隧道兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法研究

肖華 程明前

1. 中鐵一局集團第五工程有限公司 陜西 寶雞 721000；

2. 中交天和機械設備制造有限公司 江蘇 常熟 215500

1 工程概括

鄭萬高鐵湖北段ZWZQ-8標位于湖北省境內，正線全長36.002km，主要工程為四隧（特長隧道2座，即新華隧道18770m、興山隧道全長10085m）三橋一車站。隧道工程總長34.035km，占標段總長的94.5%。本線隧道工程大力推行機械化作業，ZWZQ-8標4座隧道目前已配置10臺全電腦三臂鑿巖臺車。根據設計圖紙要求，Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖，開挖高度約5米，臺階長度3～5米，無法滿足機械化作業配置的機械空間需求。

1.1 施工工法概況

隧道兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法是 在傳統的兩臺階法開挖工法基礎上進行了衍化，即將上臺階開挖高度加大至7米，下臺階與仰拱一次開挖。

1.2 主要引用依據

①《鄭州至萬州鐵路湖北段指導性施組》；②《鐵路隧道工程施工技術指南》；③《高速鐵路隧道工程施工技術規程》。

2 工藝工法特點

本工法使隧道掌子面有足夠的作業空間和較快的施工速度，能較早地使支護閉合，有利于開挖面的穩定和控制其結構變形及由此引起的地面沉降。

缺點是上下部作業有互相干擾，下部作業時對上部穩定性有一定影響，下臺階開挖會對圍巖進行擾動。

3 適用范圍

本工法主要適用于加強型機械化配置隧道作業面掌子面圍巖穩定性較好及以上的地段（含采取超前支護措施后穩定的開挖工作面），一般用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段。

4 工藝原理

隧道洞身采用鉆爆法施工時，隧道兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法就是將隧道結構斷面分成兩個部分，按上下斷面兩個工作面分步開挖，利用初期支護和巖體自身的承載能力達到穩定。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

主要工藝流程說明：①縱向分上下臺階開挖，確保掌子面圍巖穩定；②下臺階與仰拱同時開挖；③利用鑿巖臺車上下斷面同時打眼、同時爆破；④在下部出碴的同時，快速施做上半斷面的初期支護，封閉圍巖；⑤嚴控上下臺階長度，實現初期支護快速閉合成環。

5.2 操作要點

（1）光面爆破參數通過試驗確定，根據現場爆破效果不斷進行調整，嚴格控制超欠挖。

（2）施工中及時進行監控量測，如實分析數據信息，判斷圍巖穩定情況，從而調整圍巖支護參數，確定二次襯砌的最佳施做時間，正確指導后續工程施工。

（3）臺階長度、高度應根據現場圍巖條件和施工機械所需空間綜合確定。

6 勞動力組織

本工藝要求24小時連續作業，因此需兩班倒或三班倒，每班根據鑿巖臺車數量確定，一般一臺鑿巖臺車配置3人，現場配置1個安全員。7 機具設備

以洞身開挖及初期支護為例，單工作面需要的主要機具設備如下：全電腦三臂鑿巖臺車2臺、裝載機1臺、挖掘機1臺、濕噴機械手1臺、拱架安裝機1臺、注漿機1臺。

8 質量控制

（1）隧道開挖初期支護應及時施作并封閉成環。

（2）加強型機械配置工作面隧道洞身開挖循環進尺，Ⅲ級圍巖控制在3.0～4.0m，Ⅳ級圍巖控制在2.0～3.0m，最終根據試驗段總結參數確定。

8.1 施工中易出現的質量問題

爆破施工易出現超欠挖。

8.2 質量措施

通過不斷地對鉆爆設計優化，達到控制超欠挖的目的，過程中加強管控。

（1） 質量控制。①檢查炮眼的深度和斜率。②檢查炮眼的間距。③檢查裝藥量。

（2）質量檢驗。根據隧道的開挖斷面尺寸，眼孔位置按爆破設計位置開孔，位置偏離不得大于5cm。周邊眼孔距不得大于40cm，外插角度不大于1～3°。

9 安全措施

（1）在設計施工前應摸清被爆介質的情況，詳盡掌握有關資料，優化爆破參數，慎重選擇炮位，精心施工。

（2）所有鉆爆作業人員必須佩戴安全帽，腳穿防滑絕緣鞋，持證上崗。

（3）在爆破前30分鐘必須設立安全警戒，距離不得小于200m，并吹口哨鳴叫，通知所有的機械、人員撤到安全警戒范圍之外。

（4）待炮響經通風后，由現場爆破員入場查看有無盲炮。確認無盲炮后，其他人員方可入內。如有盲炮，必須把處理方法上報有關部門，得到批準后，方可進行。

10 效益分析

根據施工總結，隧道兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法比傳統的臺階法施工明顯提高了施工進度，大大提供了機械的施工功效，具有明顯的經濟效益。

11 應用實例

鄭萬高鐵湖北段ZWZQ-8標楚烽隧道2#橫洞正洞目前正在采用隧道兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法施工。

11.1 工程簡介

楚烽隧道為雙線單洞隧道，全長8708m，最大埋深424m。楚烽隧道2#橫洞與正洞相交，位于線路前進方向左側，2#橫洞全長390m。

目前楚烽隧道2#橫洞已完成施工，該工作面為加強型機械化配置，正洞施工正在采用隧道兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法施工。

11.2 施工情況

楚烽隧道2#橫洞為加強型機械化配置，正洞已完成洞身開挖施工210米，目前正洞掌子面為Ⅲ級圍巖，采用隧道兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法施工。

11.3 工程效果評價

自楚烽隧道2#橫洞正洞2017年10月采用兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法施工至今，Ⅳ級圍巖開挖支護日進尺為3米，Ⅲ級圍巖開挖支護日進尺為3.8米，較傳統臺階法施工進度明顯提升。

12 結束語

兩臺階施工下部帶仰拱一次性開挖工法既確保了圍巖穩定，又最大限度地減少了施工工序，減少了下部開挖對圍巖的擾動次數，同時又能充分發揮鑿巖臺車的快速鉆孔優勢，因此將極大地提高施工功效，提高隧道的掘進速度。