平寨隧道進(jìn)口Ⅳ、Ⅴ級圍巖微臺階施工技術(shù)

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(xiàn)幾次大的掌子面坍方關(guān)門事故，鐵道部為進(jìn)一步解決隧道安全施工問題，于2010年7月27日下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》即(鐵建設(shè)(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(nèi)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(shù)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(biāo)，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(dǎo)致上下臺階不能同時施工，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，技術(shù)人員經(jīng)過認(rèn)真研究和比選，認(rèn)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(shù)

2.1 微臺階施工原理

通過設(shè)計一整體鉆爆臺架，使得上下斷面平行交錯作業(yè)，從而達(dá)到滿足安全距離、加快施工進(jìn)度的目的，優(yōu)點是既滿足安全距離，又可加快施工進(jìn)度，缺點是各施工工序必須嚴(yán)格按設(shè)計施作，對安全質(zhì)量有較高要求。

2.2 微臺階尺寸

根據(jù)隧道斷面，結(jié)合現(xiàn)場，經(jīng)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(tǒng)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(shù)人員設(shè)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(cè)平臺采用I18工字鋼。

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

3.圖中I20b表示用I20b工字鋼進(jìn)行雙合。

2.4 光面爆破設(shè)計

良好的光面爆破設(shè)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(huán)，我們在平寨隧道進(jìn)口專門針對微臺階進(jìn)行了Ⅳ、Ⅴ級圍巖光面爆破設(shè)計，經(jīng)現(xiàn)場試驗和多次調(diào)整后，得出Ⅳ、Ⅴ級圍巖的爆破設(shè)計經(jīng)驗參數(shù):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(huán)按2 m考慮，鉆爆時間約240 min，Ⅴ級圍巖每循環(huán)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(shè)91個眼、10臺風(fēng)鉆，下臺階布設(shè)90個炮眼，8臺風(fēng)鉆。通過對光爆設(shè)計不斷總結(jié)和調(diào)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(huán)開挖進(jìn)尺3 m，Ⅴ級圍巖每循環(huán)開挖進(jìn)尺1.6 m;

(2)經(jīng)過現(xiàn)場不斷實踐和更新，總結(jié)出平寨隧道進(jìn)口工序作業(yè)順序為:臺架就位→鉆爆→上臺階翻碴→上臺階立架、掛網(wǎng)、打錨桿(出碴過程同時進(jìn)行)→出碴→下臺階立架、掛網(wǎng)、打錨桿→上臺階噴混凝土(出完碴后立即進(jìn)行)→下臺階噴混凝土→下一循環(huán)開始;

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

2.6 各工序基本循環(huán)時間

經(jīng)過摸索和探討，認(rèn)真分析統(tǒng)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(jié)出最合理的隧道進(jìn)口Ⅳ、Ⅴ級圍巖微臺階施工各工序作業(yè)時間和整個開挖循環(huán)作業(yè)時間(表1、表2)。

從循環(huán)時間的統(tǒng)計及施工實際看，除臺架就位、挖機(jī)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(wěn)定，每循環(huán)的此工序時間相差較大，主要為偶爾出現(xiàn)補(bǔ)炮、圍巖破碎成孔困難等產(chǎn)生差別;

(2)立拱架及打錨桿時間不穩(wěn)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?xí)r間不穩(wěn)定，每循環(huán)的此工序時間相差較大，因個別地段圍巖破碎，存在滑層產(chǎn)生超挖導(dǎo)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(jìn)口隧道開挖及支護(hù)人員配置如表3。

表3 平寨隧道進(jìn)口開挖支護(hù)作業(yè)人員配置

2.8 設(shè)備配置

為滿足現(xiàn)場施工需要，平寨隧道進(jìn)口隧道開挖及支護(hù)設(shè)備配置如表4。

表4 平寨隧道進(jìn)口開挖支護(hù)作業(yè)機(jī)械設(shè)備配置

續(xù)表4

2.9 安全質(zhì)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(huán)上臺階已施作的初期支護(hù)在下臺階開挖后出現(xiàn)掉拱現(xiàn)象，鎖腳錨桿及系統(tǒng)錨桿必須嚴(yán)格按設(shè)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(guān)鍵，在施工中必須嚴(yán)格控制下臺階的開挖進(jìn)尺。

(2)各道工序施工質(zhì)量必須滿足設(shè)計及規(guī)范的有關(guān)要求，噴混凝土背后嚴(yán)禁存在空洞現(xiàn)象。

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

(4)開挖臺架在移動過程中，臺架周邊10 m范圍嚴(yán)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(shù)解決了Ⅳ、Ⅴ級圍巖安全距離難以達(dá)標(biāo)的問題，同時加快了施工進(jìn)度，形成了良好的施工形象，對國內(nèi)類似隧道施工有一定借鑒性。