雙線Ⅲ級水平砂巖層三臺階法施工技術

張 勇

(中鐵十七局集團第四工程有限公司，重慶 400000)

1 工程概況

石樓隧道位于山西省呂梁市石樓縣與隰縣境內，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大，隧道最大埋深約為252 m，最小埋深約為10 m。本隧道為單洞雙線隧道，直線段線間距為4.0 m。隧道進口里程為DK221+415，出口里程為DK234+225，全長12 810 m。其中Ⅲ級圍巖(水平成層)砂巖長度3800 m，主要位于石樓隧道2號、3號、4號斜井之間。

2 方案的產生

原設計Ⅲ級圍巖(水平成層)采用全斷面或兩臺階法施工，但Ⅲ級圍巖(水平成層)初期支護采用了130°范圍拱架，下部不設拱架(即上臺階130°范圍內設置格柵鋼架)。

如采用全斷面或兩臺階法施工容易造成初期支護拱架在施工時存在一定難度，且對于130°拱架腳容易造成懸空。針對以上情況，并結合斷面尺寸和設計參數，經過多次試驗，決定Ⅲ級圍巖(水平成層)采用三臺階法施工(見圖1)。

圖1 三臺階施工工法工序圖

3 方案的實施

針對Ⅲ級圍巖(水平成層)的巖性和設計支護參數，三臺階各臺階高度分布見圖2。

3.1 施工方法

施工時將隧道分為三個臺階進行開挖。先開挖上部臺階(開挖高度控制在拱架腳位置)，上部開挖完成后施作上部洞身結構的初期支護，即初噴4 cm厚混凝土，架立鋼架，然后鉆設系統錨桿后復噴混凝土至設計厚度。上臺階施工至3m～5 m后，開挖中部臺階，施作洞身結構的初期支護及封底，工序與上臺階相同。中臺階開挖10 m～20 m后，開挖下部臺階，及時封閉初期支護。下臺階開挖完成后及時灌注該段仰拱及隧底填充。最后利用襯砌模板臺車一次性灌注二次襯砌(拱墻襯砌一次施作)(見圖3)。

3.2 鉆爆設計

1)施工方法簡述。鉆眼采用簡易鉆眼平臺，YT-28風鉆打眼，起爆方式為非電雷管孔內微差起爆。鉆爆參數為:掏槽眼深3.7 m，其他炮眼深3.5 m，計劃循環進尺3.5 m，周邊眼采用25 mm小直徑藥卷空氣間隔裝藥，其他炮眼采用φ32 mm藥卷連續裝藥，掏槽眼孔底加強裝藥。2)爆破布眼及各臺階布眼情況。各臺階炮眼深度及數量匯總表見表1。

圖2 三臺階高度分布示意圖

圖3 工藝流程圖

4 施工方法的優點

采用本方法施工Ⅲ級圍巖(水平成層)130°拱架斷面主要有以下優點:

1)施工過程中能有效的減少對圍巖的破壞，對水平軟弱砂巖層地段控制超欠挖起到很好的作用;2)對于這種130°拱架的斷面對大拱腳起到了較好的保護，在開挖下臺階時能有效對上臺階拱架起到保護作用，對施工安全起到了至關重要的作用;3)采用本方法施工不需要施工臺架，只在上臺階施工時臨時做了一個簡易施工臺架進行鉆眼和立架，節約了來回推鉆爆臺架的時間;4)在施工過程中，經過對工序銜接的研究，采用了以下施工工序:出碴→排危→立架→鉆眼→裝藥→噴錨→放炮→出碴的工序，每道工序節約了一次拼裝臺架和打眼工序，大大的節約了時間;5)在施工過程中，對爆破參數進行了及時的調整，對水平巖層采用了一爆破一分析一調整的“三個一”方法，在控制超欠挖方面取得了較好的成績，平均線性超挖9 cm，最大超挖15 cm;6)在施工過程中，采用了上、中、下臺階同時鉆爆、同時支護、同時放炮，并且出碴采用了將上臺階的碴倒運至下臺階，上臺階立架時間下臺階出碴，每道工序相對于全斷面和兩臺階施工節約時間約1.5 h。

表1 各臺階炮眼深度及數量匯總表

5 經濟性對比

經過目前已經施工的870 mⅢ級圍巖(水平成層)地段，對照設計與目前的施工方法，初步估算節約成本如表2所示。

從表2中可以看出，采用三臺階法不但有效的保證了施工進度，同時在對照原設計施工方法時，每延米分別節約成本費866元和807元，如按照石樓隧道3800 m計算，將分別節約成本費為329萬元和306萬元。

表2 每延米經濟性對比表

6 結語

經過以上分析可以看出，采用三臺階法施工Ⅲ級圍巖(水平成層)地段，不但保證了施工進度，同時在經濟效益上也取得了較好的成績。