三台阶法隧道开挖施工工法

作者：智文中

来源：《科技资讯》 2014年第4期

智文中

(中铁十二局集团有限公司第二工程公司 山西太原 030032)

摘 要:三台阶法隧道开挖在在大断面隧道施工中,可以很好地缩短工期,提高工效。本文通过对三台阶法隧道开挖施工工法的特点、适用范围、工艺流程、效益分析等方面详细的阐述,总结了三台阶法隧道开挖施工工法,为此工法在今后隧道施工中的普遍应用产生了深远的影响效用。

关键词:三台阶法 隧道开挖 左右错开环向开挖 预留核心土 初期支护 效益分析

中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)02(a)-0087-03

大断面软岩隧道施工中,传统的施工方法有双侧壁导坑法、CD法、CRD法等,这些施工方法进度慢、工效低、存在一定的局限性,如:限制了大型施工机械的使用,基本靠人工开挖,工效低、速度慢,难以满足客运专线工期要求;拆除临时支护时,正洞初期支护会因突然卸载而出现大的变形,存在安全风险;各分部开挖面循环衔接性差,相互干扰大,施工质量得不到充分保证;临时支护反复拆除,成本投入大等。而目前国内大断面软岩隧道施工中,我们往往会面临以下问题:对工期紧迫性的要求,需组织快速施工;工程水文地质复杂,可变性大,须选择一种能适应地质变化而迅速过渡的施工方法;能较大限度地发挥大型施工机械的优势,以求最佳的施工进度;把长期施工实践所积累的作业习惯融合于施工方法中,做到高工效,易掌握,达到快速形成施工能力的目的等要求。

借鉴近几年大断面隧道施工的成功经验,规避传统施工方法的局限性,以加快隧道施工进度、保证隧道施工安全、提高施工质量为目的,在重庆沿江高速公路隧道施工,提出了三台阶法隧道开挖施工的工艺流程、施工步骤、控制要点、劳动组织、机具设备等,突出大断面软岩隧道开挖施工的技术特点,总结完善形成本工法。

1 工法特点

施工利用空间大,便于机械操作,可以多个作业面同时施工。可以统筹安排施工,工效较高;当地质条件发生变化时,可以及时转换施工工序,调整施工方法,避免窝工;利用台阶法预留核心土法开挖施工,应左右侧错开开挖,利于减小对围岩的扰动,保证开挖作业面稳定;在围岩变形较大或突变时,保证安全和满足设计要求的前提下,可尽快缩短施工时间;适用不同跨度和多种断面形式的隧道,为初期支护工序在时间和空间上创造了条件。

2 适用范围

本工法适用于开挖断面为I级公路二车道和三车道,具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。不适用于围岩地质为流塑状态、洞口潜埋偏压段(但经过反压处理或施作超前大管棚后可采用)的隧道施工。

3 施工工艺

“三台阶法隧道开挖”,就是在隧道开挖过程中,以小导坑开挖预留核心土为基本模式,分上、中、下三个台阶七个开挖面[1],以前后七个不同的位置相互错开施工,故又称“三台阶七步开挖法”。开挖部分及时支护,形成支护整体,各个工序交叉作业,缩短了作业循环时间,各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开,整体推进的隧道施工方法。

4 施工工艺流程

4.1 施工工艺流程(见图1)

4.2 三台阶隧道开挖施工步骤

施工步骤见图2,开挖透视见图3,施工工序见图4。

第1步,导坑上台阶开挖:熟悉施工图纸,准确放样。环向开挖导坑上台阶,预留核心土。上台阶开挖高度不小于开挖跨度的0.3倍。一般为3～4 m。开挖循环进尺最大不得超过1.5 m。

上台阶核心土长度(隧道纵向)3～5 m,高度为1.5～2.5 m,宽度为上台阶开挖跨度的1／3～1／2。开挖后应立即施作初期支护,在拱部初期支护完成后进行下道工序。

第2步,左右两侧中台阶开挖:开挖时左右应错开2～3 m,最大进尺不得超过 1.5 m,开挖高度为隧道总开挖高度(不含仰拱)减去上台阶开挖高度后除以2,一般为 3.0～3.5 m。开挖后立即施作初期支护。

第3步,下台阶左右两侧开挖:开挖时应错开,最大不得超过1.5 m,开挖后及时施作初期支护。

第4步,开挖预留的核心土:分别开挖上、中、下台阶预留的核心土[2],开挖进尺与各台阶循环进尺一致。

第5步,隧道底部开挖:每循环开挖进尺与上、中、下台阶一致,开挖后及时施作初期支护。设计有仰拱的,要及时施作仰拱[3]。

4.3 三台阶法隧道施工注意事项

加强超前地质预报,必要时骋请有资质的单位进行超前地质预报。超前地质预报报告要及时,报告结果与设计进行对比,及时调整台阶长度或施工方法,必要时对初期支护参数和二次衬砌厚度进行调整,以确保施工质量和安全。导坑上部开挖要严格控制,避免超欠挖,弧形导坑需爆破时,应采用导爆索光面爆破。严格按批复的方案施工,减小对围岩的扰动,避免坍塌现象发生。加强隧道的监控量测,掌握围岩和支护的变形情况,及时调整施工方法、支护参数、二衬厚度等,以保证施工安全和质量。

5 材料与设备

材料:本工法使用的材料都是常用的,不作说明。

设备:本工法操作简单,单作业面施工机具配备见表1,可根据施工现场情况酌情调整。

6 质量控制

工程质量控制标准:本工法以《公路隧道施工技术规范》《公路隧道施工技术细则》《公路工程质量检验评定标准》进行质量控制。质量保证措施。在开工前建立质量保证体系,编制质量保证措施,并报送有关部门审批。严格按审批的质量保证措施进行施作,不得偷工减料,不得麻痹大意。

加强光面爆破管理,避免断面超欠挖现象。严格按照批复的方案施工,减小对围岩的扰动,最大限度避免坍塌现象发生。

7 安全措施

本工程严格执行《中华人民共和国安全生产法》和《安全生产条例》等相关法律法规。

在隧道开挖前建立健全项目安全保证体系。编制安全保证措施,并报送有关部门审批。

在施工过程中,严格遵照执行审批的安全措施中的有关规定,不得麻痹大意。做好隧道开挖超前地质预报工作,并坚持用长锚杆进行地质验证。加强监控量测,必要时骋请有资质的单位进行隧道的监控量测。加强洞内通风,掌子面进风流中,氧气浓度不得低于20%。爆破后,要加强管理,危石清理必须彻底。

8 环保措施

本工法严格执行国家标准和当地的有关环保政策和有关规定。

施工现场按照设计统一规划、业主要求和施工环保的要求进行实施。污水处理采用多级沉淀池过滤沉淀。处理的工艺流程为:污水—收集系统—多级沉淀—沉淀净化处理—排入河道。严禁乱倒、乱卸。施工现场设密闭式垃圾站,施工垃圾和生活垃圾按规定分开收集,做到每班清扫,每班清运。

施工道路上要适量洒水,减少粉尘污染。隧道施工应加强洞内通风,通风管不得破损,作业环境应符合职业健康及安全标准。

9 效益分析

9.1 经济效益

大断面软岩隧道施工采用“三台阶法隧道开挖施工工法”,在经济效益方面尤为突出,与传统的大断面隧道CRD法施工比较,主要有以下几个方面的优点:一是拓展了隧道的施工空间,可以做到大型施工机具生产效率最大化,避免了CRD法作业空间小、限制了大型施工机具使用的尴尬局面,进一步提高了单位时间内的施工产值,缩短了整个单位工程的施工工期;二是降低了人工用量和劳动强度,节约了工费成本,由以往密集型劳力施工转变为机械化、程序化施工;三是采用“三台阶法隧道开挖施工工法”施工没有临时支护环节,节约了大量的临时支护成本,减少投资浪费;四是工程质量满足验标要求,操作便捷,推广性强。

以重庆沿江高速公路古树岩1、2号隧道为例,与传统的大断面隧道CRD法施工相比,采用“三台阶法隧道开挖施工工法”,有效地发挥了大型施工机具的使用效率,施工进度达到了月平均90-100 m/月,经济效益显著。

9.2 社会效益

古树岩1、2号隧道采用三台阶隧道开挖法施工技术,领先重庆沿江高速公路全线其它重难点隧道工程,第一个顺利贯通,受到了设计单位、监理单位、其他施工单位的一致好评。突破了大断面隧道安全风险高、施工进度慢、施工难度大这一难题,社会效益显著。

9.3 环保效益

该工法施工现场按照设计统一规划、遵循业主和施工环保要求进行实施,隧道地下水及施工用水从核心土开槽引排至集水井,既不影响施工又方便污水处理。施工现场设密闭式垃圾站,施工垃圾和生活垃圾按规定分开收集,做到每班清扫,每班清运,施工环境粉尘污染少。该工法施工速度快、成本低,可节约大量能量资源,环保、节能效益良好。

10 工程实例

在重庆沿江高速公路后续开工的马鞍山隧道、砂磨石隧道、黄岭隧道、哑口隧道[4]、晒顶堡隧道等,均采用三台阶法隧道开挖施工工法,取得了安全、质量、进度的良好效果。三台阶法隧道开挖施工工法将会被越来越多的人所认可,在今后隧道施工中将会得到更广泛的应用。

参考文献

[1]铁路隧道施工规范(TB1024-2002)[S].

[2]《铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南(试行)》(经规标准「2007」119号)[S].

[3]客货共线铁路隧道工程施工技术指南[Z].

[4]重庆沿江高速公路设计旋工图说明[R].