大的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

4.7 監(jiān)控量測(cè)要求

必須要在施工前科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目睖y(cè)隧道內(nèi)部的地質(zhì)情況，并且勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，隧道內(nèi)部的詳細(xì)數(shù)據(jù)需要在工程項(xiàng)目施工計(jì)劃當(dāng)中得到充分的參考。按照工程項(xiàng)目的建造施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范施工行為，實(shí)時(shí)繪制隧道施工的時(shí)間-位移曲線。

4.8 完善隧道洞內(nèi)臨時(shí)防排水系統(tǒng)

工程項(xiàng)目的建造施工階段，需要做好隧道內(nèi)部的配水系統(tǒng)的建設(shè)施工，高水平、高質(zhì)量的隧道排水系統(tǒng)應(yīng)用可以有效地排除隧道內(nèi)部的積水，防止工程項(xiàng)目的浸水導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

梧柳高速百丈隧道右線軟弱圍巖段施工中，按照三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工，自2015年4月份開(kāi)始開(kāi)挖，日進(jìn)尺平均在2m左右，施工過(guò)程嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，加強(qiáng)安全管理，于2015年11月順利實(shí)現(xiàn)右線貫通。

三臺(tái)階七步法施工工法，合理地利用的時(shí)間和空間進(jìn)行施工，開(kāi)挖后及時(shí)做好初期支護(hù)，盡快的封閉開(kāi)挖面閉合成環(huán)，形成穩(wěn)定的支護(hù)體系，方法安全、可靠，操作性強(qiáng)，已成為隧道軟弱圍巖施工的成熟工法。