级围岩隧道微台阶开挖施工工法

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级围岩隧道微台阶开挖施工工法
ⅳ、ⅴ级围岩隧道微台阶开挖施工工法
1.前言
新奥法隧道施工方法自上世纪六十年代末被导入至我国,七、八十年代获得快速发展,九十年代已经开始被广泛应用,就是当前采用最广为的隧道施工方法。

新奥法施工通常存
有全断面法、台阶法、分部开凿法。

全系列断面法开凿主要适用于于ⅰ~ⅲ级硬质围岩;
台阶法主要适用于于ⅲ、ⅳ、ⅴ级中等硬度围岩;分部开凿法主要适用于于ⅴ、ⅵ级以下
懦弱围岩地质条件。

台阶法施工又分成短台阶、长台阶法,对于自稳较好的ⅲ、ⅳ级围岩
常使用短台阶法,上台阶长度少于50m;长台阶法适用于较佳的ⅳ、ⅴ级围岩,上台阶长
度为5~50m;围岩稳定性极差时,台阶长度应当掌控在一倍洞径。

近年来,国内外隧道施工过程中发生多起坍塌事故,造成较大的人员伤亡和财产损失。

调查统计表明,发生这些事故的主要原因是隧道开挖台阶长度过长、初期支护未及时封闭
成环和二次衬砌未及时跟进导致围岩失稳造成。

为了控制和降低铁路隧道施工安全事故,
铁道部对仰拱与掌子面的距离要求越来越严格,《铁路隧道工程施工安全技术规程》
(tb10304-2021)规定:iii级围岩中仰拱与掌子面的距离不得超过90m,iv级围岩不得
超过50m,v级及以上围岩不得超过40m.铁道部《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁
路隧道设计施工有关技术规定的通知》(铁建设[2021]120号)文件对隧道开挖掌子面与
仰拱、二衬之间的距离做出强制性规定:隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环,iv、v、vi级围岩仰拱封闭位置距离掌子面不得大于35m,iv级围岩二次衬砌与掌子面距离不
大于90m;v、vi级围岩二衬与掌子面距离不大于70m。

无论围岩的稳定性如何,使用短台阶法施工,都难以满足用户上述工序安全距离的强
制性规定;使用长度大于20m的短台阶法施工时,受变台阶处交通和仰拱施工作业空间建
议的管制,工序安全距离仍然可以抽检;使用长度大于20m的短台阶法施工时,虽然能够
满足用户工序安全距离的建议,但因为上台阶作业空间窄小,工序间相互阻碍轻微,机械
设备的工作效率大大中断,施工进度缓慢。

本文所介绍的ⅳ、ⅴ级围岩隧道微台阶开挖施工工法,有效地解决了上述问题,即保
障了隧道施工安全,也提高了施工进度。

2.工法特点
2.1只需要在原有的全断面或半断面开挖台架上增设拼装式悬臂平台供微台阶钻眼、
喷砼作业使用,不需增加其它设备;
2.2上下台阶同时钻眼、放炮、出碴;
3.3上下导坑部分工序可平行作业,节约时间。

上导微台阶初喷后,可集中作业人员
打锚杆、安钢架;上导拱架安装后,作业人员撤至下导打锚杆、安钢架,上导可同时进行
喷砼作业;
3.4开凿作业占用空间增加,工序间相互阻碍减少,仰拱、二裹等后继工序距掌子面
的距离可以掌控在30~35m,满足用户强制性规定建议;
3.5较之短台阶开挖法,微台阶法施工进度明显加快。

在满足工序安全步距的前提下,若采用短台阶法施工,ⅳ级围岩月进度最快能达70m;采用微台阶法施工,月进度可保证80~90m,围岩变化不大、工序衔接正常情况下,月进度最快可达90m。

3.工艺原理
隧道微台阶开挖工法由全断面和短台阶开挖工法衍变而来,利用一个开挖台架完成上
下导坑钻眼、装药,同时起爆、同时出碴,以此缩短工序间的衔接时间差,同时给后续工
序仰拱施工提供更大的空间,缩小了掌子面与仰拱之间的距离,保证了隧道工序安全步距
满足铁道部相关强制性规定要求,保障了隧道施工安全和进度。

4.施工工艺流程及操作方式要点
4.1微台阶法开挖及支护作业工艺流程如图4.1。

4.2操作要点
4.2.1上下台阶长度、高度确认:上台阶长度为3~5米,高度为4.0米,下台阶高度为6.2m,微台阶法开凿立面、纵断面图见到图4.2.1。

4.2.2施工台架加工
微台阶施工台架需用旧有的半断面或全断面施工台架装配而变成,须要在台架盾构前
进方向减少悬臂操作方式平台,参看图4.2.2-1图4.2.2-2。

开始开挖台架就位上下台阶钻眼上下台阶爆破上台阶翻碴上导初喷上导锚杆、立架上
导喷锚出碴下导初喷下导锚杆、立架下导喷砼进入下一循环
图4.1微台阶法开凿及掘进作业工艺流程
4.2.4施工顺序说明
(1)iv级围岩每循环开凿进尺2m,v级围岩每循环开凿进尺0.8m;(2)平行作业
工序为:上台阶初擦、踢锚杆、立架、福兰县工序与出碴工序同时展开,上台阶喷砼与下
台阶初擦、踢锚杆、立架、福兰县同时展开;
5.质量控制
5.1钻孔:钻眼时严苛按灭火设计布孔,由于上台阶拱脚处易发生欠挖或超挖,该处
周边眼加密布置,掌控在35~40cm之间,掏槽眼使用楔形掏槽;
5.2装药:为控制超欠挖,应按光面爆破控制装药量,周边眼采用间隔装药方式;
5.3引信顺序:掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼,底板眼可以较常规装药量小,目
的就是起著抛碴促进作用;
5.4喷射砼:为确保喷射砼的强度质量,采用湿喷砼,湿喷砼的坍落度控制在12~
16cm,同时还可降低粉尘和回弹量。

6.安全控制
6.1采用微台阶法施工时,上下台阶平行推行,为防止下台阶开挖后上一循环上台阶
已施作的初期支护产生掉拱现象,锁脚锚杆及系统锚杆必须严格按设计施工。

同时,上台
阶必须保证至少有一榀钢架在下台阶开挖后不形成悬空,这是确保本方案能够顺利实施的
关键,在施工中必须严格控制下台阶的开挖进尺;
6.2各工序施工质量必须满足用户设计及规范的有关建议,喷气砼背后不得存有空洞
现象;
6.3、因掌子面存在个别工序间的交叉作业,人员、机械在一个作业面施工,人员进
出必须按规定的线路进行;
6.4、开凿台架移动过程中,台架周边10米范围不得东站人。

台架奔跑路面尽量平顺,以免台架在移动过程中沉没。

6.5电工、电焊工、爆破工必须经有关部门培训,取得相应资格证书方能进行作业;
6.6台架作业平台周边应当冲压安全防护网;6.7作业台架照明设备使用36v安全电压;
6.8作业人员不得穿化纤工作服进入作业面,应着棉质服装外套反光背心;6.9爆破
15min后,检查人员方能进入掌子面检查;经检查确认安全后机械进场,由专人指挥找顶,清除松动石块;
6.10喷气砼所有作业人员必须佩戴口罩,喷气手还应当佩戴脸部防护罩,展开喷气作业时,距离喷气点5m范围内严禁东站人,避免回转小石子伤人。

7.环保措施
7.1施工引发的“废烟、废气、废水”的排放量及废物的堆满达至规定标准;7.2隧
道内施工用水及地下水由排水沟排泄洞外,经过三级结晶合格后方能够排出选定地表水体;
7.3爆破后立即进行通风、洒水,尽快减少粉尘污染及对人体的危害;7.4喷射砼采
用湿喷工艺,提高喷射砼强度质量、减少回弹,减少喷射砼粉尘对人体造成的伤害。

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