大斷面軟弱圍巖條件下臺階法施工的可行性分析

張維

（中鐵五局集團(tuán)第五工程有限責(zé)任公司 湖南郴州 423000）

1 工程概況

鳥龍?zhí)端淼牢挥趯さ榭h七星鎮(zhèn)，洞室凈空14.50×5.0m，左線起訖樁號ZK15+630～ZK17+040，長度達(dá)到1410m；右線起訖樁號K15+630～K17+045，長1415m；最大埋深226m，典型的長隧道；隧道左右幅都是處于R=1500m圓曲線、直線、R=2400m圓曲線上；隧道縱坡是+2.7%；隧道中設(shè)置了人行橫通道、車行橫通道，分別是2處、1處。

隧道區(qū)水文地質(zhì)條件如下：①地表水。隧道區(qū)地表水不發(fā)育，沖溝內(nèi)無常年流水，大氣降水順山坡向溝底匯集并向外排泄。②地下水。隧道區(qū)地下水為第四系孔隙水類型及基巖裂隙水類型，第四系孔隙水多賦存于第四系松散土體中，多以上層滯水形式出現(xiàn)，水量甚微；基巖裂隙水賦存于砂巖、夾頁巖、泥巖節(jié)理裂隙中，埋藏較深，水量一般不大。地下水主要由大氣降水及周圍地表水入滲補(bǔ)給，以地下徑流的方式匯集、排泄于溝谷低洼地段。③不良地質(zhì)作用及特殊巖（土）。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查顯示：隧道區(qū)見有F7斷層地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的跡象；未見有泥石流、滑坡、崩塌等不良地質(zhì)作用發(fā)育；場地較穩(wěn)定，可以建設(shè)。

2 施工方案的可行性分析

V級圍巖淺埋段會選擇雙側(cè)壁及CRD等施工技術(shù)，但這些技術(shù)的作業(yè)工序相對復(fù)雜，這就會使施工效率得不到提升，可是臺階法就不同，其已經(jīng)有了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且技術(shù)非常成熟，操作非常便捷，具備較高的靈活性，因此基于試驗(yàn)段的建設(shè)狀況，從下面幾個方面對這兩種技術(shù)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的對比，并且最終選擇了臺階法。

2.1 工程進(jìn)度可行性分析

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法開挖分部相對較多，但是建設(shè)空間相對較小，并不可以運(yùn)用占空間較大的大型機(jī)械，因此是公平效率并不高，并且各分部的建設(shè)存在極大的干擾及影響，這就給建設(shè)組織管理增加了很大的難度，通常來說，一個月智能建設(shè)30～40m。但是臺階法具備較大的建設(shè)空間，這就能運(yùn)用大型機(jī)械，并且建設(shè)方式相對簡便，這就使組織管理的工作容易開展，能實(shí)現(xiàn)平行流水施工，具備極高的施工效率，一個月能建設(shè) 50～60m。

2.2 工程質(zhì)量可行性分析

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法的工序非常繁瑣，并且存在非常多的銜接循環(huán)，因此作業(yè)過程中干擾相對較大，并且存在非常多的臨時(shí)支護(hù)，初支并不圓順，但是弧臺階法就完全不考慮這些問題。

2.3 工程安全可行性分析

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法均應(yīng)該進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的拆除工作，并且應(yīng)力要重新分布，圍巖變形的突變概率相對較高，要單獨(dú)進(jìn)行監(jiān)控，可是雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法可以很好地針對地表沉降的現(xiàn)象進(jìn)行控制。但是臺階法并不用進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的拆除工作，臺階法的施工具備較強(qiáng)的靈活性，能非常便捷地控制仰拱到掌子面之間的距離，還能針對拱頂下沉及地表沉降的問題進(jìn)行很好的控制。倘若仰拱距離＞30m，地表沉降控制的效果相較于另外兩種方法就會弱一些，可是一些項(xiàng)目中地表并不存在建筑物，地表沉降的控制就沒有嚴(yán)格的要求，因此就能運(yùn)用臺階法[1]。

2.4 工程成本可行性分析

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法均要進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的安設(shè)，并且在二襯前必須拆除，并未運(yùn)用到永久工程，浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，可是臺階法的所有建材都會運(yùn)用到永久工程，這就實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約。

3 臺階法施工技術(shù)

3.1 施工方法

Ⅴ級圍巖洞口淺埋、偏壓與全、強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖、斷層破碎帶與小凈距區(qū)域，隧道選用CRD法開挖，左右側(cè)斷面應(yīng)該交錯施工，長度10～15m；Ⅴ級圍巖洞身段選擇臺階法施工，環(huán)形施工長度0.6～0.8m，能基于具體情況，合理地加長。對于分離式隧道Ⅳ級圍巖洞身一般段，施工開挖應(yīng)先做好超前支護(hù)，隧道施工采用三臺階法開挖，環(huán)形開挖進(jìn)尺0.8～1.0m；對于Ⅳ級圍巖強(qiáng)風(fēng)化富水砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖及板巖段則采用臺階分步法開挖，環(huán)形開挖進(jìn)尺0.6～0.8m。臺階長度可根據(jù)施工實(shí)際情況適當(dāng)加長。

3.2 臺階設(shè)置

（1）上臺階。施工高度是5.16m，上口寬、核心土高分別是5m、2.96m，選擇環(huán)形施工方法，預(yù)留核心土。

（2）中臺階。施工滯后弧形導(dǎo)坑3m，施工高度是3.15m。左右側(cè)錯開2～3m，預(yù)留核心土。

（3）下臺階。施工滯后中臺階＜10m，施工高度是3.15m。左右側(cè)錯開2～3m；仰拱區(qū)段的施工最后開展。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)施工作業(yè)程序

3.3.1 上臺階環(huán)形導(dǎo)坑開挖

在拱部超前支護(hù)作業(yè)之后，沿隧道輪廓線環(huán)向進(jìn)行上部弧形導(dǎo)坑的施工，高度是5.16m，核心土預(yù)留3m，根據(jù)斷面圍巖的具體狀況，設(shè)定核心土的寬度。此外，在分析掌子面圍巖的穩(wěn)定情況與初期支護(hù)的間距，來設(shè)定開挖進(jìn)尺情況，開始施工后要在第一時(shí)間初噴3～5cm厚的混凝土，使其處于封閉狀態(tài)，還應(yīng)該架設(shè)鋼拱架。基于設(shè)計(jì)圖紙的實(shí)際要求，安設(shè)鎖腳錨桿，并且進(jìn)行混凝土的噴射施工。

3.3.2 中臺階兩側(cè)開挖

滯后上臺階3m挖掘，挖掘的高度控制在3.15m。左、右兩邊的挖掘作業(yè)錯開2m的間距。挖掘進(jìn)尺每次2～4榀鋼拱架。挖掘后即刻噴射3～5cm厚的混凝土進(jìn)行封堵，并配置鋼拱架，依照設(shè)計(jì)規(guī)程配置鎖腳錨桿。

3.3.3 下臺階兩側(cè)開挖

滯后中臺階禁止＞15m的挖掘，挖掘的高度為3.15m，左、右兩邊挖掘錯開3m。挖掘進(jìn)尺每次4～6榀鋼拱架，挖掘后即刻噴射3～5cm厚的混凝土進(jìn)行封堵。并配置鋼拱架，依照設(shè)計(jì)需求與標(biāo)準(zhǔn)配置鎖腳錨桿。

3.3.4 隧道底部開挖

切合移動棧橋的長短。使用每個循環(huán)6～8m的區(qū)段長度組織作業(yè)，使用人工結(jié)合機(jī)械開挖的形式。輔助以爆破的形式作業(yè)。人工清潔基底，實(shí)時(shí)噴射混凝土進(jìn)行對用的封閉工作。重新噴射混凝土指導(dǎo)符合標(biāo)準(zhǔn)為止，讓初期支護(hù)盡快形成環(huán)狀，便于仰拱襯砌以及回填工作的開展。

3.4 初期支護(hù)施工

鋼拱架事先根據(jù)規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)臺階分段的規(guī)程現(xiàn)場制作成型，依照掌子面圍巖地質(zhì)條件確立其進(jìn)尺的規(guī)格以及其挖掘的速率，確立每一次裝配鋼拱架的榀數(shù)。依照相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)程需求施作鎖腳錨桿，嚴(yán)格根據(jù)規(guī)程將其焊接穩(wěn)固，固定好之后立即使用濕噴技術(shù)進(jìn)行混凝土漿液的噴射工作。完成初期支護(hù)作業(yè)。

3.5 仰拱施工

借助挖掘機(jī)挖掘、人工配合清底迅速挖掘仰拱就位，裝配鋼拱架讓初期支護(hù)形成一個環(huán)狀。使用濕噴的技術(shù)工藝噴射混凝土漿液，作業(yè)結(jié)束后即刻展開仰拱混凝土的回填作業(yè)，讓仰拱以及其初期支護(hù)一同受到應(yīng)力的作用。

表1 隧道監(jiān)測項(xiàng)目表

3.6 襯砌混凝土施工

隧道防水結(jié)構(gòu)作業(yè)．選用整體式移動模板臺車展開洞體混凝土的澆筑作業(yè)，混凝土使用集中制備、罐車輸送、泵送入模，選取附著式振搗裝置以及插入式振搗裝置進(jìn)行聯(lián)合振搗，24h之后澆水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.7 施工監(jiān)測控制

3.7.1 量測項(xiàng)目

量測項(xiàng)目具體見表1[2]。

3.7.2 量測數(shù)據(jù)分析

各個量測點(diǎn)在取到最初的數(shù)據(jù)后，驗(yàn)證掌子面圍巖的切實(shí)狀況。依照位移速率以及量測截?cái)嗝婧屯诰蜃鳂I(yè)面的間距確立觀測的頻度，當(dāng)測量數(shù)據(jù)發(fā)生突變時(shí)，提升檢測的頻度。通過對多個斷面圍巖的監(jiān)測，將所測得的信息進(jìn)行歸納、總結(jié)與整合，通常條件下拱頂沉降的極限值控制在80～90mm之間，水平收斂的極限值通常控制在30～40mm的區(qū)間內(nèi)。根據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》（Q/CR9218-2015）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求，引導(dǎo)并管理作業(yè)環(huán)節(jié)中的各個階段。通過大量的作業(yè)監(jiān)測信息的離散性質(zhì)以及其回歸性研究，可以有效地反饋出作業(yè)各個環(huán)節(jié)中隧道圍巖的切實(shí)狀況。

4 結(jié)束語

綜上所述，使用這種作業(yè)形式組織作業(yè)，和CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法做對比，規(guī)避了撤除臨時(shí)支護(hù)與受力轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的各個風(fēng)險(xiǎn)因素，能實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)其關(guān)閉的時(shí)間，便于平行流水施工以及機(jī)械化施工的組織開展，有利于作業(yè)次序的轉(zhuǎn)變。不僅如此，這樣的一種作業(yè)形式對于超前支護(hù)的需求以及標(biāo)準(zhǔn)非常高，要求保證超前支護(hù)以及初期支護(hù)的作業(yè)質(zhì)量，特別是鎖腳錨桿的作業(yè)質(zhì)盤。在作業(yè)過程中依照檢測的信息研究結(jié)果進(jìn)行研究分析，不斷調(diào)節(jié)循環(huán)進(jìn)尺以及初期支護(hù)的數(shù)據(jù)，強(qiáng)化對于作業(yè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控，簡短其整個步驟所耗費(fèi)的時(shí)間，更好的控制管理隧道圍巖的轉(zhuǎn)變，取得了極佳的收益與成果。