2、臺(tái)階法施工工藝工法

1、.臺(tái)階法施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0102-2011第五工程有限公司 趙繼平1 前言1.1 工藝工法概況臺(tái)階法開挖是將隧道設(shè)計(jì)斷面分成兩次開挖（不包括仰拱），其中上臺(tái)階超前一定距離后，上下臺(tái)階同時(shí)并進(jìn)的施工方法。臺(tái)階法開挖法是隧道施工中采用最多的開挖方法，主要適用于、級(jí)圍巖，同時(shí)在地質(zhì)條件較差的級(jí)圍巖也可采用臺(tái)階法開挖（級(jí)圍巖在采取超前支護(hù)、臨時(shí)仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)未發(fā)生的異常的情況下慎重使用）。臺(tái)階法施工圍巖適應(yīng)性強(qiáng)，便于挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸汽車等大型機(jī)械設(shè)備聯(lián)合施工，施工進(jìn)度快，穩(wěn)定性好。臺(tái)階法簡(jiǎn)單分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法、三臺(tái)階法，長(zhǎng)臺(tái)階法上臺(tái)階長(zhǎng)度3550m，

2、下臺(tái)階長(zhǎng)度20m，整個(gè)斷面分為上下兩個(gè)臺(tái)階分別進(jìn)行開挖、出渣、支護(hù)施工（在上臺(tái)階可使用多功能平臺(tái)進(jìn)行鉆眼爆破和支護(hù)施工），相互干擾小，支護(hù)及時(shí)，施工進(jìn)度快，月進(jìn)尺可達(dá)120150m現(xiàn)在較少采用；短臺(tái)階法上臺(tái)階長(zhǎng)度為57m，一般適用于地質(zhì)條件較差的級(jí)圍巖，上臺(tái)階洞渣需通過機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至下臺(tái)階，開挖及支護(hù)作業(yè)需人工搭設(shè)施工平臺(tái)，上下兩個(gè)臺(tái)階施工相互干擾較大，但利用及時(shí)施做仰拱封閉成環(huán)，縮短襯砌與掌子面距離，月進(jìn)尺可一般為90100m。本工法主要講述上下短臺(tái)階法施工。 以雙線鐵路隧道為例，隧道設(shè)計(jì)開挖高度10.8m，開挖面積100.5m2，上臺(tái)階超前下臺(tái)階57m，上臺(tái)階進(jìn)行鉆眼過程中下臺(tái)階進(jìn)行裝碴及運(yùn)輸

3、作業(yè)，爆破后由挖掘機(jī)將上部洞碴挖運(yùn)至下臺(tái)階，上部安裝鋼架及打設(shè)錨桿過程中下部集中裝碴運(yùn)輸，在裝碴作業(yè)完成后施做下部?jī)蓚?cè)鋼架及錨桿，上下臺(tái)階同時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)噴射砼作業(yè)，后部仰拱及襯砌緊跟開挖掌子面施工。1.2工藝原理將隧道設(shè)計(jì)斷面分成兩部開挖（不包括仰拱），其中下臺(tái)階隨上臺(tái)階同步施工，同時(shí)仰拱、二次襯砌緊跟下臺(tái)階，由于下臺(tái)階距離掌子面距離較短，為后部仰拱及襯砌緊跟開挖掌子面創(chuàng)造了良好的空間作業(yè)環(huán)境，尤其適合于在圍巖較差時(shí)初期支護(hù)及二次襯砌及時(shí)封閉成環(huán)。2 工藝工法特點(diǎn)地質(zhì)條件較差時(shí)采取上下短臺(tái)階法施工，采用人工組裝平臺(tái)進(jìn)行開挖、支護(hù)作業(yè)，設(shè)備配置簡(jiǎn)單，上下臺(tái)階同時(shí)鉆孔和起爆，達(dá)到隧道同時(shí)開挖掘進(jìn)

4、的目的，同時(shí)可保證開挖后及時(shí)完成初期支護(hù)，在快速施工的同時(shí)能夠有效保證施工安全。上下短臺(tái)階施工時(shí)上下臺(tái)階相互干擾較大，施工中要解決好上下臺(tái)階施工干擾問題。3 適用范圍本工藝工法適用、級(jí)圍巖地段修建的鐵路、公路隧道施工（級(jí)圍巖在采取超前支護(hù)、臨時(shí)仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)未發(fā)生的異常的情況下，可慎重使用臺(tái)階法施工）。4 主要引用標(biāo)準(zhǔn)4.1 客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南（TZ214)、客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)(鐵建設(shè)2005160號(hào))、鐵路隧道施工規(guī)范(TB10204)、新建鐵路鐵路工程測(cè)量規(guī)范(TB 10101)、客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定(鐵建設(shè)200718

5、9號(hào))。4.2 設(shè)計(jì)圖紙、合同文件。5 施工方法 隧道在、級(jí)圍巖地段采用短臺(tái)階法施工，開挖采用光面爆破技術(shù)，組裝臨時(shí)平臺(tái)配合人工YT-28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼，初期支護(hù)采用格柵鋼架+錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射砼聯(lián)合支護(hù)體系。隧道開挖分為上臺(tái)階、下臺(tái)階、仰拱三個(gè)部分分部開挖：上臺(tái)階長(zhǎng)度57m，每循環(huán)進(jìn)尺2.43m（級(jí)圍巖循環(huán)進(jìn)尺3m，級(jí)圍巖循環(huán)進(jìn)尺2.4m，與格柵鋼架間距相對(duì)應(yīng)）；每循環(huán)進(jìn)尺不超過2榀鋼架間距，下臺(tái)階左右兩側(cè)錯(cuò)開間距大于2榀鋼架間距；仰拱每次開挖及支護(hù)長(zhǎng)度6m，每組仰拱填充砼澆筑長(zhǎng)度12m，仰拱距掌子面距離不大于50m，襯砌距掌子面距離不大于90m。6 工藝流程及操作要點(diǎn)6.1施工工藝流程施工

6、工藝流程見圖1，工藝流程圖見圖2上、下臺(tái)階測(cè)量放樣上、下臺(tái)階鉆眼、爆破通風(fēng)上臺(tái)階扒碴上臺(tái)階立架打設(shè)錨桿噴射砼封閉施做仰拱監(jiān)控量測(cè)下臺(tái)階裝碴下臺(tái)階立架打設(shè)錨桿施做防排水、二次襯砌 圖1 臺(tái)階法施工工藝流程圖 圖2 臺(tái)階法施工工序布置圖6.2 操作要點(diǎn)6.2.1施工準(zhǔn)備 1風(fēng)、水管、電線敷設(shè)、施工便道、施工場(chǎng)地布置，機(jī)械設(shè)備、人員配置、材料準(zhǔn)備、修建防排水設(shè)施、修建環(huán)保、水保設(shè)施。2根據(jù)設(shè)計(jì)資料詳細(xì)分析了解工程地質(zhì)、當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)情況，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工監(jiān)控量測(cè)方案及沉降觀測(cè)計(jì)劃。6.2.2施工步驟、級(jí)圍巖隧道采用短臺(tái)階法施工工藝，上下臺(tái)階采用人工鉆眼，光面爆破技術(shù)，裝載機(jī)配合大

7、型自卸車裝渣運(yùn)輸，施做初期支護(hù)具體施工步驟如下： 1 上臺(tái)階開挖，開挖作業(yè)高度4.9m，挖掘機(jī)裝碴，人工搭設(shè)簡(jiǎn)易作業(yè)平臺(tái)，鉆眼、裝藥、起爆，每循環(huán)進(jìn)尺2.43m，安裝格柵鋼架、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并打設(shè)42鎖腳錨管進(jìn)行固定（長(zhǎng)度3.5m），打設(shè)L系統(tǒng)錨桿，鋼架底部不密實(shí)或懸空時(shí)，在鋼架底部安裝砼墊塊。2 利用上臺(tái)階挖掘機(jī)扒碴及安裝鋼架、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)時(shí)間同步在下臺(tái)階采用裝載機(jī)配合自卸汽車出碴，出碴完畢后安裝下臺(tái)階鋼架、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、打設(shè)42鎖腳錨管進(jìn)行固定（長(zhǎng)度3.5m），打設(shè)系統(tǒng)錨桿。3 上下臺(tái)階同時(shí)噴射砼封閉。 4 開挖仰拱，每循環(huán)開挖長(zhǎng)度6m，施做初期支護(hù)，澆筑仰拱砼，每組仰拱砼澆筑長(zhǎng)度12m。仰拱施

8、工期間采用自制棧橋保持車輛通行。5 整體液壓模板臺(tái)車就位（臺(tái)車長(zhǎng)度12m），灌注拱墻襯砌砼。6.2.3監(jiān)控量測(cè)監(jiān)控量測(cè)，可掌握圍巖變化規(guī)律及支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)和穩(wěn)定程度，判斷支護(hù)參數(shù)設(shè)置是否合理，因此必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，切實(shí)做到“勤量測(cè)”。主要施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見下表1：表1 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目表序號(hào)量測(cè)項(xiàng)目量測(cè)方法和儀器測(cè)點(diǎn)布置測(cè)量頻率測(cè)量精度1水平收斂量測(cè)收斂計(jì)、反射膜片配合全站儀每1030m一個(gè)斷面，上下2條基線4個(gè)點(diǎn)5mm（01B）2次/d；15（12B）1次/d；0.51 （12B）1次/23d；0.20.5 （25B）1次/3d；0.2 （5B）1次/7d。0.1mm2拱頂下沉水準(zhǔn)測(cè)量的方法，水

9、準(zhǔn)儀、鋼尺等每1030m一個(gè)斷面，1個(gè)點(diǎn)1mm注：B隧道開挖寬度，變形速速7 勞動(dòng)力組織 見表2某單工作面（雙線隧道）勞動(dòng)力組織表，供參考。表2 單工作面（雙線隧道）勞動(dòng)組織表（三班）序號(hào)工作項(xiàng)目作業(yè)內(nèi)容人數(shù)1開挖開挖工35風(fēng)鎬手2裝載機(jī)司機(jī)3挖掘機(jī)司機(jī)3自卸車司機(jī)142初期支護(hù)格柵加工6鋼筋網(wǎng)片加工2鋼架安裝10噴射混凝土25混凝土攪拌運(yùn)輸罐車司機(jī)53砼生產(chǎn)混凝土攪拌機(jī)司機(jī)3裝載機(jī)司機(jī)2機(jī)械修理工24襯砌砼工245測(cè)量及其他技術(shù)員2測(cè)工66其他隊(duì)長(zhǎng)1技術(shù)負(fù)責(zé)人1質(zhì)檢工程師1專職安全員2試驗(yàn)員2電工3修理工2空壓機(jī)司機(jī)3調(diào)度3輔助人員58 主要機(jī)具設(shè)備采用短臺(tái)階法施工可在圍巖較差的情況下充分發(fā)

10、揮上下臺(tái)階平行作業(yè)的特點(diǎn)，施工進(jìn)度快，工期有保證。根據(jù)機(jī)械工作能力和實(shí)際工作量，某單個(gè)工作面主要機(jī)械設(shè)備配備如表3，供參考。表3 單工作面主要機(jī)械設(shè)備配備如表序號(hào)工序名稱機(jī)械名稱機(jī)械類型單位數(shù)量備注1開挖電動(dòng)空壓機(jī)20m3臺(tái)520m32風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)YT-28臺(tái)253裝碴運(yùn)輸挖掘機(jī)CAT320C臺(tái)24裝載機(jī)WA470臺(tái)25自卸汽車15T臺(tái)46噴射混凝土濕噴機(jī)TK961臺(tái)62臺(tái)備用7混凝土拌合機(jī)JS1000A臺(tái)18砼運(yùn)輸罐車6m3臺(tái)49輸送泵HBT60C-1816臺(tái)260m3/h10模板臺(tái)車臺(tái)111供電變壓器S9-630/35KVA臺(tái)312S9-630/10KVA臺(tái)513通風(fēng)設(shè)施軸流通風(fēng)機(jī)NAF12

11、.5-220臺(tái)114測(cè)量及量測(cè)全站儀1臺(tái)1水準(zhǔn)儀蘇光臺(tái)19 質(zhì)量控制9.1易出現(xiàn)的質(zhì)量問題9.1.1爆破效果不理想，周邊輪廓不圓順，形成大的超欠挖。9.1.2開挖進(jìn)尺過大，周邊超挖值大。9.1.3下臺(tái)階開挖高度過高，不利于鉆眼作業(yè)，炮眼方向不易與隧道線路方向平行，炮眼間距不能有效控制。 9.1.4噴射砼厚度不足、鋼架未與隧道走向垂直，初期發(fā)生變形。9.2保證措施9.2.1周邊眼采用25小藥卷竹片連接間隔裝藥，控制周邊眼線性裝藥量不超過0.2kg/m。9.2.2在下臺(tái)階鉆眼時(shí)人工搭設(shè)2.0m高簡(jiǎn)易平臺(tái)，控制鉆眼方向及炮眼間距滿足鉆爆設(shè)計(jì)要求，并在已完成的炮眼中插入直木棍，作為其它周邊眼的參照，控

12、制鉆眼方向與隧道軸線一致。9.2.3嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，對(duì)隧道鉆爆設(shè)計(jì)實(shí)行動(dòng)態(tài)化管理，及時(shí)調(diào)整炮眼深度、裝藥量、炮眼間距等鉆爆參數(shù)，達(dá)到光面爆破的目的。9.2.4控制鋼架安裝質(zhì)量，鋼架間距誤差要求在10cm內(nèi)，錨桿間距誤差在15cm內(nèi)，錨桿錨入圍巖長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%，鋼筋網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度誤差在5cm內(nèi)，將鋼架安裝垂直度控制在2以內(nèi)；沿隧道環(huán)向預(yù)埋短鋼筋，控制噴射砼厚度不小于設(shè)計(jì)值9.2.5材料采購前對(duì)分供方進(jìn)行評(píng)定，選擇合格的分供方廠家購料。所購材料必須附有說明書、合格證、技術(shù)檢驗(yàn)證等質(zhì)量證件，并滿足工程要求。9.2.6進(jìn)入工地的主要材料嚴(yán)格按規(guī)定和設(shè)計(jì)要求把關(guān)，所有廠制材料須有出廠合格證和

13、必要的檢驗(yàn)、試驗(yàn)單。對(duì)進(jìn)場(chǎng)料、設(shè)備按技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、樣品進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，并事先確定重點(diǎn)檢驗(yàn)料。9.2.8嚴(yán)格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各種添加劑。10 安全措施10.1主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析短臺(tái)階法施工隧道開挖要注重圍巖塌方、掉塊等安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)處理措施，編制施工應(yīng)急預(yù)案。10.2保證措施10.2.1進(jìn)洞人員必須戴安全帽，特殊工種應(yīng)持證上崗。10.2.2堅(jiān)持安全交底制度和安全學(xué)習(xí)制度，提高全員安全意識(shí)。10.2.3施工中應(yīng)嚴(yán)格控制施工步距，保持掌子面到仰拱距離不超過50m，襯砌距離掌子面不超過70m。10.2.4堅(jiān)持進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，實(shí)行監(jiān)控量測(cè)日?qǐng)?bào)

14、制度，每天將監(jiān)控量測(cè)報(bào)表發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)施工主要管理人員，便于現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采取相應(yīng)加強(qiáng)措施。10.2.5施工中發(fā)現(xiàn)不安全因素時(shí)，應(yīng)暫停開挖，加強(qiáng)支護(hù)措施。10.2.6加強(qiáng)洞內(nèi)電力、通風(fēng)、排水管線路的管理，防止漏電、漏風(fēng)傷人。10.2.7編制隧道防坍塌應(yīng)急預(yù)案，并組織管理人員與作業(yè)班組進(jìn)行應(yīng)急演練。10.2.8做好洞內(nèi)外文明施工，保證良好的施工環(huán)境。11 環(huán)保措施11.1開始施工前，必須進(jìn)行環(huán)境因素識(shí)別，確定重要環(huán)境因素，制定相應(yīng)的管理方案；11.2臨時(shí)工程及場(chǎng)地布置應(yīng)采取措施保護(hù)自然環(huán)境；11.3隧道棄碴場(chǎng)坡面按設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)墾或綠化，碴頂整平滿足設(shè)計(jì)要求，坡腳進(jìn)行防護(hù)，防止水土流失；11.4施工場(chǎng)地布置時(shí)

15、，在水源保護(hù)地區(qū)內(nèi)不得取土、棄土、破壞植被等，不得設(shè)置攪拌站、洗車臺(tái)、充電房等，并不得堆放任何含有害物質(zhì)的材料或廢棄物；11.5施工廢水、生活污水和生活垃圾不得隨意排棄，并在生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)及洞門口設(shè)置污水處理池，生活污水或生產(chǎn)及洞內(nèi)廢水經(jīng)過污水處理池處理后排放到指定地點(diǎn)。12 應(yīng)用實(shí)例12.1工程簡(jiǎn)介由中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司承建的東秦嶺隧道位于陜西省藍(lán)田縣灞源鄉(xiāng)境內(nèi)，是西安南京鐵路西安合肥段的重點(diǎn)控制工程。隧道為電氣化級(jí)雙線鐵路，右側(cè)設(shè)與正洞平行的導(dǎo)坑(即平導(dǎo))輔助正洞施工，正洞起迄里程為DK95+278DK107+546，全長(zhǎng)12268m；平導(dǎo)起迄里程為DyK95+253DyK107+

16、523，全長(zhǎng)12270m。圍巖主要為石英巖、片麻巖，節(jié)理發(fā)育較發(fā)育。隧道設(shè)計(jì)開挖開挖寬度10.8m，開挖面積100.5m2 。采用臺(tái)階法施工,級(jí)圍巖地段支護(hù)參數(shù)：拱墻均設(shè)置格柵鋼架，間距1榀 / 1.2m，噴射C25混凝土拱墻18cm厚，拱墻設(shè)置8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格25cm25cm，錨桿長(zhǎng)度L=3.0m，間距1.21.0m(環(huán)縱)，梅花型布置，二次襯砌厚度為40cm厚C30混凝土。圖3 級(jí)圍巖襯砌斷面圖12.2施工情況 東秦嶺隧道設(shè)計(jì)（含變更設(shè)計(jì)）共有1192m為級(jí)圍巖，采用短臺(tái)階法施工，單口月平均進(jìn)度105m。 采用臺(tái)階法施工，上下臺(tái)階獨(dú)立作業(yè)，施工干擾小，開挖進(jìn)尺2.4m，每循環(huán)開挖3.5小時(shí)（含人工搭設(shè)鉆眼平臺(tái)0.5小時(shí)），上臺(tái)階挖掘機(jī)扒碴1.5小時(shí)（下臺(tái)階裝碴1小時(shí)），上臺(tái)階安裝格柵鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)5小時(shí)（下臺(tái)階裝碴3小時(shí)