大斷面軟弱圍巖條件下臺階法施工的可行性分析

張維

（中鐵五局集團第五工程有限責任公司 湖南郴州 423000）

1 工程概況

鳥龍潭隧道位于尋甸縣七星鎮，洞室凈空14.50×5.0m，左線起訖樁號ZK15+630～ZK17+040，長度達到1410m；右線起訖樁號K15+630～K17+045，長1415m；最大埋深226m，典型的長隧道；隧道左右幅都是處于R=1500m圓曲線、直線、R=2400m圓曲線上；隧道縱坡是+2.7%；隧道中設置了人行橫通道、車行橫通道，分別是2處、1處。

隧道區水文地質條件如下：①地表水。隧道區地表水不發育，沖溝內無常年流水，大氣降水順山坡向溝底匯集并向外排泄。②地下水。隧道區地下水為第四系孔隙水類型及基巖裂隙水類型，第四系孔隙水多賦存于第四系松散土體中，多以上層滯水形式出現，水量甚微；基巖裂隙水賦存于砂巖、夾頁巖、泥巖節理裂隙中，埋藏較深，水量一般不大。地下水主要由大氣降水及周圍地表水入滲補給，以地下徑流的方式匯集、排泄于溝谷低洼地段。③不良地質作用及特殊巖（土）。根據地質調查顯示：隧道區見有F7斷層地質構造發育的跡象；未見有泥石流、滑坡、崩塌等不良地質作用發育；場地較穩定，可以建設。

2 施工方案的可行性分析

V級圍巖淺埋段會選擇雙側壁及CRD等施工技術，但這些技術的作業工序相對復雜，這就會使施工效率得不到提升，可是臺階法就不同，其已經有了豐富的經驗，并且技術非常成熟，操作非常便捷，具備較高的靈活性，因此基于試驗段的建設狀況，從下面幾個方面對這兩種技術進行了全面、系統的對比，并且最終選擇了臺階法。

2.1 工程進度可行性分析

雙側壁導坑法及CRD法開挖分部相對較多，但是建設空間相對較小，并不可以運用占空間較大的大型機械，因此是公平效率并不高，并且各分部的建設存在極大的干擾及影響，這就給建設組織管理增加了很大的難度，通常來說，一個月智能建設30～40m。但是臺階法具備較大的建設空間，這就能運用大型機械，并且建設方式相對簡便，這就使組織管理的工作容易開展，能實現平行流水施工，具備極高的施工效率，一個月能建設 50～60m。

2.2 工程質量可行性分析

雙側壁導坑法及CRD法的工序非常繁瑣，并且存在非常多的銜接循環，因此作業過程中干擾相對較大，并且存在非常多的臨時支護，初支并不圓順，但是弧臺階法就完全不考慮這些問題。

2.3 工程安全可行性分析

雙側壁導坑法及CRD法均應該進行臨時支護的拆除工作，并且應力要重新分布，圍巖變形的突變概率相對較高，要單獨進行監控，可是雙側壁導坑法及CRD法可以很好地針對地表沉降的現象進行控制。但是臺階法并不用進行臨時支護的拆除工作，臺階法的施工具備較強的靈活性，能非常便捷地控制仰拱到掌子面之間的距離，還能針對拱頂下沉及地表沉降的問題進行很好的控制。倘若仰拱距離＞30m，地表沉降控制的效果相較于另外兩種方法就會弱一些，可是一些項目中地表并不存在建筑物，地表沉降的控制就沒有嚴格的要求，因此就能運用臺階法[1]。

2.4 工程成本可行性分析

雙側壁導坑法及CRD法均要進行臨時支護的安設，并且在二襯前必須拆除，并未運用到永久工程，浪費現象非常嚴重，可是臺階法的所有建材都會運用到永久工程，這就實現了資源的節約。

3 臺階法施工技術

3.1 施工方法

Ⅴ級圍巖洞口淺埋、偏壓與全、強風化砂質板巖及粉砂質板巖、斷層破碎帶與小凈距區域，隧道選用CRD法開挖，左右側斷面應該交錯施工，長度10～15m；Ⅴ級圍巖洞身段選擇臺階法施工，環形施工長度0.6～0.8m，能基于具體情況，合理地加長。對于分離式隧道Ⅳ級圍巖洞身一般段，施工開挖應先做好超前支護，隧道施工采用三臺階法開挖，環形開挖進尺0.8～1.0m；對于Ⅳ級圍巖強風化富水砂質板巖、粉砂質板巖及板巖段則采用臺階分步法開挖，環形開挖進尺0.6～0.8m。臺階長度可根據施工實際情況適當加長。

3.2 臺階設置

（1）上臺階。施工高度是5.16m，上口寬、核心土高分別是5m、2.96m，選擇環形施工方法，預留核心土。

（2）中臺階。施工滯后弧形導坑3m，施工高度是3.15m。左右側錯開2～3m，預留核心土。

（3）下臺階。施工滯后中臺階＜10m，施工高度是3.15m。左右側錯開2～3m；仰拱區段的施工最后開展。

3.3 標準施工作業程序

3.3.1 上臺階環形導坑開挖

在拱部超前支護作業之后，沿隧道輪廓線環向進行上部弧形導坑的施工，高度是5.16m，核心土預留3m，根據斷面圍巖的具體狀況，設定核心土的寬度。此外，在分析掌子面圍巖的穩定情況與初期支護的間距，來設定開挖進尺情況，開始施工后要在第一時間初噴3～5cm厚的混凝土，使其處于封閉狀態，還應該架設鋼拱架。基于設計圖紙的實際要求，安設鎖腳錨桿，并且進行混凝土的噴射施工。

3.3.2 中臺階兩側開挖

滯后上臺階3m挖掘，挖掘的高度控制在3.15m。左、右兩邊的挖掘作業錯開2m的間距。挖掘進尺每次2～4榀鋼拱架。挖掘后即刻噴射3～5cm厚的混凝土進行封堵，并配置鋼拱架，依照設計規程配置鎖腳錨桿。

3.3.3 下臺階兩側開挖

滯后中臺階禁止＞15m的挖掘，挖掘的高度為3.15m，左、右兩邊挖掘錯開3m。挖掘進尺每次4～6榀鋼拱架，挖掘后即刻噴射3～5cm厚的混凝土進行封堵。并配置鋼拱架，依照設計需求與標準配置鎖腳錨桿。

3.3.4 隧道底部開挖

切合移動棧橋的長短。使用每個循環6～8m的區段長度組織作業，使用人工結合機械開挖的形式。輔助以爆破的形式作業。人工清潔基底，實時噴射混凝土進行對用的封閉工作。重新噴射混凝土指導符合標準為止，讓初期支護盡快形成環狀，便于仰拱襯砌以及回填工作的開展。

3.4 初期支護施工

鋼拱架事先根據規程的標準預計臺階分段的規程現場制作成型，依照掌子面圍巖地質條件確立其進尺的規格以及其挖掘的速率，確立每一次裝配鋼拱架的榀數。依照相關的設計規程需求施作鎖腳錨桿，嚴格根據規程將其焊接穩固，固定好之后立即使用濕噴技術進行混凝土漿液的噴射工作。完成初期支護作業。

3.5 仰拱施工

借助挖掘機挖掘、人工配合清底迅速挖掘仰拱就位，裝配鋼拱架讓初期支護形成一個環狀。使用濕噴的技術工藝噴射混凝土漿液，作業結束后即刻展開仰拱混凝土的回填作業，讓仰拱以及其初期支護一同受到應力的作用。

表1 隧道監測項目表

3.6 襯砌混凝土施工

隧道防水結構作業．選用整體式移動模板臺車展開洞體混凝土的澆筑作業，混凝土使用集中制備、罐車輸送、泵送入模，選取附著式振搗裝置以及插入式振搗裝置進行聯合振搗，24h之后澆水進行養護。

3.7 施工監測控制

3.7.1 量測項目

量測項目具體見表1[2]。

3.7.2 量測數據分析

各個量測點在取到最初的數據后，驗證掌子面圍巖的切實狀況。依照位移速率以及量測截斷面和挖掘作業面的間距確立觀測的頻度，當測量數據發生突變時，提升檢測的頻度。通過對多個斷面圍巖的監測，將所測得的信息進行歸納、總結與整合，通常條件下拱頂沉降的極限值控制在80～90mm之間，水平收斂的極限值通常控制在30～40mm的區間內。根據《鐵路隧道監控量測技術規程》（Q/CR9218-2015）的相關標準與要求，引導并管理作業環節中的各個階段。通過大量的作業監測信息的離散性質以及其回歸性研究，可以有效地反饋出作業各個環節中隧道圍巖的切實狀況。

4 結束語

綜上所述，使用這種作業形式組織作業，和CRD法、雙側壁導坑法做對比，規避了撤除臨時支護與受力轉換所產生的各個風險因素，能實時地調節其關閉的時間，便于平行流水施工以及機械化施工的組織開展，有利于作業次序的轉變。不僅如此，這樣的一種作業形式對于超前支護的需求以及標準非常高，要求保證超前支護以及初期支護的作業質量，特別是鎖腳錨桿的作業質盤。在作業過程中依照檢測的信息研究結果進行研究分析，不斷調節循環進尺以及初期支護的數據，強化對于作業環節的監控，簡短其整個步驟所耗費的時間，更好的控制管理隧道圍巖的轉變，取得了極佳的收益與成果。