三臺階4部開挖法在軟弱地層中的應用

饒　彪

(佛山市軌道交通發展有限公司，廣東佛山　528000)

三臺階4部開挖法是在隧道上下臺階開挖法的基礎上，在原有上臺階施工時增設臨時仰供，在原有下臺階按上下臺階法進行施工(其中中臺階分為左右兩部)，并調整上中下臺階的進尺長度及各分部之間間距，而形成的一種快速開挖施工工法。

1　工藝特點

三臺階4部開挖法3個臺階的作業面可同時進行施工，合理配置協調后，互不影響，從而加快施工進度，達到快速施工的目的。

隧道采用三臺階4部開挖法施工，上臺階人工開挖，對地層擾動小，一次開挖進尺短，控制在2.5 m左右，并及時按照設計打設超前小導管，及時支護，施工臨時仰拱，完全符合淺埋暗挖新奧法施工原則。

中下臺階部開挖時兩個臺階緊跟上部開挖，施工空間較大，可采用大型挖掘機開挖以及農用機車出土，機械化施工程度高，能夠保證土方快速開挖及運輸，初期支護及時跟進，成環封閉迅速，結構安全可控。

三臺階4部開挖法分三臺階施工，施工靈活，可根據現場地質變化，調整施工進尺和支護工藝。

施工按照“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、速反饋、控下沉”的方針采用信息化施工，在保證安全和質量的前提下加快施工進度。

2　工藝流程及操作要點

工藝流程見圖1。

圖1　工藝流程

2.1　施工準備

(1)技術準備

核對地質資料，調查隧道上方的地下管線，核對開挖前構筑物及地面建筑物監測點高程。

開挖前對現有控制網進行復測，對已經加密的控制點進行復測，確定隧道開挖中線、高程。

按照方案對作業層施工人員進行技術交底。

(2)材料準備

隧道施工需要的鋼筋、砂、石、水泥、速凝劑、小導管、鋼板、角鋼、型鋼、方木等原材料。

隧道開挖支護需要的格柵鋼架、小導管、管棚、型鋼鋼架等構件。

根據隧道施工預案在現場備足備齊搶險用物資。

(3)人員及機械準備

根據總體施工方案的勞動強度要求，配備足夠的施工作業人員、管理人員、技術人員。

根據施工方案和施工進度的要求配備足夠的施工機械。

2.2　施工方法

(1)超前小導管施工

為保證隧道開挖安全，防止圍巖松弛，在開挖前采用超前小導管超前支護，達到加固圍巖的目的。超前小導管采用長3.5 m的φ42 mm熱軋鋼管，拱部120°范圍內布置，環向間距0.33 m，縱向間距2 m。

超前小導管應按設計要求布置，小導管沿開挖輪廓線從格柵腹部穿過。采用鉆機鉆孔，高壓風清孔后，用風鎬將超前小導管打人孔內，有一定自穩能力且硬度不大的土層也可以直接將管打人。采用1∶1水泥漿，根據地層條件并摻人適量的促凝劑。注漿時相鄰孔位應錯開，交叉進行。注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當壓力達到注漿1 MPa，注漿量達到設計注漿量的80%以上，可結束該孔注漿；注漿壓力未能達到設計終壓，注漿量已達到設計注漿量，并無漏漿現象，亦可結束該孔注漿。

(2)土方開挖

隧道開挖如圖2所示。

圖2　三臺階4部開挖示意(單位：mm)

臺階高2.6 m，土方15.3 m3/m，運距<10 m。使用風鎬開挖土體，渣土裝入小推車內，運至中下臺階部位，由施工機械運至豎井處吊出。每一循環土方開挖進尺為0.5 m，臨時仰供跟進。

為減少上臺階人工運土距離和控制隧道變形，上臺階與中下臺階間距應控制在20 m以內，最好以3～5 m為宜。

中臺階施工邊墻初期支護時，根據施工規范，一次邊墻支護長度控制在3～4 m(穩定圍巖)或2 m以內(土層)，中下臺階間距離控制在4～8 m。

下臺階主要施工仰拱，一次施做長度以監測信息為依據決定，保證及時封閉成環。

(3)初期支護

隧道開挖完成后，為控制圍巖應力釋放和變形，保證圍巖的天然承載力，增加結構安全度，應及時跟進初期支護。

初噴混凝土：

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用高壓風自上而下清理巖面，埋設控制噴射混凝土厚度的標示，如巖面有滴水，需埋管做好引水工作。噴射混凝土時，自下而上噴射，防止上部噴射回彈料虛掩拱腳而不密實，造成失穩。噴射至混凝土表面大致平整而呈濕潤光澤，無干斑及流淌現象。

噴射混凝土采用具有粉塵少、回彈量少、水灰比可控制、一次噴射混凝土較厚等優點的濕噴技術。

施做系統錨桿，掛設鋼筋網：

系統錨桿采用采用長3 m的φ22螺紋鋼筋，間距1 m×0.5 m，梅花形布置，徑向施做。各臺階初支直接連接處及臨時仰供拱腳均需設2根長3 m的φ25 mm鎖腳錨管，確保初期支護穩定可控。

鋼筋網片采用φ10 mm鋼筋焊接而成，間距100 mm×100 mm。鋼筋網隨巖面鋪設，保證與系統錨桿連接牢固。

格柵鋼架及臨時仰供施工：

端部型鋼必須用連接螺栓與鋼板孔緊固，以確保格柵各部件的連接孔位的準確。鋼筋格柵各部件在模具內初步焊接固定后，將鋼筋格柵各部分從模具內均勻取出，以避免鋼筋格柵扭曲變形。根據焊接規范及設計要求將鋼筋格柵部件焊接成型，焊接時應均勻對稱焊接，減少應力變形。所有焊縫均采用雙面搭接焊，主筋與鋼板間焊縫高度不小于10 mm，其他焊縫高度不小于8 mm。格柵鋼架各組成部件焊接完成后，進行試拼裝，以檢驗鋼筋格柵鋼架的幾何尺寸、各部件的螺栓節點以及焊接質量。

上臺階鋼架安裝時，拱腳處基底應清除擾動土，挖槽就位，必要時可采取預加固，防止拱頂下沉。為保證格柵鋼架的整體穩定性，需將鋼架與縱向連接筋、結構錨桿、定位鋼筋和鎖腳錨管焊接牢固。施工期間應定期復合隧道軸線樁及高程控制點，防止出現測量錯誤，并做好各工序的協調配合，減少工序交叉時間，使開挖后及時封閉成環，保證隧道的初支穩定性。

復噴混凝土：

復噴混凝土分片依次自下而上進行，并先噴鋼架與拱(墻)壁間混凝土，后噴兩拱之間混凝土。每次噴層厚度為拱頂5～6 cm，邊墻7～10 cm。防水混凝土的配比、噴射方法按設計要求參數及施工規范進行。

(4)初支背后注漿

在初期結構封閉成環后，即進行初期支護背后回填注漿。初支背后回填注漿采用φ32 mm普通鋼管，L=0.5 m，注漿管在初支噴混凝土前預埋，與鋼拱架及鋼筋網焊接在一起。噴混凝土時，外露端用棉紗封堵加以保護，入土端需進行必要的防護，以防噴射混凝土封堵管口。注漿材料選用32.5R普通硅酸鹽水泥拌制的水泥漿，水灰比0.8 ～ 1∶1。采用單液注漿泵進行注漿，注漿終壓控制在0.3～0.5 MPa。

3　結束語

三臺階4部開挖法，減少了對圍巖的擾動，充分發揮了圍巖自穩能力，縮短了工期，節約了工程成本，為施工單位取得了良好的經濟效益。

三臺階4部開挖法與傳統的上下臺階法、CRD法相比，機械化程度高，施工功效高，進度快，經濟和工期效益明顯。

廣州地鐵區莊站五號線主體隧道拱頂覆土厚度僅為5 m左右，開挖斷面寬9.2 m，高8.8 m，長47.5 m，開挖面積67.6 m2，覆跨比0.54，開挖高度約為寬度的1.05倍，屬淺埋大跨斷面暗挖隧道，隧道斷面位于為〈6〉全風化帶、〈7〉強風化帶地層，斷面所處富水軟弱地層，局部存在不穩定、易變形的淤泥質土層。隧道開挖采用三臺階4部開挖法施工，監測反映隧道變形數據較小，施工中未發生質量和安全事故，施工質量和施工安全都得到了保證；從施工進度看，完全符合施工進度要求，比原設計工期提前了3個月，保證了區莊站后續工作的順利進行。

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