隧道仰拱開挖時(shí)機(jī)探討

李保明

摘 要 改革開放40年來，我國隧道工程建設(shè)突飛猛進(jìn)，取得了許多輝煌成就。隨著隧道施工工裝工藝的不斷創(chuàng)新、成套大型智能化工裝的引入應(yīng)用，隨之而來與傳統(tǒng)的隧道施工設(shè)計(jì)、技規(guī)要求矛盾日益突出，甚至影響到施工工效。如何做到隧道施工循環(huán)流水作業(yè)，實(shí)現(xiàn)掌子面不停工，是作為一名隧道建設(shè)者追求的目標(biāo)，同時(shí)也是保證隧道工程工期、效益的關(guān)鍵。仰拱開挖、初支封閉成環(huán)的時(shí)機(jī)對掌子面是否可以連續(xù)作業(yè)至關(guān)重要，如果時(shí)機(jī)選擇不當(dāng)，會造成掌子面不得不停工。本文以高鐵雙線隧道鉆爆法三臺階開挖為例，探討仰拱開挖時(shí)機(jī)。

關(guān)鍵詞 隧道施工;三臺階;鉆爆法;長仰拱棧橋;安全步距

1三臺階法設(shè)計(jì)要求

1.1 施工順序

三臺階法施工順序示意圖（見圖1、圖2）。

（1）利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前支護(hù)（Ⅰ部）;弱爆破開挖①部（上臺階），施作①部周邊的初期支護(hù)（Ⅱ部）;

（2）在滯后于①部一段距離后，弱爆破開挖②部（中臺階），施作②部周邊的初期支護(hù)（Ⅲ部）;

（3）在滯后于②部一段距離后，弱爆破開挖〔③+④〕部（下臺階+仰拱），施作③部（下臺階）周邊的初期支護(hù)（Ⅳ部），并及時(shí)封閉④部（仰拱）初期支護(hù)成環(huán)（Ⅴ部）;

（4）澆筑Ⅵ部（仰拱混凝土）及Ⅶ部（隧底填充混凝土）。

（5）根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂穩(wěn)定后，利用襯砌臺車一次性澆筑二次襯砌Ⅷ部。

1.2 施工注意事項(xiàng)

隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則。

上、中臺階鎖腳鋼管應(yīng)及時(shí)設(shè)置，且必須對鎖腳鋼管進(jìn)行注漿，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定[1]。

上臺階每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺Ⅴ級圍巖不應(yīng)大于1榀鋼架間距，Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距;邊墻每循環(huán)開挖支護(hù)不得大于2榀;仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于3m;隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)，封閉位置距離掌子面不得大于35m。

2三臺階法技規(guī)要求

2.1 施工順序

三臺階法施工順序示意圖（見圖1、圖2）。

（1）①部（上臺階）、②部（中臺階）施工同上述設(shè)計(jì)要求;

（2）在滯后于②部一段距離后，弱爆破開挖③部（下臺階），施作③部周邊的初期支護(hù)（Ⅳ部）;

（3）在滯后于③部一段距離后，弱爆破開挖④部（仰拱），施作④部仰拱初支（Ⅴ部），使其封閉成環(huán);

（4）澆筑Ⅵ部（仰拱混凝土）及Ⅶ部（隧底填充混凝土）。

（5）根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂穩(wěn)定后，利用襯砌臺車一次性澆筑二次襯砌Ⅷ部。

2.1 施工注意事項(xiàng)

（1）采用三臺階法開挖隧道時(shí)，應(yīng)根據(jù)圍巖條件合理確定臺階長度和高度。臺階長度不宜過長宜控制在一倍洞徑以內(nèi)。

（2）臺階形成后，各臺階開挖、支護(hù)宜平行作業(yè)。

（3）下臺階開挖，左右側(cè)宜交錯(cuò)進(jìn)行。

（4）循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件、自穩(wěn)能力和初期支護(hù)鋼架間距合理確定。Ⅲ級圍巖循環(huán)進(jìn)尺不宜超過3.0m，Ⅳ級軟弱圍巖上臺階循環(huán)進(jìn)尺不宜超過2榀鋼架設(shè)計(jì)間距，Ⅴ、Ⅵ級圍巖上臺階循環(huán)進(jìn)尺不宜超過1榀鋼架設(shè)計(jì)間距;Ⅳ、Ⅴ級圍巖下臺階循環(huán)進(jìn)尺不宜超過2榀鋼架設(shè)計(jì)間距;初期支護(hù)設(shè)計(jì)鋼架未封閉成環(huán)的隧道，仰拱一次開挖長度不宜大于3m[2]。

3長仰拱棧橋施工安全步距的要求

鐵建設(shè)〔2010〕120號文規(guī)定：隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖封閉位置距離掌子面不得大于35m;軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道的二次襯砌應(yīng)及時(shí)施作，二次襯砌距掌子面的距離：Ⅳ級圍巖不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ級圍巖不得大于70m。隨著隧道長仰拱棧橋等大型設(shè)備的引進(jìn)，120號文的安全步距要求已不能滿足現(xiàn)場施工需要。以正在施工的福廈客專為例，隧道安全步距作了以下調(diào)整：Ⅳ、Ⅴ級圍巖仰拱初支封閉成環(huán)距掌子面距離不大于70m，二次襯砌距掌子面距離不大于150m;Ⅲ級圍巖仰拱距掌子面的安全步距不大于100m，二次襯砌距掌子面距離不大于250m;Ⅱ級圍巖仰拱距掌子面的安全步距不大于100m，Ⅰ、Ⅱ級圍巖二次襯砌距掌子面距離不大于250m。

4三臺階鉆爆法開挖現(xiàn)場通用做法

隧道現(xiàn)場實(shí)際施工中，上、中臺階開挖與設(shè)計(jì)和技規(guī)要求基本一致;下臺階及仰拱開挖一般有兩種做法：一是下臺階和仰拱分步開挖，與技規(guī)要求施工順序基本一致，二是下臺階和仰拱同時(shí)開挖，與設(shè)計(jì)要求施工順序基本一致[3]。

4.1 下臺階和仰拱分步開挖

下臺階和仰拱分步開挖，即上述施工順序中的③、④部分步開挖。該施工方法與《技規(guī)》的要求基本一致，仰拱開挖滯后于下臺階，仰拱開挖進(jìn)尺一般不大于3米，且要及時(shí)封閉仰供初支。該施工方法對隧道結(jié)構(gòu)是安全的，也提高了仰拱開挖、初支封閉成環(huán)的工效，但由于仰拱開挖、清底、立架、噴砼等強(qiáng)的周期較長，勢必會影響到掌子面連續(xù)作業(yè)。而且，仰拱初支封閉成環(huán)后必須利用既有洞碴進(jìn)行回填，以保證掌子面作業(yè)的施工通道，當(dāng)利用長棧橋施工仰拱及填充混凝土?xí)r，又必須開挖回填的洞碴，仰拱施工工序反復(fù)進(jìn)行，施工工效極低。

仰拱開挖、初支封閉作業(yè)時(shí)，利用施工棧橋作為掌子面施工通道，在目前使用液壓仰拱長棧橋工裝的情況下是實(shí)現(xiàn)不了的（液壓仰拱長棧橋爆破安全距離至少50米）。為解決上述工法中掌子面停工的問題，現(xiàn)有部分隧道工點(diǎn)仰拱和仰拱初支施工分別配置一臺仰拱棧橋，其中一臺棧橋主要用于仰拱開挖及初支施工，其功能與技規(guī)的工法要求一致，此棧橋?yàn)楹喴讞?，無液壓裝置，不受開挖爆破的影響;另一臺棧橋?yàn)橐簤洪L棧橋，主要用于仰拱及填充混凝土施工。利用這兩臺棧橋作為通道，就可以實(shí)現(xiàn)掌子面與仰拱開挖、初支封閉、仰拱施工同時(shí)作業(yè)。但該施工方法也存在諸多弊端，一是需增加一臺仰拱棧橋，增加施工投入;二是多工序交叉作業(yè)，現(xiàn)場施工組織難度大;三是仰拱初支封閉后需回填部分洞碴作為兩棧橋之間的連接通道，后期仰拱及填充施工時(shí)，又要重復(fù)開挖出碴;四是施工現(xiàn)場文明施工較差。

4.2 下臺階和仰拱同時(shí)開挖

下臺階和仰拱同時(shí)開挖，即上述施工順序中的③、④部同時(shí)開挖。該施工方法與設(shè)計(jì)要求開挖基本一致，下臺階與仰拱的初期支護(hù)同時(shí)施作并及時(shí)封閉成環(huán)，從安全上講，無疑是最好的做法。但從施工工效上分析又有諸多不利因素，主要有以下幾點(diǎn)：①設(shè)計(jì)要求邊墻每循環(huán)開挖一般不大于2榀鋼架距離，仰拱開挖一般不大于3米（5榀鋼架距離），不等的循環(huán)進(jìn)尺勢必會降低仰拱的開挖工效;②仰拱開挖完成后，需進(jìn)行隧底清碴、初支封閉成環(huán)、噴射混凝土等強(qiáng)等施工工序，直接影響到掌子面正常施工作業(yè);③施工仰拱及填充混凝土?xí)r，利用長仰拱棧橋作為掌子面施工通道，一次開挖12米回填的洞碴，也會影響掌子面正常作業(yè)。

現(xiàn)場實(shí)際施工中，為了提高施工工效，掌子面可以連續(xù)作業(yè)，對設(shè)計(jì)施工方法進(jìn)行了一些優(yōu)化，見圖3三臺階法工法優(yōu)化示意圖。下臺階與仰拱同時(shí)開挖后，只對下臺階的初期支護(hù)進(jìn)行施作，而仰拱初支不進(jìn)行封閉施工，仰拱范圍回填洞碴（即只開挖不出碴）保證掌子面施工通道。然后利用長仰拱棧橋?qū)ρ龉俺踔нM(jìn)行分步封閉施工，同時(shí)完成該段仰拱及填充混凝土施工。顯而易見，該工法可以解決隧道掌子面作業(yè)、仰拱初支封閉成環(huán)、仰拱及填充混凝土澆筑等工序的相互干擾問題，但仰拱初支沒有及時(shí)封閉帶來的安全隱患也是客觀存在的。

5結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)設(shè)計(jì)檢算下臺階初支增設(shè)鎖腳錨管可以滿足圍巖變形要求，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測實(shí)量圍巖變形數(shù)據(jù)在允許值范圍內(nèi)，在能確保隧道施工安全的前提下，下臺階與仰拱一次開挖，仰拱初支后做的工法可以推行。為了保證安全，施工過程中需注意以下幾點(diǎn)：①下臺階初期支護(hù)施作必須增加鎖腳錨管;②仰拱、下臺階開挖時(shí)嚴(yán)禁下臺階拱腳超挖，下臺階鋼架基底要墊實(shí);③仰拱回填洞碴高度要高于仰拱與下臺階鋼架連接板的高度，回填要密實(shí);④仰拱施工開挖回填洞渣時(shí)，一次開挖不大于3米，并及時(shí)進(jìn)行仰拱初支封閉成環(huán)，隧底虛碴必須清理干凈;⑤加強(qiáng)隧道圍巖監(jiān)控量測，尤其是仰拱初支封閉前下臺階的收斂監(jiān)測。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉佳.論述鐵路隧道施工技術(shù)常見問題及改進(jìn)措施[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（6）：134-135.

[2] 劉高鋒.隧道施工的質(zhì)量以及安全防護(hù)措施[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（6）：158-159.

[3] 吳春峰.鐵路雙線隧道仰拱快速施工技術(shù)研究[J].低碳世界，2017（4）：213-214.