黃土隧道快速施工組織設計

陳明濤

（中鐵二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

黃土隧道快速施工組織設計

陳明濤

（中鐵二局第四工程有限公司，四川 成都 610300）

文章以吳家岔隧道出口為例，闡述三臺階七步法在黃土隧道的應用，主要包括施工概況、地質情況、開挖工法的選擇、人員、設備的配置、安全步距的控制要點等。

黃土隧道；快速施工；步距

1 施工概況

吳家岔隧道地處黃土高原的隴中地區，工程位于甘肅省蘭州市榆中縣境內，隧道溝谷深切多呈“V”字型，南北向溝谷深切強烈，山坡上為風積土覆蓋，少數深切溝基巖出露。隧道最大埋深245m。該隧道地層條件相對較單一，按時代由新到老分別為第四系和上第三系。地表主要為第四系上更新統砂質黃土，厚度10～40cm，土質均一，土體較疏松，垂直節理發育。具有IV級自重濕陷性。隧道內主要以泥巖為主。

2 開挖工法的選擇

黃土隧道地質條件較差，施工斷面大，確立施工方案必須遵循以下原則：重地質、管超前、短進尺、強支護、快封閉、早成環的原則。針對當前黃土隧道的開挖工法，常用的開挖工法主要有以下幾種：中隔壁法（CD法），交叉中隔壁法（CRD法）、雙側壁導坑法、三臺階七步法等。三臺階七步法在隧道開挖過程中分上、中、下臺階及仰拱4部分，前后左右7個開挖作業面相互錯開并同時開挖，同時支護形成支護整體。縮短開挖作業時間，逐步縱深掘進。拱部采用環形開挖預留核心土，利用核心土對掌子面施壓，增強了掌子面的穩定性。中臺階和下臺階也是先開挖兩側，保持中部土體不懂，再一次保證了掌子面的穩定性。綜上所述，吳家岔隧道出口開挖宜采用三臺階七步法施工。

3 人員、機械設備的配置

3.1 人員的配置

不同圍巖等級人員配置具體見表1。

表1 人員配置表

3.2 隧道施工機械配置

PC300挖掘機1臺、裝載機1臺、出渣車5臺、噴漿機4臺（1臺備用）、注漿機1臺、襯砌臺車1臺、鋼筋彎曲機1臺，電焊機2臺、罐車2臺。

4 具體做法

4.1 合理安排工序銜接、縮短循環作業時間

（1）項目經理、總工程師等主要管理人員，對設計圖紙進行了充分的查看和理解，掌握了施工內容，對各工序的施工計劃進行了仔細合理的安排，超前意識強，每道工序交叉、銜接等可能出現的問題均作了考慮，確保了施工工序的連貫性。

（2）上臺階立拱架與中下臺階開挖同步進行。吳家岔隧道出口采用三臺階七步法施工，在上臺階開挖時，將加工好的拱架準備到位，上臺階將土翻至下臺階，然后進行中下臺階的開挖。于此同時，對上臺階由人工進行清輪廓，然后立架。確保了上、中、下臺階施工同步進行，互不干擾。大大的提高了施工效率。經過統計：上臺階開挖需1.5h，中下臺階開挖2h，上臺階立架1.5h，中下臺階立架2h，上中下臺階噴錨3.5h，則每個初支循環時間為：1.5+2+2+3.5=9h，和上中下臺階開挖完全結束后立架比較節約時間2h，見表2。

（3）合理安排仰拱施工時間，中下臺階開挖后在上中下臺階噴錨時開挖仰拱，減少了工序間的相互干擾由于開挖仰拱要移動棧橋，棧橋移動后掌子面所需材料不能運到。掌子面施工3～4個循環進行一次仰拱施工，掌子面中下臺階開挖后，利用中下臺階立架的作業時間開挖仰拱，仰拱開挖出渣時間為2h。如此一來，中下臺階立架作業完成，仰拱開挖也完成，在中下臺階立架期間無車輛通行棧橋，減少了對掌子面的施工干擾。

（4）合理利用工序銜接，減少無工效作業。中下臺階立架期間，對仰拱開挖，減少了挖機、出渣車進出隧道的次數，中下臺階立架完成后作業人員開始安裝仰拱拱架。于此同時上中下臺階進行噴錨作業，中下臺階噴錨作業完成，仰拱拱架亦安裝完成，即可進行仰拱噴錨作業，最大程度的保證了機械和作業人員一次性多完工作量，從而避免了窩工現象。

4.2 工序資源配置平衡、確保安全步距不超標

以掌子面襯砌類型IVb為例，拱架間距1m，每循環2榀，以每天2.5循環計，即每天5m進尺，仰拱施工長度8m，每兩天施工一板仰拱，二襯12m一版，每兩天施工一版二襯。

4.3 技術保障

由于三臺階七步法作業面較多且各個作業面之間同步施工，所以對圍巖的擾動性相對較大。加之黃土隧道沉降大的特點，因此在開挖放線時就必須考慮足夠的預留量。預留量的選擇主要參考設計圖所示預留量，與此同時每天的監控量測數據的反饋也是調整預留量的重要指標。隨時掌握隧道監控量測數據，對預留沉降量進行及時的調整，最大限度的避免初期支護的侵限。特殊地質加強措施針對淺埋段及富水段開挖時，為了保證圍巖的沉降量盡可能的減小，可在上臺階落腳位置處及下臺階落腳位置處增設大拱腳，見圖1。

表2 各工序循環作業時間

圖1 內軌頂面

4.4 管理措施

（1）堅持每天檢查隧道掌子面，動態管理，超前支護一定預先做到位，防止出現隧道坍塌。例如：在容易掉塊段落，及時調整施工方法和支護措施，實行雙層小導管超前支護、單榀掘進、雙層拱架支護等等。

（2）開挖時制約工序循環的重點，挖機配置是關鍵。由于吳家岔隧道出口泥巖段較長。土體較硬，機械開挖要求挖機的動力一定要足。吳家岔隧道出口配置小松PC300新挖機一臺，另配置專用松土器（鷹鉤）破土，加強對挖機司機的培訓，能做到挖機斗與鷹鉤快速倒用，加快開挖速度。

（3）施工計劃頂格下達，完成給予重獎。吳家岔隧道出口從進洞開始，施工進度一直較快，為了激發其施工潛能，項目部每月下達施工計劃時都頂格下達，每月設置進度完成獎，百米成洞獎給予施工隊及工程管理隊以獎勵。大大的刺激了施工人員的積極性，為每月完成任務打下堅實的基礎。

4.5 安全步距的卡控

（1）各個開挖臺階長度的預留。三臺階七步法有上、中、下三臺階，分布較多。為了保證25m的安全步距，所以各個開挖臺階長度的預留顯的尤為重要。綜合考慮各方面因素，各個臺階的預留長度宜為3～5m。針對吳家岔隧道出口的實際情況，現場挖掘機為型號PC-300的大型號挖掘機，該挖掘機大臂伸開后的長度為15.2m。為了保證該挖掘機能有足夠的操作空間，所以吳家岔隧道出口的各個臺階預留長度為5m。

（2）下臺階初支端頭距仰拱初支端頭距離的設置（即馬口長度的確定）。由于仰拱一次施作的長度為6m，考慮到仰拱端頭模板的安裝及加固，故在下臺階初支端頭距仰拱初支端頭徐預留一定的操作空間，該空間長度即馬口長度。考慮到安全步距及上、中、下各個臺階的預留長度，因此馬口長度宜控制在10m范圍以內，見圖2。

圖2 三臺階預留長度及馬口預留長度示意

（3）各個開挖臺階需錯開開挖。隧道施工規范明確要求：各個開挖臺階杜絕對稱開挖，因此各個開挖臺階的錯開開挖也是安全步距控制的一項重要措施。為了最大可能的避免各個開挖臺階的對稱開挖，故中臺階左側和下臺階右側同步開挖、中臺階右側和下臺階左側同步開挖，且每次開挖循環進尺應一致。

（4）嚴格控制安全步距。在洞口位置專門設置安全步距警示牌，安排專人隨時進行更新。隧道掌握安全步距，對施工工序進行及時的調整，最大限度的確保安全步距。

5 取得的成效

施工過程取得相當不錯的成效，主要表現：①由于進

度加快，減少了機械、人員的窩工，大大提高了機械使用效率，縮短了循環作業時間，同時也減少了各類管理費用，隧道水電費用，作業隊的施工成本得到節約，為施工隊盈利創造了一定條件②吳家岔隧道出口2014年1月～9月施工進度均超過了100m（2月份春節影響除外），見表3；③安全步距控制較好，對防止隧道塌方產生積極作用。

表3 吳家岔隧道出口施工進度

6 經驗總結

黃土隧道在施工過程中要想要想做到快速施工，必須做到以下幾點：①開挖工法選擇必須結合現場實際情況選擇恰當；②各工序間的銜接必須經過整體統籌安排，縮短循環作業時間，提高施工機械及作業人員的施工效率；③技術先行；做好現場施工的技術保障；④加強現場管理力度，分工到位，責任到人，各司其職；⑤人員、機械設備的配置需針對各個分項工程進行平衡分配。

U459.2

A

2096-2789（2016）11-0177-03

陳明濤（1986-），男，漢族，工程師，現就職于中鐵二局四公司。