淺談三臺階帶仰拱一次開挖施工技術在大斷面高速鐵路軟圍巖隧道中的應用

李航

陜西省鐵路集團有限公司 陜西 西安 710000

1 工程概況

房家灣隧道位于勉縣境內，為大巴山地中山區，通過地區大部分山勢陡峻，地表高程一般630～1300m。總體地形北高南低，溝壑交織，溝谷多呈狹窄的V型。隧道出口位于漆樹壩鄉大灣村東南側約400m處。本標段負責的隧道起訖里程DgK286+961～DgK289+708，長2747m，為雙線隧道。隧道最大埋深444m，縱坡為25‰。本隧道設置緊急救援通道2處，合同工期48個月。

隧道涉及地層按新老順序主要為第四系全新統沖積、洪積膨脹土、圓礫土、卵石土，志留系下統頁巖，奧陶系下統砂巖夾礫巖、砂巖與頁巖互層、灰巖夾砂巖夾頁巖，寒武系下統頁巖夾砂巖夾灰巖。隧址范圍內無較大褶皺、斷裂構造，次級皺曲較發育。隧道剩余工程設計全部為Ⅳ級圍巖[1]。

2 圍巖特性及支護參數

2.1 圍巖特性

試驗段掌子面巖性以中厚層砂巖為主，夾薄層頁巖，青灰色，鈣質膠結，粉細砂狀結構及礫狀結構，層狀構造。巖質較硬，弱風化，巖體節理裂隙發育，未見地下水發育。結合設計文件和超前地質預報結果分析，隧道圍巖為Ⅳ級圍巖。

2.2 支護參數

設計為單洞雙線隧道，Ⅳb級復合襯砌隧道橫斷面

3 工法選擇

參考以往鐵路隧道三臺階法施工經驗，基于發揮大型機械化配套施工優勢、減少仰拱單獨開挖對其他工序的施工干擾、提高中下臺階施工組織效率等因素選擇三臺階法帶仰拱一次開挖。

3.1 臺階高度

上臺階主要考慮兩臺挖掘機扒砟能夠同時作業，并提高濕噴機械手作業效率，臺階高度確定為5.5m，使用簡易臺架施工；中、下臺階（帶仰拱）考慮人工施鉆、立拱架操作方便，其臺階高度不宜過高，高度分別為2.5m、3.98m（仰拱中心開挖高度），三臺階法（帶仰拱）開挖。

3.2 臺階長度

上、中臺階長度的選擇綜合考慮施工作業空間、爆破后機械扒砟效率等因素，確定上、中臺階長度均為5～6m。

下臺階至仰拱棧橋端頭，宜控制在20～25m，以保證機械裝砟、濕噴機械手有充分的操作空間。

Ⅳ級圍巖上臺階每循環開挖進尺2～3榀鋼架間距，中、下臺階邊墻開挖進尺亦為2～3榀鋼架間距，同一臺階左右側錯開開挖，杜絕鋼架同時懸空。三臺階法（帶仰拱）開挖。

4 施工組織

4.1 主要設備、機具配置

上臺階主要采用人工風鉆利用簡易臺架開挖，中下臺階人工風鉆直接開挖。爆破后上臺階兩臺挖掘機同時扒砟，出砟時一臺挖機配合兩臺裝載機裝砟，自卸汽車運砟。混凝土罐車運輸噴砼料，采用濕噴機械手進行噴砼作業。

仰拱施工采用18m棧橋，人工配合挖機清砟。弧形模板分層澆筑仰拱填充砼。襯砌施工采用12m模板臺車，混凝土罐車配合輸送泵澆筑砼。

4.2 主要勞動力配置

開挖：上臺階14把風鉆15人，中、下臺階（帶仰拱）7把風鉆8人，共計23人。

立拱：上臺階立拱12人，中、下臺階立拱6人，共計18人。

噴射砼：操作手及配合人員共計5人。

仰拱、填充：設2個班，每班8人，共計16人。

襯砌：設4個班，共計25人。

主要勞動力共計87人。

4.3 開挖施工工序組織

采用三臺階法帶仰拱一次開挖，工法特點是每循環 “兩次爆破、兩次噴砼、三次扒裝砟、各工序平行作業”。

（1）下臺階（帶仰拱）爆破后，在挖機修路同時，上中臺階裝藥連線，挖機退出臺架后同時爆破。

（2）通風后，兩臺挖機到上臺階扒砟，下臺階兩臺裝載機配合自卸汽車出砟。

（3）上臺階扒砟完畢，挖機進簡易臺架至上臺階，上臺階開始立拱等支護作業，同時一臺挖機在中臺階繼續扒砟至下臺階，下臺階進行出砟作業。

（4）中臺階扒砟完畢，開始與上臺階同時進行立拱等支護作業，下臺階繼續出砟作業。

（5）上臺階立拱等支護作業完畢，挖機退出上臺階簡易臺架，準備進行噴射砼。

（6）上臺階噴射砼時，下臺階完成立拱等支護作業，隨后進行中下臺階噴射砼。

（7）噴射砼完畢，挖機扒砟后進簡易臺架至上臺階，開始上中臺階測量、鉆眼。同時，將下臺階（帶仰拱）剩余砟量清除完畢，隨后進行下臺階鉆眼及仰拱噴射砼。

（8）待上中臺階鉆眼、仰拱噴射砼完畢，下臺階裝藥、連線、爆破。

4.4 仰拱工序施工組織

采用三臺階法帶仰拱一次開挖，減少仰拱單獨開挖工序，縮短仰拱施工循環時間。具體工序組織方式：采用人工配合機械進行仰拱清砟，兩臺挖機配合移動仰拱棧橋，人工清底后進行仰拱鋼筋、防排水、立模等作業，隨后澆筑仰拱砼，等強養護至規定強度，進行填充砼立模、澆筑等作業。

仰拱、填充施工循環時間約為72小時（12m），月進尺24/72*12*30=120m，綜合考慮各種因素，月施工能力大于100m，大于掌子面開挖進度。

4.5 施工材料成品化管理

施工用材料盡可能在洞外加工成品，例如鋼拱架超前小導管鉆眼位置鉆孔，連接鋼筋改變以往的搭接焊接工藝，采用套管連接，鎖腳鋼管“L”型鋼筋班前預制。減少了掌子面的現場焊接工作量，壓縮支護作業循環時間。

5 結束語

（1）三臺階法帶仰拱一次開挖，將仰拱初支納入三臺階工序管控，及時將支護體系封閉，施工步距滿足鐵建設120號文件規定，保證掌子面施工的連續性。

（2）上中臺階長度控制在5～6m，既滿足人員、機械設備作業空間，又有利于壓縮挖機扒砟時間。

（3）中下臺階兩側開挖必須錯開至少2～3米，杜絕造成同榀拱架兩側拱腳同時懸空。

（4）三臺階法帶仰拱一次開挖，能夠充分發揮各工序平行作業的特點，同時減少了仰拱單獨開挖對其他工序造成的干擾，提高了施工效率。

（5）下臺階帶仰拱一次開挖，仰拱部位鉆眼作業較仰拱單獨開挖時作業空間增大，利于底板眼外插角的精度控制，有效提升仰拱開挖成形質量；下臺階與仰拱一次爆破，減少了對圍巖的爆破擾動。

（6）仰拱清砟及噴射砼工序，僅能在上中臺階鉆眼時進行平行作業，將延長整個循環時間1h左右。仰拱噴射砼后，即進行爆破，等強時間不足。