弧形導(dǎo)坑三臺階七部開挖法在大斷面黃土隧道施工中的運(yùn)用

石雅清

【摘要】黃土隧道在開挖過程中，圍巖節(jié)理發(fā)育，有少量裂隙滲水，開挖后自穩(wěn)能力較差。施工中采用弧形導(dǎo)坑三臺階七步開挖不僅降低了工程成本和施工難度，還確保了安全，加快了施工進(jìn)度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

【關(guān)鍵詞】弧形導(dǎo)坑 三臺階 七部開挖 大斷面 黃土隧道 施工

一、工程概況

延安安塞經(jīng)志丹至吳起高速公路前山隧道項目，總體呈北東～南西展布，地面標(biāo)高為1309～1488m，相對高差達(dá)179m，地形起伏很大，沖溝發(fā)育，梁溝相間，地形破碎。隧道為左右分離式，左線本標(biāo)段內(nèi)長度1675m，右線本標(biāo)段長度1695m，設(shè)四處停車加寬帶，共160米，開挖斷面高10.5m，寬15.2m，開挖斷面137.3m3，均為黃土質(zhì)圍巖，圍巖節(jié)理發(fā)育，有少量裂隙滲水，開挖后自穩(wěn)能力較差。

停車加寬段IV級黃土圍巖初期支護(hù)參數(shù)如下：

二、施工特點(diǎn)

弧形導(dǎo)坑三臺階七步開挖實(shí)際上就是弧形導(dǎo)坑開挖和三臺階開挖法相結(jié)合的一種新的開挖方法，利用原有人員、機(jī)械設(shè)備作業(yè)，不增加額外資源投入。采用弧形導(dǎo)坑法施工，無操作臺架，擴(kuò)大了上斷面核心土預(yù)留面積，增強(qiáng)了掌子面圍巖的穩(wěn)定，保證了洞身開挖施工安全。開挖過程中分上、中、下及仰拱四部分，以前后左右七個不同的開挖面相互交錯施工，然后分部同時支護(hù)，最后形成支護(hù)整體，縮短作業(yè)循環(huán)時間，逐步向縱深推進(jìn)的作業(yè)方法。減少加工和拆除大斷面施工操作臺架時間，也節(jié)約了材料，減少了費(fèi)用投入。中、下臺階施工作業(yè)相互前后交錯，形成流水作業(yè)，不占用總體進(jìn)度工期。

將臺架施工二臺階方法和弧形導(dǎo)坑三臺階七步法進(jìn)行比較，對比見下表：

三、施工方法

3.1、開挖順序及工藝流程

3.2、開挖施工技術(shù)要點(diǎn)

大斷面黃土隧道采用弧型導(dǎo)坑三臺階七步開挖法掘進(jìn)，施工方法為：采用人工配合挖掘機(jī)開挖，上臺階①步開挖進(jìn)尺為每循環(huán)1榀，鋼架間距為80cm，開挖高度為4～5m，累計開挖長度約為3～5m，②步核心土滯后3～5m，核心土留設(shè)距拱頂1.2～1.5m，核心土開挖時兩側(cè)留設(shè)馬口（即中臺階③、④步的位置先不要挖除，以穩(wěn)固拱腳圍巖），保證兩側(cè)拱腳有效支撐，中臺階開挖高度為3m左右，左右兩側(cè)（③④步）交錯3～5m施工，且盡量避開兩側(cè)同時開挖施工作業(yè)；下臺階⑤步滯后中臺階約10～15m，⑥步滯后⑤步3～5m，相互交錯施工作業(yè)，施工完成后立即回填，以利安全，⑦步緊跟⑤、⑥步施工，開挖完成后立即施做仰拱，每循環(huán)開挖控制在6m以內(nèi)，盡早施工完成仰拱。

3.3、施工步驟

3.3.1、上臺階開挖支護(hù)

（1）超前支護(hù)

在拱部打設(shè)φ50超前小導(dǎo)管，導(dǎo)管參數(shù)為：壁厚4mm，長度4.5m，環(huán)向間距為40cm，每四榀施打一循環(huán)，每循環(huán)33根，兩循環(huán)間有效搭接長度1.3m，外插角7度。每根鋼管梅花狀打間距為15cm注漿孔，孔徑為8～10mm，采用高壓注漿。

（2）開挖

采用三臺階七步開挖法，利用挖掘機(jī)開挖，人工配合修整，每循環(huán)開挖進(jìn)尺1榀，鋼架間距80cm，開挖后人工修邊，使圍巖超欠挖符合設(shè)計及規(guī)范要求。

（3）初期支護(hù)施工

人工修整完成后，立即初噴2～3cm厚噴射混凝土，初步穩(wěn)固圍巖，安裝鋼架，鋼架間距80cm，上臺階為三單元拼裝，避免單元間連接板在拱頂處，各單元之間采用6個M20高強(qiáng)螺栓通過連接鋼板連接。鋼架拱腳安設(shè)C20混凝土托梁，鋼架縱向采用φ22鋼筋連接，鋼筋端頭彎曲10cm以上彎成“[”型彎鉤，以便與工字鋼腹板焊接牢固，鋼架安裝合格后將超前小導(dǎo)管尾部焊接至鋼拱架上。掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)眼尺寸為20X20cm，打設(shè)系統(tǒng)早強(qiáng)砂漿錨桿，錨桿長度為3.5m，錨桿端部施做“L”型彎鉤與工字鋼滿焊，錨桿為環(huán)向間距@120cm與縱向方向交錯成梅花狀布置。在鋼架、鋼筋網(wǎng)、錨桿施做完畢經(jīng)驗收合格后立即噴射C20混凝土至設(shè)計厚度，完成上臺階的施工，形成承載拱。

3.3.2、中臺階開挖

上臺階開挖掘進(jìn)5～8m后開挖中臺階，首先開挖上臺階核心土（②步），創(chuàng)造中臺階施工條件，②步開挖時，兩側(cè)留設(shè)馬口，不得一次性全部挖除。中臺階施工時，避免兩側(cè)在同一斷面上施工，兩側(cè)（③、④步）里程錯開3米以上，一般在3～5米即可。中臺階由于是單側(cè)開挖，開挖斷面較小，每循環(huán)可一次性開挖兩榀，噴錨完成后，再施工另一側(cè)中臺階，循環(huán)往復(fù)施工，始終兩側(cè)交錯作業(yè)。

3.3.3、下臺階

⑤、⑥步滯后中臺階約8～10m開始施工，⑤、⑥步相互交錯施工作業(yè)3～5m，施工完成后立即將開挖作業(yè)坑槽回填，以利初支混凝土的收斂安全。施工具體步驟同中臺階施工。此處不再敘述。

3.3.4、仰拱開挖

⑦步緊跟下臺階施工，⑥步施工完成后，立即組織⑦步的開挖，以盡快施做仰拱，仰拱開挖進(jìn)尺不宜過長，一般4～6m，開挖完成后及時鋪設(shè)棧橋澆筑仰拱混凝土。待仰拱混凝土強(qiáng)度滿足要求后施做⑧步仰拱填充，保證仰拱至掌子面在安全距離范圍內(nèi)。為掌子面安全施工創(chuàng)造條件。

四、監(jiān)控量測及變形判定

4.1、監(jiān)控測量

每10米布設(shè)一處量測斷面，每斷面拱頂1點(diǎn)、拱腰2點(diǎn)。

周邊位移和拱頂下沉：1-15天，2次/天；15天-1月，1次/2天；1-3月，1次/7天；以后1次/月。

4.2、變形判定

變形急劇增長階段：變形速度大于5㎜/d，說明該段已進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，停止掘進(jìn)，分析變化原因，及時采取相應(yīng)措施，必要時應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

變形緩慢增長階段：變形速度5--0.2㎜/d，說明該段處于較穩(wěn)定狀態(tài)，可進(jìn)行施工。

基本穩(wěn)定狀態(tài)：變形速度小于0.2㎜/d，時，說明該段已穩(wěn)定。

五、施工注意事項

實(shí)際施工時，可根據(jù)圍巖的差異情況，對局部滑塌處可適當(dāng)加密小導(dǎo)管間距，保證拱部開挖圍巖不掉快，確保施工安全。

嚴(yán)格控制開挖長度，上臺階嚴(yán)格控制在每循環(huán)一榀，中、下臺階為兩榀，一方面保證圍巖擾動較小，另一方面減少圍巖外露時間，保證施工安全。

由于黃土隧道圍巖本身承載能力差，且受施工影響因素很大，在拱腳加設(shè)混凝土托梁，能夠保證二襯施做前圍巖的整體下沉量，以控制斷面凈空符合設(shè)計要求。

各步驟分步開挖施工形成流水作業(yè)，施工過程中切不可冒進(jìn)，大斷面土質(zhì)隧道上臺階嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，必須兩側(cè)相互前后錯開3米以上。

六、結(jié)束語

弧形導(dǎo)坑三步七臺階法擴(kuò)大了核心土支撐掌子面的面積，增強(qiáng)了掌子面圍巖的安全和穩(wěn)定，提供了一項安全、快速的施工方法，減少臺架投入及運(yùn)輸、加工、拆裝費(fèi)用，節(jié)約投資和減少人員工費(fèi)、機(jī)械、設(shè)備使用費(fèi)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會效益，適用于在黃土地區(qū)修建的大斷面鐵路、公路隧道深埋段（Ⅳ、V級圍巖）施工，對黃土地區(qū)修建的其他地下工程亦有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

1. JTG F60-2009 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范

2. TB10108-2002.鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)程

3. 丁維利 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007