平寨隧道進口Ⅳ、Ⅴ級圍巖微臺階施工技術

劉 剛

(中鐵二局貴廣鐵路指揮部，貴州都勻558000)

2010年上半年，我國在建鐵路隧道出現幾次大的掌子面坍方關門事故，鐵道部為進一步解決隧道安全施工問題，于2010年7月27日下發了《關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道設計施工有關技術規定的通知》即(鐵建設(2010)120號)文件，該文件要求:Ⅳ、Ⅴ級圍巖的仰拱距掌子面距離≤35 m，二襯距掌子面距離≤90 m。而目前國內Ⅳ、Ⅴ級圍巖的施工基本上采用長臺階法，即臺階長度為35～45 m。

1 微臺階施工技術推行原因

為解決Ⅳ、Ⅴ級圍巖:仰拱距掌子面距離≤35 m的硬性指標，必須采用短臺階或微臺階，而如果使用短臺階，上下臺階分開施工使用兩個臺車，導致上下臺階不能同時施工，嚴重影響施工進度，技術人員經過認真研究和比選，認為推行微臺階是唯一主動解決問題的最好方式。

2 微臺階施工技術

2.1 微臺階施工原理

通過設計一整體鉆爆臺架，使得上下斷面平行交錯作業，從而達到滿足安全距離、加快施工進度的目的，優點是既滿足安全距離，又可加快施工進度，缺點是各施工工序必須嚴格按設計施作，對安全質量有較高要求。

2.2 微臺階尺寸

根據隧道斷面，結合現場，經過多次試操作和計算確定臺階尺寸為:Ⅳ級圍巖臺階長度約4m，Ⅴ級圍巖臺階長度為3.2 m，上臺階高度統一為4.0 m(圖1、圖2)。

圖1 隧道開挖斷面(cm)

2.3 鉆爆臺架情況

圖2 開挖工況示意(m)

為采用微臺階工藝，技術人員設計專用鉆爆臺車，如圖3。

圖3 開挖臺架

1.開挖臺架主要采用I20b工字鋼作為主骨架，兩側平臺采用I18工字鋼。

2.站人平臺滿鋪鋼筋網，鋼筋網主骨架采用22鋼筋，其余采用8鋼筋，網眼間距10*10 cm。

3.圖中I20b表示用I20b工字鋼進行雙合。

2.4 光面爆破設計

良好的光面爆破設計是確保Ⅳ、Ⅴ級圍巖微臺階開挖工藝獲得成功的重要一環，我們在平寨隧道進口專門針對微臺階進行了Ⅳ、Ⅴ級圍巖光面爆破設計，經現場試驗和多次調整后，得出Ⅳ、Ⅴ級圍巖的爆破設計經驗參數:掏槽采用斜眼掏槽，共3排，炮眼孔距及排距均采用50 cm，掏槽開口寬度為4 m。Ⅳ級圍巖每循環按2 m考慮，鉆爆時間約240 min，Ⅴ級圍巖每循環按1.6 m考慮，鉆爆時間約180 min，掏槽孔加深20 cm，周邊眼、輔助眼及底板眼超深10 cm，起爆順序為:掏槽眼—輔助眼—周邊眼—底板眼。周邊眼間距不超過50 cm，上臺階布設91個眼、10臺風鉆，下臺階布設90個炮眼，8臺風鉆。通過對光爆設計不斷總結和調整，使平寨隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖開挖獲得了良好的光爆效果。

2.5 施工工序順序

(1)Ⅳ級圍巖每循環開挖進尺3 m，Ⅴ級圍巖每循環開挖進尺1.6 m;

(2)經過現場不斷實踐和更新，總結出平寨隧道進口工序作業順序為:臺架就位→鉆爆→上臺階翻碴→上臺階立架、掛網、打錨桿(出碴過程同時進行)→出碴→下臺階立架、掛網、打錨桿→上臺階噴混凝土(出完碴后立即進行)→下臺階噴混凝土→下一循環開始;

(3)平行作業時間工序為:上臺階立架、掛網、打錨桿工序與出碴工序同時進行，上臺階噴混凝土與下臺階立架、掛網、打錨桿同時進行，上道工序完成前0.5 h提前作好下道工序施工準備。

2.6 各工序基本循環時間

經過摸索和探討，認真分析統計各道工序完成時間，找出影響工序時間的因素并加以完善，總結出最合理的隧道進口Ⅳ、Ⅴ級圍巖微臺階施工各工序作業時間和整個開挖循環作業時間(表1、表2)。

從循環時間的統計及施工實際看，除臺架就位、挖機翻碴、出碴三個工序的時間基本上固定外，其余工序時間波動性比較大，用時較懸殊，分析原因為:

(1)上臺階鉆爆時間不穩定，每循環的此工序時間相差較大，主要為偶爾出現補炮、圍巖破碎成孔困難等產生差別;

(2)立拱架及打錨桿時間不穩定，主要在于圍巖破碎，成孔困難，鉆錨桿孔及裝錨桿時間過長;

(3)噴混凝土時間不穩定，每循環的此工序時間相差較大，因個別地段圍巖破碎，存在滑層產生超挖導致噴混凝土量增大引起的時間過長。

2.7 人員配置

平寨隧道進口隧道開挖及支護人員配置如表3。

表3 平寨隧道進口開挖支護作業人員配置

2.8 設備配置

為滿足現場施工需要，平寨隧道進口隧道開挖及支護設備配置如表4。

表4 平寨隧道進口開挖支護作業機械設備配置

續表4

2.9 安全質量控制

(1)因采用微臺階法施工，上下臺階平行推行，為防止上一循環上臺階已施作的初期支護在下臺階開挖后出現掉拱現象，鎖腳錨桿及系統錨桿必須嚴格按設計施工。同時，上臺階必須保證至少有一榀鋼架不被下臺階開挖時形成懸空，這是確保本方案能順利實施的關鍵，在施工中必須嚴格控制下臺階的開挖進尺。

(2)各道工序施工質量必須滿足設計及規范的有關要求，噴混凝土背后嚴禁存在空洞現象。

(3)因掌子面存在部分工序的交叉作業，人員、機械處于一個作業面施工，施工中人員進出必須按統一的線路進行，待指揮人員指揮機械停止后方能進入或走出作業面。

(4)開挖臺架在移動過程中，臺架周邊10 m范圍嚴禁站人。臺架行走路線盡量平順，以防臺架在移動過程中傾覆。

平寨隧道微臺階施工技術解決了Ⅳ、Ⅴ級圍巖安全距離難以達標的問題，同時加快了施工進度，形成了良好的施工形象，對國內類似隧道施工有一定借鑒性。