簡析黃土隧道大三臺(tái)階施工工法應(yīng)用

王 俊(中鐵二十一局集團(tuán)第二工程有限公司 甘肅蘭州 730000)

簡析黃土隧道大三臺(tái)階施工工法應(yīng)用

王 俊
(中鐵二十一局集團(tuán)第二工程有限公司 甘肅蘭州 730000)

隧道施工是當(dāng)前鐵路建設(shè)主要施工類別，合理科學(xué)的施工工法既能保證質(zhì)量安全，又能使作業(yè)人員和設(shè)備達(dá)到最佳配置，形成流水作業(yè)，有效提高施工進(jìn)度。

黃土隧道；開挖；施工

1、工程概況

小南塬隧道進(jìn)口里程DK405+669.8，出口里程DK412+737，隧道全長7067.2m，為單洞雙線隧道。隧道最大埋深約為 218.62m，最小埋深約為 17.54m，隧道地表植被較發(fā)育。小南塬隧道隧址區(qū)屬陜北黃土高原東南部，為黃土殘塬地貌，上部覆蓋厚層黃土，由于受到強(qiáng)烈侵蝕作用，黃土塬已破損不堪，零星分布，地表溝壑縱橫，植被稀疏。地勢(shì)總體自東向西傾斜。海拔 900～1200m之間，一般高差50～300m。大部分地區(qū)覆蓋厚層黃土，未見基巖裸露。

2、大三臺(tái)階工法

小南塬隧道Ⅳ圍巖地質(zhì)主要是黏質(zhì)老黃土，堅(jiān)硬～硬塑,呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)，開挖方法采取大三臺(tái)階法開挖，即上臺(tái)階每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于2榀鋼筋格柵間距（2.0m），中臺(tái)階開挖每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于 2榀鋼筋格柵間距（2.0m），下臺(tái)階和仰拱開挖支護(hù)作業(yè)同步進(jìn)行，每循環(huán)不大于2榀鋼筋格柵（2.0m），初支拱架與下臺(tái)階拱架連接牢固。施工中按照把控“三超前、四到位、一強(qiáng)化”關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保隧道施工安全。如圖1所示：

圖1.大三臺(tái)階法工序縱斷面

圖2.大三臺(tái)階法工序橫斷面

3、主要的施工工序

3.1 開挖

開挖按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則，確保開挖施工安全。如圖2：

（1）下個(gè)循環(huán)拱部超前支護(hù)利用上個(gè)循環(huán)架立的鋼筋格柵施作，與前一段超前支護(hù)搭接1.m。

（2）開挖上臺(tái)階①位置。開挖高度一般為4.0m～4.5m，利用挖掘機(jī)、裝載機(jī)挖裝，自卸車外運(yùn)，開挖前測(cè)量放樣，預(yù)留10～20cm人工進(jìn)行修整，保證超欠挖控制。

（3）開挖中臺(tái)階②位置。開挖高度一般為3.5m，先開挖一側(cè)架立鋼架后，再開挖另一側(cè)架立鋼架，然后同步進(jìn)行噴砼支護(hù)。

（4）開挖下臺(tái)階和仰拱③位置，每次開挖不大于2榀鋼筋格柵拱架。

3.2 初期支護(hù)

（1）拱架采用采用H150型格柵鋼架，格柵高度為150mm，鋼架間距1.0m。格柵鋼架各單元由主筋（8字結(jié)）、箍筋組成，單元之間采用接頭連接，兩榀鋼架之間設(shè)置縱向連接鋼筋。格柵鋼架主筋采用φ22鋼筋，8字結(jié)采用φ14,箍筋采用φ8鋼筋，鋼架各部件之間連接采用二氧化碳保護(hù)焊焊接，箍筋與主筋連接采用點(diǎn)，其余連接均采用雙面?zhèn)群浮８駯配摷芘涮?字結(jié)每件由2個(gè)構(gòu)件組成，單個(gè)8字結(jié)構(gòu)件應(yīng)由單根完整的鋼筋冷彎形成，要求尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順。8字結(jié)單肢中部核心應(yīng)密貼。

（2）鋼筋網(wǎng)片采用 MHW220型數(shù)控鋼筋網(wǎng)排焊機(jī)提前在鋼構(gòu)件加工廠集中加工，網(wǎng)片加工及安裝時(shí)應(yīng)注意除銹、去油污、確保鋼筋質(zhì)量滿足要求。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)隨受噴面的起伏鋪設(shè)，與受噴面保持一定距離，并與拱架接頭處采用點(diǎn)焊方式焊接牢固。

（3）鎖腳錨管采用φ42鋼管熱軋無縫鋼管，壁厚5mm，長度4.0m，每個(gè)結(jié)節(jié)點(diǎn)2根，錨管按照45。向下傾斜，拱部可適當(dāng)調(diào)整傾斜角度，但不得小于15。，嚴(yán)禁水平鉆設(shè)，鎖腳錨管與格柵鋼架通過L筋焊接成整體。

（4）噴射作業(yè)使用TKJ-20混凝土噴射機(jī)組完成，噴射混凝土施工分初噴和復(fù)噴兩次進(jìn)行，初噴在開挖完成后立即進(jìn)行，以盡早封閉掌子面，防止表層風(fēng)化剝落。復(fù)噴混凝土在鋼架、網(wǎng)片、鎖腳錨管施工結(jié)束后進(jìn)行，形成聯(lián)合支護(hù)體系，以抑制圍巖變形。噴射混凝土應(yīng)分片自下往上噴射，盡量使噴嘴與受噴面垂直，距離在1.5m～2.0m范圍內(nèi)（與風(fēng)壓呈反比），運(yùn)行軌跡為螺旋狀，使噴層厚度均勻、平整、密實(shí)。

3.3 隧道仰拱和填充混凝土的施工

仰拱和填筑混凝土采用 CI-YG-2550型履帶式棧橋聯(lián)合仰拱臺(tái)車，每次施作長度為24m。

（1）長距離仰拱棧橋應(yīng)用可以提升施工質(zhì)量，有效減少仰拱之間施工縫隙對(duì)接次數(shù)，提高仰拱的整體性，對(duì)改善隧道質(zhì)量通病、提高仰拱施工質(zhì)量具有極大的效果。

（2）可以 改善施工環(huán)境，在滿足各種運(yùn)輸車輛正常通行的前提下，可實(shí)現(xiàn)掌子面開挖與仰拱施作同步進(jìn)行，且能滿足不同的工況需要，可實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)就位，施工空間高，有效改善施工作業(yè)環(huán)境。

（3）便于施工檢查，由于二襯仰拱施工每個(gè)循環(huán)周期較長，約 5～6天。其中初支仰拱底部清理檢查暴露時(shí)間至少3天，不能在短時(shí)間內(nèi)完成隱蔽，有利于仰拱施工質(zhì)量的檢查。

4、主要的設(shè)備機(jī)械配置（見表1、表2）

表1.主要加工設(shè)備

表2.主要施工機(jī)械

5、大三臺(tái)階法施工要點(diǎn)

（1）做好上、中、下臺(tái)階開挖高度和長度的控制，以及仰拱開挖深度的控制，確保施工期間機(jī)械濕噴手操作空間不受影響。

（2）為保證初支仰拱安設(shè)安全，開挖后及時(shí)架設(shè)仰拱初支拱架，下臺(tái)階及拱架支護(hù)作業(yè)同步進(jìn)行，一次施工不大于2榀拱架，初支拱架與下臺(tái)階拱架連接牢固。

（3）遵守“先仰拱后下臺(tái)階”的噴射混凝土順序，并采用機(jī)械濕噴手進(jìn)行噴射混凝土，作業(yè)完成后，及時(shí)回填仰拱，然后進(jìn)行上臺(tái)階混凝土噴射作業(yè)。

6、監(jiān)控量測(cè)工作小南塬隧道實(shí)際情況，開展經(jīng)濟(jì)合理、實(shí)用有效的監(jiān)控量測(cè)（以下簡稱“監(jiān)測(cè)”）工作，了解和掌握隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況，保障施工安全，為調(diào)整施工方法，指導(dǎo)二襯施作時(shí)機(jī)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供參考。

（1）測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)按施工方法區(qū)分，三臺(tái)階按圖3所示進(jìn)行布置。

（2）拱頂下沉和水平收斂測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上。拱頂下沉測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在拱頂軸線附近，數(shù)值采用絕對(duì)高程，周期性復(fù)核后視點(diǎn)，保證其數(shù)據(jù)可靠性。

（3）初支應(yīng)與圍巖密貼，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在鋼架、格柵等初期支護(hù)上。采用直徑不小于20mm的螺紋鋼，尾端（隧道洞內(nèi)方向）進(jìn)行45°斜切形成斜切面或者端部焊接鋼板，斜切面處或鋼板上面粘貼測(cè)量專用反射膜片（不小于 1cm×1cm）。測(cè)點(diǎn)布設(shè)以后，在測(cè)點(diǎn)位置用紅色油漆做醒目標(biāo)識(shí)，每個(gè)斷面左右側(cè)各布設(shè)1個(gè)標(biāo)示牌，及時(shí)記錄展示相關(guān)信息，監(jiān)測(cè)點(diǎn)上嚴(yán)禁懸掛物品。

（4）初始讀數(shù)應(yīng)在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)12h內(nèi)讀取。采用全站儀配合反射膜片進(jìn)行檢測(cè)，如表3。

表3.黃土地段變形總量管理等級(jí)

圖3.監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖

結(jié)論與建議：

大三臺(tái)階法在小南塬隧道的運(yùn)用，將仰拱初支納入臺(tái)階法施工工序，減少仰拱單獨(dú)開挖工序，縮短仰拱施工循環(huán)時(shí)間，成環(huán)時(shí)間不超過12小時(shí)；合理對(duì)作業(yè)人員和設(shè)備進(jìn)行配置，形成流水作業(yè)，達(dá)到最佳工序銜接，有效提高施工進(jìn)度；仰拱與下臺(tái)階一次爆破成型，減少爆破圍巖的二次擾動(dòng)，有效控制周邊收斂和拱頂沉降，杜絕安全事故的發(fā)生。

TU75

B

1007-6344（2016）06-0228-02

王俊（1979.01—），甘肅蘭州人，男，本科學(xué)歷，華北水利水電學(xué)院，水利水電工程專業(yè)，主要從事工程安全質(zhì)量管理工作。