軟巖隧道短臺(tái)階七步開(kāi)挖法

李 洲

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通公司，上海 200135）

1 基本原理

七步開(kāi)挖法的基本思路：根據(jù)斷面大小將隧道斷面劃分成2～3層多個(gè)部分（5個(gè)或7個(gè)）（見(jiàn)圖1），各部分間形成短臺(tái)階，開(kāi)挖時(shí)平行推進(jìn)，平行施作初期支護(hù)，仰拱超前施作及時(shí)閉合構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護(hù)體系，控制圍巖變位，永久襯砌一次成型。

2 施工要點(diǎn)

2.1 開(kāi)挖

1）Ⅴ級(jí)圍巖地段：①部采用風(fēng)鎬開(kāi)挖，其余部分按圖2所示順序采用挖掘機(jī)循環(huán)開(kāi)挖，循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～1.2m為宜。

2）Ⅲ～Ⅳ級(jí)圍巖地段：采用光面爆破或預(yù)留光爆層微震動(dòng)控制爆破技術(shù)開(kāi)挖，其中左半即①部、②部、④部先同時(shí)開(kāi)挖（如圖2（a）），然后右半（①部、③部、⑤部）同時(shí)開(kāi)挖（如圖2（b）），左右交替構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。臺(tái)階長(zhǎng)度控制在4m以?xún)?nèi)，左右兩側(cè)臺(tái)階相錯(cuò)距離為半個(gè)臺(tái)階長(zhǎng)度。

3）頂部（①部）采用挖掘機(jī)機(jī)械臂扒碴，將棄碴扒到臺(tái)階②、③上后，①部即可繼續(xù)開(kāi)挖，不影響下層臺(tái)階的出碴。下層臺(tái)階采用裝載機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械出碴。

2.2 初期支護(hù)施工

1）開(kāi)挖后盡快整理巖面，施作初期支護(hù)，其施工流程見(jiàn)圖3。

2）初期支護(hù)的鋼架應(yīng)根據(jù)臺(tái)階高度制作，方便部分開(kāi)挖后安裝及全部開(kāi)挖后聯(lián)接成整體。

3）應(yīng)加強(qiáng)圍巖變位的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)修改初期支護(hù)參數(shù)。

2.3 仰拱施工

1）在設(shè)計(jì)有混凝土仰拱地段，拱墻初期支護(hù)施工完成后，要及時(shí)左右錯(cuò)位跳挖仰拱，安裝仰拱拱架，進(jìn)行混凝土仰拱施工，使初期支護(hù)盡早閉合成環(huán)，構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護(hù)體系，并為施工運(yùn)輸創(chuàng)造良好環(huán)境，仰拱和掌子面距離應(yīng)小于50m。

2）仰拱（⑥部、⑦部）同樣采用左右錯(cuò)位交替開(kāi)挖。

2.4 混凝土襯砌

二次襯砌采用全斷面液壓鋼模襯砌臺(tái)車(chē)，泵送混凝土灌注。應(yīng)急停車(chē)帶、行車(chē)橫洞及行人橫洞采用大塊鋼模，工字鋼支撐，泵送混凝土灌注。混凝土襯砌和掌子面距離應(yīng)小于150m。

3 質(zhì)量安全控制

1）做好防排水工作。隧道進(jìn)洞前應(yīng)洞頂及洞底防排水，防止地表水及施工用水下滲。完善洞內(nèi)臨時(shí)防排水系統(tǒng)，嚴(yán)禁積水浸泡拱腳及在施工現(xiàn)場(chǎng)漫流，防止基底承載力降低。

2）施工序安排應(yīng)緊湊有序。杜絕因圍堰長(zhǎng)時(shí)間暴露造成圍堰失穩(wěn)。

3）盡量縮短臺(tái)階長(zhǎng)度。在滿(mǎn)足作業(yè)空間和臺(tái)階穩(wěn)定情況下臺(tái)階長(zhǎng)度控制核心土長(zhǎng)度在4m以?xún)?nèi)，寬度為隧道開(kāi)挖寬度的1／3～1／2。

4）合理控制開(kāi)挖長(zhǎng)度。根據(jù)圍巖地質(zhì)情況，合理確定循環(huán)進(jìn)尺，并及時(shí)初噴砼。

5）及時(shí)施作超前支護(hù)，控制好超前支護(hù)外插角。按注漿工藝加固地層，保證隧道開(kāi)挖在超前支護(hù)的保護(hù)下施工。

6）嚴(yán)禁對(duì)開(kāi)開(kāi)挖。中、下臺(tái)階左、右側(cè)開(kāi)挖應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)距離為2～3m。

7）鋼架制作及架設(shè)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼架架設(shè)在堅(jiān)實(shí)基面上，鋼架與鎖腳錨桿焊接牢固。

8）及時(shí)密實(shí)回填超挖部位。嚴(yán)禁初期支護(hù)背后空洞，初期支護(hù)背后應(yīng)進(jìn)行充填注漿，保證初期支護(hù)與圍巖密貼。

9）增強(qiáng)拱腳承載力控制變形。施工過(guò)程中可采用增加拱腳鎖腳錨桿、鋼架拱腳部位縱向連接筋，或擴(kuò)大拱腳初期支護(hù)基礎(chǔ)及增設(shè)拱腳槽鋼墊板等措施。

10）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作。根據(jù)量測(cè)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確定二次襯砌施作時(shí)間，進(jìn)行信息化施工管理。

4 工藝技術(shù)特點(diǎn)

1）施工空間大，便于大型機(jī)械作業(yè)，功效高。部分軟巖可以采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，減小了對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

2）對(duì)復(fù)雜多變的地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可以隨時(shí)調(diào)整臺(tái)階長(zhǎng)度、寬度，可以將斷面分為左、中、右三部分，也可以將臺(tái)階分為兩層。還可以取消臺(tái)階，變成全斷面開(kāi)挖。

3）適應(yīng)不同跨度和多種斷面形式。

4）爆破施工分成幾步進(jìn)行，降低了爆破強(qiáng)度，同時(shí)由于增加了臨空面，必然降低用藥量，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

5）沒(méi)有需要拆除的初期支護(hù)，投資少，安全系數(shù)高。

6）混凝土仰拱超前施作，便于初期支護(hù)及早閉合成環(huán)承載，改善了洞內(nèi)施工、運(yùn)輸環(huán)境。

7）防水層、永久襯砌全斷面一次施工，確保了襯砌的質(zhì)量。

8）無(wú)需增加特殊設(shè)備，投入少，操作性強(qiáng)。

9）根據(jù)出碴條件，每天可進(jìn)行1～1.5個(gè)循環(huán)，可將施工人員分為相應(yīng)的2～3個(gè)工班，每班負(fù)責(zé)0.5個(gè)循環(huán)，施工管理簡(jiǎn)單有效。

5 工程實(shí)例

重慶沿江高速公路新屋基隧道位于重慶市巴南區(qū)－涪陵區(qū)境內(nèi)，全長(zhǎng)6015m，為上下行分離式雙線(xiàn)公路隧道，隧道凈寬10.88m，凈高7.68m。其右幅隧道起止樁號(hào)為K23＋020～K29＋065，全長(zhǎng)6015m，最大埋深約為349m；左幅隧道起止樁號(hào)為K23＋055～K29＋55，全長(zhǎng)6000m，，最大埋深約為335m。左右幅縱坡均采用＋0.44%雙向坡，整個(gè)隧道圍巖均為Ⅲ、Ⅳ級(jí)，地質(zhì)條件差，施工難度大。隧道進(jìn)口位于巴南區(qū)，下穿運(yùn)輸繁忙茶（茶園）涪（涪陵）公路，且進(jìn)口施工場(chǎng)地狹小。隧道施工全部采用短臺(tái)階七部開(kāi)挖法，成功解決了軟巖、斷層等難題，平均月進(jìn)洞90m，右洞掌子面始終保持和左洞掌子面50m左右的錯(cuò)位，以減小兩洞之間的相互影響。

［1］王 成.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］JTGF60—2009.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］JTGD70—2004.公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］隧道和地下工程第十屆科技動(dòng)態(tài)報(bào)告文集［R］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2000.

［5］鐵道部.鐵路隧道［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1990.