淺談微臺階法在砂質新黃土隧道中應用

杜鵬

摘要： 本文以青陽隧道施工為例，針對砂質新黃土濕陷性、結構松散、完整性較差和易產生變形、塌方的特點，選擇上、中、下三個臺階同步作業的微臺階開挖法。通過實際施工，總結了微臺階法的施工流程及施工控制要點，有效的控制砂質新隧道的沉降及收斂，防止塌方出現。

Abstract： This paper takes Qingyang tunnel construction as an example， and according to the sandy loess characteristics such as collapsibility， loose structure， poor integrity and easy deformation， landslide， selects micro-step excavation method of three steps. Through the actual construction， this paper summarizes the micro-step construction process and the control points， effectively controlling the sandy tunnel settlement and convergence， and preventing collapse.

關鍵詞： 砂質新黃土；微臺階；施工

Key words： sandy loess；micro-step；construction

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0104-02

0 引言

我國在黃土地區已修建大量隧道，這些隧道的修建，已積累了很多成功的黃土隧道施工方法，主要有雙側壁導坑法、CD法、CRD法、弧形導坑開挖法等。以上工法能夠很好地控制隧道變形及塌方，但在施工中工序繁多，需要架設、拆除大量臨時支撐，作業空間小，進度較慢。通過對弧形導坑開挖法優化而形成的上、中、下三個臺階同步作業微臺階法，不需要架設、拆除大量臨時支撐，作業空間大，提高了人員、設備的利用率，加快了施工進度。

1 工程背景

青陽隧道設計為單洞雙線，全長1698.3m，最大埋深157m，其中V級圍巖1425m。隧道洞身V級圍巖為砂質新黃土，淺黃色，土粒成份主要為粉粒，呈角粒碎石狀松軟結構。下伏白堊系下統砂巖，泥質膠結，成巖作用差手搬易散，呈角礫松散結構。穿越砂質新黃土地段存在塌方、變形等高度安全風險。

2 砂質新黃土隧道特點

砂質新黃土垂直節理發育，土質均勻，較松散，土壤顆粒間粘結性差，孔隙率較大，具濕陷性，承載力較低。由于其垂直節理發育，在垂直節理面上因節理切割形成豎向軟弱面，軟弱面之間粘聚力很小，在下部開挖隧道時形成臨空面，受開挖擾動，周邊及前方圍巖會產生較大變形，有掌子面圍巖擠壓變形、掌子面前方圍巖預收斂變形及開挖后洞室圍巖收斂變形。甚至在重力作用下棱體坍塌，地表會隨掌子面產生縱向裂縫和環向裂縫，易形成塌方，塌方易形成直達地表的破裂面漏斗。

3 開挖工法的選擇

根據砂質新黃土隧道的特點，為確保大斷面砂質新黃土隧道的施工安全，通過經濟技術方案必選，選擇進度適宜、安全穩妥、經濟合理的微臺階法。微臺階法是基于弧形導坑開挖法，通過上臺階預留核心土以及相應的輔助措施來提供開挖面支撐作用的大斷面施工方法，其中核心土對于穩定開挖面具有重要作用。微臺階法施工進度比較快，施工中不需要架設大量臨時支撐，工序相對較少，而且作業空間較大，有利于機械化施工。

4 微臺階施工工藝

采用上、中、下三個臺階同步作業的微臺階開挖方法，上臺階長度3～5m，中臺階長度6～8m左右，下臺階長度9～12m，三個臺階同步作業。微臺階開挖臺階尺寸見圖1，微臺階開挖施工工藝見圖2。

5 微臺階施工過程

①臺階開挖扒碴：上臺階高度為3.0m，長3～5m，開挖方法采用環形開挖預留核心土法，核心土長度為2m，開挖進尺為0.6m；開挖采用沿開挖輪廓環形開槽，開挖順序為先從拱部，后拱腰向下，再拱腳。開挖周邊及拱腳處采用人工開挖，避免擾動及超挖。

②中臺階開挖出碴：中臺階高度為3.5m，長6～8m，不留中間土，邊墻采用兩側對稱機械開挖，局部采用人工修整，以便嚴格控制超挖，開挖進尺為0.6～1.2m。開挖完成后，為了減少圍巖暴露時間，上中臺階用初噴混凝土快速封閉暴露巖面。

③上中臺階立架、下臺階及仰拱開挖：初噴后緊貼開挖基面快速立鋼架，鋼架緊貼掌子面，墻腳采用強度高、輕便耐用、可循壞使用的墊板支墊結實，安裝結構鋼筋，連接牢固。下臺階開挖高度為3.7m，對稱開挖，一次開挖到位，開挖進尺0.6～1.2m。開挖順序為先從一側開挖，留中間部分最后挖出。仰拱開挖面距離下臺階掌子面9～12m，開挖一次到位，進尺不大于3.0m。

④上中臺階噴混凝土、下臺階及仰拱立架：上、中臺階采用機械手進行濕噴作業。下臺階及仰拱開挖完成后緊貼開挖基面快速立鋼架，鋼架緊貼掌子面，墻腳支墊密實安裝結構鋼筋，連接牢固，檢查仰拱節點連接牢固。

⑤下臺階級仰拱初支采用機械手進行濕噴作業。

⑥仰拱及二襯及時跟進。

6 監控量測

洞內監控量測項目有洞內外觀察、洞內拱頂下沉和水平收斂，采用全站儀配合反光膜片進行。拱頂下沉和水平收斂沿隧道縱向5m布設，按照每天一次進行，出現異常情況時，加大監測頻率。從實際量測結果顯示，拱頂下沉最大值為69.7mm，小于管理等級規定75mm。水平收斂累最大值為16.09mm，小于管理等級規定35mm；平均變形速率小于1mm/天，且持續一個月以上，初期支護表現正常，變形時態曲線已收斂；證明支護參數合理，能保證施工安全。由此說明在砂質新黃土隧道采用微臺階施工方法可行，滿足相關要求。

7 施工控制要點

①超前小導管、鋼架及鎖腳錨管采用工廠化集中加工及配送。加強鎖腳施工質量的控制，嚴格控制鎖腳打設的角度、長度、注漿及與拱架的連接。②高度重視監控量測，每天及時進行數據采集，并上傳至監控量測管理信息平臺，各級管理人員均能查看相關數據，若出現預警情況，能夠及時進行原因分析，制定處理措施。③各臺階成形后，要保證各作業面同步進行及協調推進，始終保持臺階相對關系。④開挖支護過程中突出強調一個“快”字，各臺階施工做到“快挖、快支、快封閉”。⑤始終保持安全步距，掌子面至初支封閉距離不大于2倍洞徑。⑥采用大型濕噴機械手作業，可有效縮短噴射混凝土作業時間，同時保證早期強度達到要求，以形成受力體系。⑦做好施工人員的技術交底及安全教育培訓，能夠熟練掌握各施工要點，確保各工序、各工種、人員與機械的協調配合。⑧立架和噴射混凝土作業相互交叉或平行作業，通風管口盡量靠近下臺階作業面，確保工作面處的空氣質量。作業人員必須佩帶安全防護用品，減少職業病傷害。

8 結束語

在砂質新黃土隧道采用微臺階法，各臺階、各工序平行作業，減少了人員、設備的窩工，提高了人員、設備的利用率；縮短了初支整環閉合的時間，減少了圍巖的變形，保證了工程質量，降低了施工成本；加快了施工進度，Ⅴ級圍巖月進度可達到70m。但用微臺階法施工的人員、機械在有限的空間內同時進行作業，安全管理難度加大，必須加強安全教育培訓及配備專職的協調人員進行現場管控。

參考文獻：

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