隧道微臺階開挖施工工法

1、IV、V級圍巖隧道微臺階開挖施工工法1 .前言新奧法隧道施工方法自上世紀六十年代末被引入到我國，七、八十年代得到迅速發(fā)展，九十年代開始被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前使用最廣泛的隧道施工方法。新奧法施工一般有全斷面法、臺階法、分部開挖法。全斷面法開挖主要適用于I田級硬質(zhì)圍巖；臺階法主要適用于田、IV、v級中等硬度圍巖；分部開挖法主要適用于V、VI級以下軟弱圍巖地質(zhì)條件。臺階法施工又分為長臺階、短臺階法，對于自穩(wěn)較好的田、iv級圍巖常采用長臺階法，上臺階長度超過50m短臺階法適用偏軟的IV、V級圍巖，上臺階長度為550m圍巖穩(wěn)定性較差時，臺階長度應(yīng)控制在一倍洞徑。近年來，國內(nèi)外隧道施工過程中發(fā)生多起坍塌事故，

2、造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。調(diào)查統(tǒng)計表明，發(fā)生這些事故的主要原因是隧道開挖臺階長度過長、初期支護未及時封閉成環(huán)和二次襯砌未及時跟進導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)造成。為了控制和降低鐵路隧道施工安全事故，鐵道部對仰拱與掌子面的距離要求越來越嚴格，鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程(TB10304-2009)規(guī)定：III級圍巖中仰拱與掌子面的距離不得超過90mIV級圍巖不得超過50mV級及以上圍巖不得超過40m.鐵道部關(guān)于進一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知(鐵建設(shè)2010120號)文件對隧道開挖學(xué)子面與仰拱、二襯之間的距離做出強制性規(guī)定：隧道開挖后初期支護應(yīng)及時施作并封閉成環(huán)，IV、V、VI

3、級圍巖仰拱封閉位置距離學(xué)子面不得大于35mIV級圍巖二次襯砌與學(xué)子面距離不大于90mV、VI級圍巖二襯與學(xué)子面距離不大于70m無論圍巖的穩(wěn)定性如何，采用長臺階法施工，都難以滿足上述工序安全距離的強制性規(guī)定；采用長度大于20m的短臺階法施工時，受變臺階處交通和仰拱施工作業(yè)空間要求的限制，工序安全距離仍然會超標(biāo)；采用長度小于20m的短臺階法施工時，雖然能滿足工序安全距離的要求，但因為上臺階作業(yè)空間窄小，工序間相互干擾嚴重，機械設(shè)備的工作效率大大受阻，施工進度緩慢。本文所介紹的IV、V級圍巖隧道微臺階開挖施工工法，有效地解決了上述問題，即保障了隧道施工安全，也提高了施工進度。2 .工法特點2.1 只

4、需要在原有的全斷面或半斷面開挖臺架上增設(shè)拼裝式懸臂平臺供微臺階鉆眼、噴碎作業(yè)使用，不需增加其它設(shè)備；2.2 上下臺階同時鉆眼、放炮、出磴；上下導(dǎo)坑部分工序可平行作業(yè)，節(jié)約時間。上導(dǎo)微臺階初噴后，可集中作業(yè)人員打錨桿、安鋼架；上導(dǎo)拱架安裝后，作業(yè)人員撤至下導(dǎo)打錨桿、安鋼架,上導(dǎo)可同時進行噴碎作業(yè)；開挖作業(yè)占用空間減少，工序間相互干擾降低，仰拱、二襯等后繼工序距掌子面的距離可控制在3035m滿足強制性規(guī)定要求；較之短臺階開挖法，微臺階法施工進度明顯加快。在滿足工序安全步距的前提下，若采用短臺階法施工，iv級圍巖月進度最快能達70m采用微臺階法施工，月進度可保證8090m圍巖變化不大、工序銜接正常情

5、況下，月進度最快可達90m.適用范圍主要適用于設(shè)計建議臺階法施工的圍巖段。.工藝原理隧道微臺階開挖工法由全斷面和短臺階開挖工法衍變而來，利用一個開挖臺架完成上下導(dǎo)坑鉆眼、裝藥，同時起爆、同時出磴，以此縮短工序間的銜接時間差，同時給后續(xù)工序仰拱施工提供更大的空間，縮小了掌子面與仰拱之間的距離，保證了隧道工序安全步距滿足鐵道部相關(guān)強制性規(guī)定要求，保障了隧道施工安全和進度。.施工工藝流程及操作要點微臺階法開挖及支護作業(yè)工藝流程如圖5.1。操作要點上下臺階長度、高度確定：上臺階長度為35米，高度為4.0米，下臺階高度為6.2m,微臺階法開挖立面、縱斷面圖見圖5.2.1。施工臺架加工微臺階施工臺架可用原

6、有的半斷面或全斷面施工臺架改裝而成，需要在臺架掘進前進方向增加懸臂操作平臺，參見圖5.2.2-1圖5.2.2-2。圖5.1微臺階法開挖及支護作業(yè)工藝流程說明1、本圖尺寸除注明外，其余均以厘米計。2、隧道開挖支護采用兩臺階形式，上臺階高度4米，下臺階高度6.2米圖5.2.1微臺階法開挖立面、縱斷面圖1.23.2142630.64.4說明1、本圖尺寸以米計。2、隧道開挖支護采用微臺階形式，上臺階高度4米，下臺階高度6.2米。開掖工況示武第30.64.4說明1、本圖尺寸以米計。2、隧道開挖支護采用微臺階形式，上臺階高度4米，下臺階高度6.2米.出碓工況示意圖圖5.2.2-1微臺階法工況示意圖說明1、

7、本圖尺寸除注明外，其余均以厘米計。2、隧道開挖支護采用兩臺階形式，上臺階高度4米，下臺階高度6.2米。3、開挖臺架主要采用120b工字鋼作為主骨架，兩側(cè)平臺采用I18工字鋼。4、站人平臺滿鋪鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)主骨架采用G2咨岡筋，其余采用G8鋼筋，網(wǎng)眼間距10*10cmi5、圖中120b表示用120b工字鋼進行雙合。圖5.2.2-2微臺階施工臺架結(jié)構(gòu)示意圖5.2.3爆破設(shè)計IV級圍巖微臺階施工爆破設(shè)計圖03020OQZ1438IV級圍巖微臺階施工爆破設(shè)計圖說明：1、本圖尺寸單位均以厘米計；2、每循環(huán)進尺2m上臺階打眼91個，下臺階打眼9CTb；3、根據(jù)上下臺階的鉆眼數(shù)量，為達到同時鉆眼完畢，上臺階

8、設(shè)1C臺風(fēng)鉆，下臺階設(shè)8臺風(fēng)鉆。4、按每臺風(fēng)鉆打一個眼12分鐘計算，鉆爆時間21C分鐘(打眼12嶼鐘，裝藥66鐘,通風(fēng)3嶼鐘)。531'513-1%已%1351'3'?1-3-5-5C5C2CC2CC5C5C掏槽詳圖上臺階16|3656741921118133111516172下臺階29圖5.2.3-2V級圍巖微臺階施工爆破設(shè)計圖5.2.4施工順序說明IV級圍巖每循環(huán)開挖進尺2m,V級圍巖每循環(huán)開挖進尺C.8m；(2)平行作業(yè)工序為：上臺階初噴、打錨桿、立架、掛網(wǎng)工序與出磴工序同時進行，上臺階噴碎與下臺階初噴、打錨桿、立架、掛網(wǎng)同時進行；41216158161C1312

9、61417-H1-181圖5.2.3-1IV級圍巖微臺階施工爆破設(shè)計圖V級圍巖微臺階施工爆破設(shè)計圖5C5C2CC2CC5C5C掏槽詳圖嘴管段13上臺階57911131517丁4218311621438V級圍巖微臺階施工爆破設(shè)計圖說明：1、本圖尺寸單位均以厘米計；2、每循環(huán)進尺1.6m,上臺階打眼91個，下臺階打眼9Q1;3、根據(jù)上下臺階的鉆眼數(shù)量，為達到同時鉆眼完畢，上臺階1C臺風(fēng)鉆，下臺階8臺風(fēng)鉆。4、按每臺風(fēng)鉆打一個眼吩鐘計算，鉆爆時間18CH中(打眼9吩鐘，裝藥6C分鐘，通風(fēng)39鐘)。下臺階1417162合計181.設(shè)備與材料隧道微臺階法開挖、支護主要設(shè)備參見下表：隧道單口作業(yè)面設(shè)備配置

10、表1丁P機械稱及型號數(shù)量備注1挖掘機21臺備用2裝載機(側(cè)卸)23碎罐車(6m3)24碎濕口S機(TK500)4一臺備用5出硝運輸車(19T以上)72臺備用6風(fēng)鉆YT28338臺備用7空壓機(22m3)48混凝土輸送泵1初支時可不用合計55主要材料隧道微臺階法施工主要根據(jù)圍巖類別設(shè)置掛網(wǎng)噴碎、格柵鋼架或型鋼鋼架等，按設(shè)計情況提前準(zhǔn)備到位即可，本文不列計.質(zhì)量控制鉆孔：鉆眼時嚴格按爆破設(shè)計布孔，由于上臺階拱腳處易出現(xiàn)欠挖或超挖，該處周邊眼加密布置，控制在3540cm之間，掏槽眼采用楔形掏槽；裝藥：為控制超欠挖，應(yīng)按光面爆破控制裝藥量，周邊眼采用間隔裝藥方式；起爆順序：掏槽眼一輔助眼一周邊眼一底板

11、眼，底板眼可較常規(guī)裝藥量大,目的是起到拋磴作用；噴射碎：為確保噴射碎的強度質(zhì)量，采用濕噴碎，濕噴碎的坍落度控制在1216cm同時還可降低粉塵和回彈量。.安全控制采用微臺階法施工時，上下臺階平行推行，為防止下臺階開挖后上一循環(huán)上臺階已施作的初期支護產(chǎn)生掉拱現(xiàn)象，鎖腳錨桿及系統(tǒng)錨桿必須嚴格按設(shè)計施工。同時，上臺階必須保證至少有一根鋼架在下臺階開挖后不形成懸空，這是確保本方案能夠順利實施的關(guān)鍵，在施工中必須嚴格控制下臺階的開挖進尺；各工序施工質(zhì)量必須滿足設(shè)計及規(guī)范的有關(guān)要求，噴射碎背后嚴禁存在空洞現(xiàn)象；、因掌子面存在個別工序間的交叉作業(yè)，人員、機械在一個作業(yè)面施工，人員進出必須按規(guī)定的線路進行；、開

12、挖臺架移動過程中，臺架周邊10米范圍嚴禁站人。臺架行走路面盡量平順，以防臺架在移動過程中傾覆。電工、電焊工、爆破工必須經(jīng)有關(guān)部門培訓(xùn)，取得相應(yīng)資格證書方能進行作業(yè)；臺架作業(yè)平臺周邊應(yīng)焊接安全防護網(wǎng)；作業(yè)臺架照明采用36V安全電壓；作業(yè)人員不得穿化纖工作服進入作業(yè)面，應(yīng)著棉質(zhì)服裝外套反光背心；爆破15min后，檢查人員方能進入學(xué)子面檢查；經(jīng)檢查確認安全后機械進場，由專人指揮找頂，清除松動石塊；噴射碎所有作業(yè)人員必須配戴口罩，噴射手還應(yīng)配戴臉部防護罩，進行噴射作業(yè)時，距離噴射點5m范圍內(nèi)不得站人，防止回彈小石子傷人。.環(huán)保措施施工引起的“廢煙、廢氣、廢水”的排放及廢物的堆放達到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；隧道內(nèi)施工用水及地下水由排水溝排出洞外，經(jīng)過三級沉淀達標(biāo)后方能排入指定地表水體；爆破后立即進行通風(fēng)、灑水，盡快減少粉塵污染及對人體的危害；噴射碎采用濕噴工藝，提高噴射碎強度質(zhì)量、減少回彈，減少噴射碎粉塵對人體造成的傷害。.效益分