單線軟弱圍巖隧道快速施工方法

左 娜 （中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 引言

近年來隨著基建項目建設的提速，鐵路項目越來越多，隧道工程隨之大幅度增加，施工中受各種因素影響導致初支變形、侵限現象也越發嚴重，已經成為困擾隧道施工的重大難題之一。其中工序循環時間長，初期支護全斷面封閉成環慢，是隧道變形的重要原因之一。

麗香鐵路白巖子隧道位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉市虎跳峽鎮境內，線路基本呈南北走向，起訖里程為D1K61+600～D1K65+683， 全 長4083m，最大埋深680m，最大坡度28.2‰。本隧道為單線隧道，正洞開挖面積54.58m2，隧道洞身穿越的巖層主要為薄層狀炭質板巖、炭質千枚巖，褶皺、裂隙發育，產狀紊亂，在空氣及地下水的作用下極易軟化，屬于軟弱圍巖。由于隧道埋深大，地應力高，隧道圍巖單軸抗壓強度小，施工過程中易發生軟巖大變形。現場除采取優化斷面結構形式、加強初期支護強度、采用自進式長錨桿等措施外，還通過明確施工原則、嚴格工法管理、理順施工流程、加強施工管理以及嚴格的績效考核與激勵措施，實現隧道初期支護全斷面快速封閉成環，控制隧道變形，并保證了隧道施工安全快速。

2 主要施工方法

2.1 施工原則

單線隧道快速施工應按照空間占滿、各工序零（負）搭接、盡可能多的平行作業原則，實現初期支護快速封閉成環、提高施工進度的目標。

2.2 工法管理

2.2.1 工法的選擇

開挖工法的選擇是隧道工程施工中的一項重要工作，直接關系到隧道工程施工的安全、質量、成本和進度。由于單線隧道開挖斷面小，可供選擇的工法少，主要有全斷面法、（微）臺階法和臺階+臨時仰拱法。

相較于全斷面法和臺階+臨時仰拱法，（微）臺階法一次開挖面積小，有利于掌子面的穩定，可確保施工安全，且無需要拆除的臨時支護；同時由于臺階的存在增加了工作面，可實現上、下臺階平行作業，縮短循環時間，提高施工效率，可實現隧道快速開挖、快速支護、快速封閉成環。故優先選擇（微）臺階法。

2.2.2 參數的確定

采用臺階法施工，應根據現場實際揭示圍巖情況、爆破效果、機械設備配置情況以及滿足人員操作等因素，確定臺階的高度、長度以及循環開挖進尺。

①確定臺階高度

臺階高度應保證圍巖的穩定。在相同地質與施工條件下，臺階高度越高、臨空面越大，掌子面穩定性越差，開挖后圍巖變形越明顯，嚴重的甚至造成開挖處坍塌；如臺階高度過小，臨空面不足，則容易造成爆破效果差、開挖進尺不足，同時會增加下臺階高度，無法保證下臺階施工時的穩定性和安全性。

臺階高度應滿足人員作業操作空間。臺階高度應留有足夠的操作空間，保證人員可直接或通過施工臺架進行鉆孔、超前小導管和立架等工序作業，同時臺階高度與臺架大小、重量應相互適應，以方便利用現場既有設備（裝載機或挖掘機）移運臺架。

臺階高度應滿足挖機扒碴以及掌子面排險要求。單線隧道施工作業空間小，爆破后需將上臺階棄碴收攏到下臺階統一出碴，同時對掌子面進行排險，上臺階高度應同時滿足挖機扒碴和掌子面排險要求。

綜上所述，在保證掌子面穩定、滿足人員和機械作業的情況下，臺階高度宜控制在5.0m左右較為合適。

②確定臺階長度

臺階長度應保證圍巖的穩定。臺階的長度直接關系到掌子面的穩定性，如長度過短，臺階法類似于全斷面法，下臺階土壓力過小，掌子面有失穩的可能，無法保證人員作業的安全性；如臺階長度過長，則初期支護全斷面封閉時間長，圍巖收斂變形大。

臺階長度應與機械設備相適應。臺階的長度應保證挖機可完成上臺階扒碴、掌子面排險的要求。

綜上所述，在保證掌子面穩定、施工人員安全、滿足機械設備施工的情況下，臺階長度宜控制在4.5m左右較為合適。

③確定循環開挖進尺

循環開挖進尺直接關系到開挖面的穩定性和進度情況，在圍巖自穩性滿足要求的前提下，上、下臺階每循環進尺2榀鋼架間距；當圍巖穩定性較差時，每循環進尺可縮短為1榀鋼架間距。

2.3 施工流程

見圖1。

圖1 施工流程

2.4 加強施工管理

2.4.1 明確施工組織

現場施工采取總帶班負責制，統一負責隧道內施工組織。待確定施工方案后，應對總帶班人員和各班組帶班人員進行詳細交底，明確施工原則、施工工法和施工流程，使快速施工理念深入人心，除特殊情況外，不得隨意改變施工組織。

2.4.2 加快工序循環

單線軟弱圍巖隧道施工重點是通過工序管理，增加施工循環。首先應做好工序銜接。隧道內帶班人員應把握好時間，提前做好下一工序人員、材料準備，兩道工序間無縫銜接，避免現場出現“活等人”，并減少“人等活”；其次配足施工人員。由于循環時間加快，人員休息時間相對縮短，現場按實際工作需要人數的1.2～1.5倍配置，每循環對部分人員進行輪休，以保證作業人員有充足體力；第三配足機械設備。白巖子隧道進口工區緊鄰長坪隧道斜井工區，兩工區按實際需要配備機械設備，并互為緊急情況下的設備支援方，在滿足施工要求的情況下，盡量控制成本。第四固定工序時間。在施工過程中總結經驗教訓，減少各種不利因素干擾施工，盡量做到各工序時間固定，這樣既可保證施工進度又可相對固定作業人員工作和休息時間，形成良性循環。

2.4.3 洞內交通運輸

隧道常用機械尺寸（單位：m） 表1

隧道洞室設計統計表（單位：m） 表2

單線隧道空間狹小，二襯施工完成后內軌頂面寬度為僅4.54m，車輛無法錯車，也無法掉頭，為解決車輛錯車和掉頭的問題，可利用隧道設計的避車洞解決此問題。隧道常用機械尺寸和設計避車洞設計統計詳見表1和表2。

由表1和表2可知，大避車洞尺寸無法滿足隧道常用機械設備錯車或掉頭，施工過程中采取以下措施：

①大避車洞尺寸擴大為6.5m×4.5m×10.0m（寬×高×深），以滿足機械錯車或掉頭的要求；

②每2個大避車洞間設有6個小避車洞，將第三個或第四個避車洞擴挖為大避車洞，尺寸也為6.5m×4.5m×10.0m（寬×高×深）；

③大避車洞中線與隧道中線夾角為45°，為方便不同方向車輛掉頭，將大避車洞調整為與隧道中線垂直。

2.5 設計方案優化

2.5.1 棄碴場優化

白巖子隧道設計棄碴場為沖江河一號碴場，運距9km，運輸距離長且需要經過G214國道。麗香鐵路地處香格里拉市境內，每年6～9月份為季節性雨季，施工便道塌方時有發生，同時6～9月份也是旅游旺季，G214國道作為目前進藏唯一陸路通道，交通壓力大，極易發生堵車，不僅耽誤現場出碴，而且便道塌方、施工與旅游車輛交叉行駛，也存在諸多不安全因素。經過現場實地踏勘，距離隧道進口約2km處的海巴洛沖溝邊地勢較為平緩，容碴量較大，經過與當地政府部門、水保監理、環保監理和參建各方溝通，將棄碴場位置調整到海巴洛沖溝邊，避免了因施工便道塌方或國道堵車而耽誤現場施工，同時也保證了施工安全。

2.6 獎勵激勵措施

積極合理的激勵措施可充分調動現場管理人員和作業人員的積極性、主動性，使所有參建人員處于更好的工作狀態，保持應有的工作激情。

2.6.1 明確考核辦法

白巖子隧道地質情況一致性高，僅有隧道滲水的微小變化，月度施工水平相對穩定，因此，施工過程中采取月度形象進度考核的辦法。月度考核周期為上月26日至本月25日，月進度指標按“快速施工模式”下施工能力以及工期要求統一考慮確定。

考核獎勵由基本任務獎金與超額任務獎金相結合確定。完全月度施工計劃獎勵基本獎金，每超額完成一米，按一定數額獎勵，上不封頂。同時，月度考核與現場安全布局、質量管理等掛鉤考核，避免只重視施工進度而忽略安全質量問題。

2.6.2 考核獎金分配和宣傳

月度考核完成后，由各作業隊伍按施工貢獻大小分配獎金，并造表報項目部財務部門，獎金直接發放到每位作業人員。同時將獎勵文件、獎勵金額分配表以及相關影像資料等張貼于全標段各工區食堂、浴室等公共區域，加強宣傳，在標段內形成“人人講生產、人人講大干”的良好氛圍。

3 結論及建議

單線隧道通過明確施工原則、嚴格工法管理、理順施工流程、加強施工管理、適當的設計方案優化并輔以適當的獎勵激勵措施，實現隧道快速施工。施工過程中雖然因為增加施工人員、避車洞擴大和相關的激勵措施造成成本增加，但此方法不僅可防止初期支護侵入限界，是控制軟弱圍巖變形的有效手段之一，更能有效地加快施工進度，保證項目工期并創造較好的經濟效益。

上、下臺階與仰拱同步支護后，由于仰拱暫時無法施工，需將仰拱基坑進行洞渣回填。后期出渣過程中，為避免挖機破壞已施工完成的仰拱初支，建議采用15mm厚鋼板按1:1尺寸制作平頭挖機斗，仰拱基坑出碴剩余30cm時，采用此挖機斗配合人工清理，避免已施工的仰拱初支被破壞。