隧道微台阶开挖施工工法

1、IV、V级围岩隧道微台阶开挖施工工法1、/ 4刖B新奥法隧道施工方法自上世纪六十年代末被引入到我国，七、八十年代得到迅 速发展，九十年代开始被广泛应用，是当前使用最广泛的隧道施工方法。新 奥法施 工一般有全断面法、台阶法、分部开挖法。全断面法开挖主要适用于Is i【级硬 质围岩；台阶法主要适用于】H、IV、V级中等硬度围岩；分部开挖法主要适用于V、 VI级以下软弱围岩地质条件。台阶法施工乂分为长台阶、短台阶法，对于自稳较好 的HI、IV级围岩常采用长台阶法，上台阶长度超过50m；短台阶法适用偏软的IV、 V级围岩，上台阶长度为5s50m；围岩稳定性较差时，台阶长度应控制在一倍洞径。近年来，国内

2、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(TB10304-2009)规定：IH级围岩中仰拱与掌子面的距离不 得超过90%IV级禺岩不得超过50%V级及以上圉岩不得超过40nl.铁道部关于 进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设讣施工有关技术规定的通知(铁建设 20101120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:

3、隧 道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环，IV、V、VI级圉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级圉岩二衬 与掌子面距离不大于70mo无论圉岩的稳定性如何，采用长台阶法施工，都难以满足上述工序安全距离的 强制性规定；采用长度大于20m的短台阶法施匚时，受变台阶处交通和仰拱 施工作 业空间要求的限制，工序安全距离仍然会超标；采用长度小于20m的短台 阶法施工 时，虽然能满足工序安全距离的要求，但因为上台阶作业空间窄小，工 序间相互干 扰严重，机械设备的工作效率大大受阻，施工进度缓慢。本文所介绍的IV、V级圉岩隧道微台阶开挖施工工法，

4、有效地解决了上述问题，即保障了隧道施_1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、喷栓作业使用，不需增加其它设备；3. 2上下台阶同时钻眼、放炮、出磴；4. 3土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 同时进行喷栓作业；5. 4开挖作业占用空间减少，工序间相互干扰降低，仰拱、二衬等后继工序距 掌子面的距离可控制在30-35m,满足强制性规定要求；6. 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

5、 前提下，若采用短台阶法施工，V级圉岩月进度最快能达70m；采用微台阶法施工， 月进度可保证80s90叫围岩变化不大、工序衔接正常情况下，月进度最快可达90%3 .适用范围主要适用于设计建议台阶法施工的围岩段。4 .工艺原理隧道微台阶开挖工法山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、同时出磴，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。5 .施工工艺流程及操作要点5. 1微台阶法开挖及支护作业工艺流程如图5.lo5.

6、 2操作要点5.2.1上下台阶长度、高度确定：上台阶长度为3s5米，高度为4.0米，下台 阶高度为6. 2m,微台阶法开挖立面、纵断面图见图5. 2. lo5. 2. 2施工台架加工微台阶施工台架可用原有的半断面或全断面施工台架改装而成，需要在台架掘进前进方向增加悬臂操作平台,参见图5.2. 2-1图5. 2. 2-2o:进入下二循环）图5.1微台阶法开挖及支护作业工艺流程说明玻科就超本图尺寸除注明外-其余均以厘米计.2、晚逆开挖支护采用两台阶形式.1治阶悬谟4米-卜台阶岛度62米.图5. 2.微台阶法开挖立面.纵断面图衬窈爻抄1.本图尺寸以米计.2、孵消开松守护采川的台阶形式T:台阶居144

7、来-下台阶高由6. 2米-开挖工况示意图说明1.2、本圈尺寸以米计隧逆开轮支护采用微台阶彤式,1.台阶筒皮4米-下台阶高皮6. 2米出硅工况示意图图5. 2. 2-1微台阶法工况示意图说明K本图尺寸除注明外.工余均以型来计.2、建道开挖支护采用两台卷形成上台帅海度4米卜.台阶高度6上来3、开挖台果上要采用I他匚字钢作为主骨架.采用118钢.4、站人'Y台满说钢筋网,钢筋网王骨架采用吧州筋爪余采用的钢筋网冢问SlauOcn.5、图中120b表示用1Mb匚字钢进行戏合.5. 2. 3爆破设计图5. 2. 2-2微台阶施工台架结构示意图IV级围岩微台阶施工爆破设计图flliv级IM岩微介阶施

8、L：爆破设计图】、木I尺寸一付均以“来牝:、狗祐坏进尺 4 ? frWH4151 个 Kfruvnok：，I. Kfruv的粘瞅提；1： 为达：拈较丸华：阳4U3£x.-I.怙SHXno分忖5 » 120分悴用460分忖诂*X）分性. TO-S ，/rr Q式 FT，寸am1050Z0:1s211X531：6r一n*：5i 10o,«Mt “饭目音彳爰台K嗥咏设计制图图5. 2. 3-1IV级围岩微台阶施工爆破设计图V级围岩微台阶施工爆破设计图拘迪逆图14 SSV级御岩做台阶施I：爆破设计图说切1. 4. ff lKJAKO?jf>r KU.«.

9、ASU r：工 ax. I3. Hlf i卜作“h的敞I ：为i6DJI叩i. t ；分 M iDK50>rtf > .卜仁.仙队吒平 I tVrtMU/i 卜 R WafimVi <H»O5>f 舒力一'Cl BVJ&9M1>3XIt *.Ml冷 2I1143v盘滋岩致G处堵破设汁图 的38图5.2. 3-2 V级围岩微台阶施工爆破设计图5. 2. 4施工顺序说明（1）IV级围岩每循环开挖进尺2nV级围岩每循环开挖进尺0.8m；（2）平行作业工序为：卜.台阶初喷、打锚杆、立架、挂网工序与出磴工序 同时进行，上台阶喷栓与下台阶初喷、打锚杆

10、、立架、挂网同时进行；6.设备与材料6. 1隧道微台阶法开挖、支护主要设备参见下表:隧道单口作业面设备配置表序号机械称及型号数量备注1挖掘机21台备用2装载机（侧卸）23碗罐车（6m3）21碗湿喷机（TK500）1一台备用L(X出磴运输车（19T以上）72台备用6风钻YT28338台备用7空压机（22m3）18混凝土输送泵1初支时可不用合计557. 2主要材料隧道微台阶法施匚主要根据圉岩类别设置挂网喷磴、格栅钢架或型钢钢架 等, 按设计情况提前准备到位即可，本文不列计。7质量控制7.1 钻孔：钻眼时严格按爆破设计布孔，由于上台阶拱脚处易出现欠挖或超挖， 该处周边眼加密布置，控制在35s40cn

11、）之间，掏槽眼采用楔形掏槽；8. 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；9. 3起爆顺序：掏槽眼一辅助眼一周边眼一底板眼，底板眼可较常规装药量大， 目的是起到抛磴作用；10. 喷射磴：为确保喷射碗的强度质量，采用湿喷磴，湿喷绘的坍落度控制 在 12-16cm,同时还可降低粉尘和回弹量。8 .安全控制8.1. 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桶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_1中必须严格控

12、制下台阶的开挖进尺；8.2. 工序施工质量必须满足设汁及规范的有关要求，喷射碗背后严禁存在 空 洞现象；8.3. 因掌子面存在个别工序间的交义作业，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；8.4. 开挖台架移动过程中，台架周边10米范围严禁站人。台架行走路面尽 量 平顺，以防台架在移动过程中倾覆。8.5. 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；8.6. 6台架作业平台周边应焊接安全防护网；8.7. 7作业台架照明采用36V安全电压；8.8. 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；8.9. 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；8.10. 10喷射栓所有作业人员必须配戴口罩，喷射手还应配戴脸部防护罩，进行喷 射作业时，距离喷射点5nl范围内不得站人，防止回弹小石子伤人。9 .环保措施9.1. 施工引起的“废烟、废气、废水”的排放及废物的堆放达到规定标准；9.2. 隧道内施工用水及地下水山排水沟排出洞外，经过三级沉淀达标后方能 排 入指定地表水体；9.3. 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；9.4. 喷射磴采用湿喷工艺，提高喷射绘强度质量、减少回弹，减少喷射栓粉 尘 对人体造成的伤害。10 .效益分析10.