三臺階七步流水作業法在野馬梁隧道中的應用

王彥春

(山西交通科學研究院監理公司，山西太原 030006)

0 引言

靈河高速公路原平至神池段是山西省“三縱十一橫十一環”公路規劃網的重要組成部分，其中長5 512 m的野馬梁隧道是本項目的最主要控制性工程，該隧道為雙向四車道，單洞Ⅴ級圍巖段開挖凈寬12．3 m，凈高10 m，隧址位于原平市雷家峪口至石墻村一帶，根據設計地質說明，隧道區發育有6條斷層，且圍巖多由分化砂巖、頁巖及泥巖組成，巖體節理裂隙較發育，圍巖完整性總體較差，對于進口和跨越沖溝地段，巖體自穩性能更差，這給隧道開挖和初期支護施工造成很大不利。鑒于上述情況，為確保施工安全，同時盡可能創造條件抵消隧道施工空間有限而導致施工循環間隔時間過長的弊端，以便加快施工進度。在原臺階法施工的基礎上發展形成的三臺階七步流水作業法，在該隧道Ⅴ級和Ⅴ級淺埋圍巖段廣泛使用，取得了良好效果，具體如下。

1 施工原理

所謂三臺階七步流水作業法即是指洞身開挖采用臺階法預留核心土開挖施工，在隧道開挖過程中，在三個臺階上分七個開挖面，以前后七個不同的位置相互錯位同時平行開挖，分部平行施作拱墻初期支護，盡最大可能縮短作業循環時間，逐步向縱深推進，超前支護及仰拱及時閉合成環，形成穩固的初期支護體系，保護圍巖的天然承載力，有效抑制圍巖變位，經量測監控信息化反饋指導施工，及時調整支護參數和混凝土襯砌施工時間。在斷層帶、破碎帶等自穩性較差地層和富水地層中，則采用小導管預注漿固結止水等輔助施工措施。

2 施工工序流程

三臺階七步流水作業法施工工藝流程見圖1。

圖1 三臺階七步流水作業法施工工序示意圖

第一步是上臺階施工，拱部打設超前支護后，預留核心土短臺階弧形開挖上導臺階。核心土頂部距拱頂1．6 m～1．8 m，兩側距邊墻3 m，核心土頂部留有3 m～5 m長的平臺。縱向進尺應根據地質情況具體掌握，一般不得大于2榀拱架間距，開挖修整至設計輪廓后立即初噴3 cm～5 cm混凝土，及時鋪設鋼筋網、架設鋼拱架，拱腳以上0．5 m處緊貼拱架兩側打設鎖腳錨桿，并采用U形鋼筋牢固焊接在鋼拱架上，再打設系統錨桿并噴射混凝土至設計要求。第二、三步是中臺階施工，在完成上導支護后，分段開挖左右側中導，應先開挖邊墻一側，再開挖邊墻的另一側，并注意錯開2 m～3 m的距離，避免上臺階的初期支護在同一位置懸空。每側每次開挖長度為1榀～2榀鋼架間距，最長不得大于3榀鋼架間距，然后同上臺階一樣依次打設鎖腳錨桿、系統錨桿、噴射混凝土。第四、五步是下臺階施工，同第二、三步中臺階施工流程完全一樣。第六步是開挖中間上、中、下臺階預留的核心土，其開挖進尺根據圍巖情況具體確定。第七步是仰拱施工，注意開挖進尺控制在4 m～6 m之內，并組織好各班組間的銜接，使開挖、初支、二襯、仰拱及填充步步緊跟，及早封閉成環。

3 控制要點

1)根據隧道的水文地質條件，嚴格按設計要求做好超前支護，控制好超前支護外插角，并按注漿工藝加固地層，防止圍巖松弛，保證開挖在超前支護的保護下進行，確保施工安全。

2)留足作業空間和保證臺階穩定的前提下，應盡量縮短臺階長度，核心土長度應控制在3 m～5 m內，寬度為隧道開挖寬度的1/3～1/2。

3)施工過程中加強變形監控量測，及時掌握圍巖和支護的變形情況，指導和調整支護參數及預留變形量，確保施工安全。

4)鋼拱架必須架設在堅實的基面上，必要時可在底部臨時加墊槽鋼或混凝土預制塊，嚴禁拱腳懸空或用虛土回填。最關鍵的是采用擴大鎖腳錨桿與拱架焊接牢靠，同時加強鋼拱架間的縱橫向連接，使鋼拱架互相形成整體并與圍巖共同受力，防止拱頂下沉變形。

5)做好施工組織部署，工序安排銜接緊湊，每次開挖后立即初噴3 cm～5 cm混凝土封閉圍巖，盡量減少圍巖暴露時間，防止圍巖失穩。

6)根據圍巖地質情況嚴格控制開挖長度，合理確定循環進尺，上、下臺階開挖必須左右兩側錯位，嚴禁對齊開挖而使鋼架底部懸空。

7)超挖部位必須回填密實，嚴禁初期支護背后存在空洞，必要時應進行充填或注漿，保證初期支護與圍巖密貼。

8)洞內臨時排水應通暢，嚴禁積水浸泡拱腳或現場漫流，防止基底承載力下降。當地層滲流水較大時，在上臺階開挖工作面附近開挖橫向水溝，將水引至隧道兩側排水溝排出洞外，反坡施工時，設置集水坑將水集中抽排。

9)及時施作仰拱和二次襯砌，在滿足施工操作空間的前提下，盡最大可能縮短開挖面至仰拱和二襯之間的距離，按山西省強制性規定要求，仰拱距開挖面不得大于30 m，二襯距開挖面不得大于100 m。

4 優勢分析

三臺階七步流水作業法是針對于Ⅴ級和Ⅴ級淺埋圍巖段，其對應的傳統施工工藝應為中隔壁法或雙側壁導坑法，相比較而言既簡化了施工工序節約成本，又擴大了施工空間，還可以引入大型施工機械并且多作業面平行作業，效率自然提高，優勢自明，而且當圍巖由Ⅴ級變到Ⅳ級或Ⅲ級時，開挖由三臺階變兩臺階或全斷面非常便利，即使同屬Ⅴ級圍巖，也可根據圍巖的具體情況隨時調整臺階長度和進尺，靈活度高，適應性強，進度穩定，工期保證性強。另外與側壁導坑法相比沒有需拆除的臨時施工支護，初支斷面圓順，無應力集中點，也避免了因拆除臨時支護時突然卸載而危及安全。

通過在野馬梁隧道采用“三臺階七步開挖法”進行試驗段施工，根據實地取得大量量測數據分析，該施工方法能在確保施工安全的基礎上實現快速掘進，使野馬梁隧道復雜淺埋地段施工變得有序可控，相信對于其他地質復雜的大斷面軟巖隧道也具有參考價值。

［1］ 靈河高速公路(原神段)施工圖設計［Z］．

［2］ 鐵路隧道臺階七步開挖法施工作業指南［Z］．