台阶法施工在高速公路隧道施工中的应用探讨王彬--中国期刊网

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台阶法施工在高速公路隧道施工中的应用探讨王彬

发表时间：2020/1/13 来源：《防护工程》2019年18期作者：王彬

[导读] 台阶法属于新兴的一种隧道开挖施工方法，通过调整台阶长度几乎可以使台阶法适用于所有地层。

四川汶马高速公路有限责任公司四川成都武侯区 610000
　　摘要：台阶法作为隧道施工中最常用的方法，技术非常成熟，配合机械施工或爆破等手段，施工效率高，经济性好。在本文当中具体针对某高速公路隧道项目进行了分析，探讨了在该项目中台阶法的具体应用，分析了台阶法施工需要注意的关键点。
　　关键词：高速公路隧道；台阶法施工；关键点
　　
　　
　　台阶法属于新兴的一种隧道开挖施工方法，通过调整台阶长度几乎可以使台阶法适用于所有地层，是目前适用性最广的一种隧道施工方法，在本文当中重点依托具体的工程案例来对台阶法进行详细的分析讨论。其中对台阶施工法的具体策略予以描述，希望能够给业界同仁起到一定的参考作用。
　　一、工程概况
　　（一）米亚罗3号隧道项目基本情况
　　工程隧道段为四车道高速公路，设计行车速度80km/h，隧道建筑限界10.25×5.0m。隧道内公路路面设计为公路Ⅰ级，防水等级二级，二次衬砌混凝土抗渗等级S8以上。隧道规模大，分左右洞和横洞，左洞长度4200m，其中Ⅳ和Ⅴ级围岩长度分别是2784m，1371m，占比分别为67%和33%。右洞总长4277m，其中Ⅳ和Ⅴ级围岩长度分别是2852m，1404m，占比分别为67%和33%。横洞长332m，Ⅳ和Ⅴ级围岩长度分别是140m和74m。隧道最大埋深285m，由变质砂岩、板岩、千枚岩构成，局部岩体完整性好，变质砂岩岩质硬，岩爆可能性小，千枚岩为软质岩，赋存于变质砂岩、板岩夹缝中，单一层厚度比较小，大形变可能性小，但存在中厚层千枚岩以及炭质板岩，生烃能力强，较大概率发生瓦斯突出问题。
　　（二）隧道项目施工工艺
　　隧道施工按新奥法原理组织施工，隧道开挖采取台阶法+普通钻爆的形式，施工中严格按照短进尺、弱爆破、快封闭、强监测原则组织施工，分开挖、支护、监控量测、防水、衬砌五个专业平行流水作业。
　　本工程中隧道明洞段使用明挖法开挖，地下部分均以新奥法原理组织施工，Ⅳ级围岩段使用台阶法，Ⅴ级围岩段则使用弧形导坑预留核心土法以及加宽段使用单侧壁导坑法开挖。开挖施工中使用建议台架配人工手持钻机进行钻爆作业，配备一台挖机和1台侧卸式装载机装渣，配6台自卸汽车出渣。
　　项目围岩软弱，支护使用超前砂浆锚杆以及超前小导管支护，同时配合杠精网喷射砼以及钢拱架支护。
　　防水板铺设采用无钉铺设工艺，衬砌仰拱超前，使用仰拱栈桥保护，拱墙一次成型，拱墙使用全断面液压钢模台车一次浇筑，使用的混凝土集中拌制，确保质量满足要求。
　　二、台阶法施工及注意事项
　　（一）台阶法施工要求
　　本工程中隧道单洞净宽10.25m，净高5.0m，使用的台阶法为上下台阶法，开挖循环进尺要求不得超过两榀拱架间距，台阶长度以洞宽的1~1.5倍为基准，本工程中上台阶取10.25~15m，下台阶取15~20m。开挖顺序为先上台阶开挖做支护，然后开挖下台阶。根据本工程实际情况，施工前必须要进行超前的地质预报，确定施工前方地质情况，以便调整台阶长度和支护方案保证安全，一般围岩越差，封闭时间要求越短，台阶的长度就必须要缩短，总体上就是要保证台阶法施工中初期支护要尽快闭合，如果是软弱围岩闭合时间越短越好，如果围岩较好可以同样要保证闭合时间越短越好，但可以延长台阶长度，主要目的是在保证安全的前提下提高施工效率，保证施工经济性。
　　（二）台阶法钻爆作业
　　台阶开挖采取人工钻孔爆破的方法，要求多打眼，少装药，短进尺，强支护，快锚喷以及强监测，爆破用材必须为正规厂家的合格产品，且必须经过检查后方可进入隧道，洞内外接触爆破器材的人员必须身穿棉布或抗静电工作服，爆破人员必须对爆破器材性能了如指掌。本工程存在瓦斯突出，可能要求使用安全等级三级以上的煤矿许用炸药以及毫秒延期电雷管，注意电雷管最后一段延期时间必须在130ms内，电雷管必须是同品种、同生产厂家、同批次产品。为保证进尺，爆破作业的关键是掏槽眼，为控制钻炮眼数量，如果围岩相对比较稳定不需要留核心土时将掏槽设计为楔形。上、下台阶装药参考如下两个数据表。
　　

采取湿式钻孔，先开水后开风，密闭粉尘，避免出现火花，作业人员要穿戴绝缘工作服，炮眼深度0.6m以上，最大抵抗线0.3m以上。根据测量放样结果确定炮眼位置，人工使用风动凿岩机钻孔，钻至设计要求孔深清除孔内杂物，由专业爆破人员装药，装药形式为连续装药，雷管布置于最后一节炸药中，雷管外部装药卷。炮眼深度在0.9m以下时，装药长度为实际炮眼深度的二分之一，若大于0.9m，装药长度为实际炮眼深度的三分之二。炮眼未装药部分必须要用水泡泥填充封堵。
　　爆破网络采取串联连接方式，接头必须相互扭紧，明线必须包裹绝缘后悬空，母线与电缆应分别悬挂于隧道两侧，若必须悬挂在同一侧则间距必须在0.3m以上，母线使用绝缘性好，柔软的铜芯线，随用随挂，不得固定，长度必须满足安全距离要求，放炮前所有人员必须全部撤出洞外，在洞外起爆，爆破后通风至少30分钟，工作人员要带相应防护装备进入掌子面进行检查，应急预案必须准备充分，待确定可进入施工后施工人员方可进入作业面进行下一个循环的开挖。
　　（三）初期支护
　　爆破后洞内环境可施工时，使用防爆型装载机装渣，防爆型自卸货车运渣，石渣必须要洗湿。出渣后立即对断面层进行初喷，及时封闭，钢拱架支护在洞外完成预制加工后试拼装，合格后运输至现场使用螺栓连接形成初期支护，钢拱架与钢筋网施工完成后进行复喷，混凝土喷射要求平整光滑。初期支护必须要保证通风顺畅。
　　（四）衬砌
　　仰拱开挖后施做一层50mm厚的混凝土层，混凝土强度要求C180，有钢拱架段再施做一层260mm厚混凝土层形成仰拱初支，然后铺设防水层，防水层要兼作本工程中瓦斯隔离层，全封闭结构，与衬砌闭合。防水板无钉，采取冷粘法连接防水板。如果需要使用热熔焊接必须在洞外进行。衬砌采取模板台车以及混凝土输送泵直接一体浇筑成型。
　　（五）瓦斯问题
　　本工程中地质条件可能会发生瓦斯突出问题，上述对台阶法施工的分析绝大多数都是以控制瓦斯突出为主要目的。瓦斯突出隧道施工中最怕火，不管是开挖、支护都必须要控制火。每个班组进入隧道前必须组织安全交底以及安全培训，强调瓦斯突出隧道施工的注意事项，必须要强调机电、爆破、摩擦、明火等的防治规定以及措施，施工中宁愿牺牲施工效率，也不能急躁，必须稳扎稳打。施工前必须对隧道内瓦斯情况进行检查，保证通风系统正常运行，所有施工人员要携带必要的防护用具和通讯工具进入隧道。现场必须要基于通讯系统进行联动，如若发现异常必须能够快速响应启动应急措施，保证施工安全。
　　结束语：
　　综上所述，台阶法作为隧道施工中应用最广泛的一种施工方法，技术是非常成熟的，同时台阶法的开挖也会与一些其他的开挖方法进行配合比如光面爆破等等，在本文中针对具体的工程项目进行了研究分析，依托项目对台阶法的具体应用做出了细致讨论，希望可以为隧道施工中台阶法的运用提供一些理论参考意见，为台阶法施工的不断发展提供助力。
　　参考文献：
　　[1]刘喆,何平,张安琪，等.土体力学参数随隧道施工动态变化对地层扰动影响的研究[J].现代隧道技术,2017,54(4):131-136.
　　[2]马凤伟.三台阶法隧道施工关键施工技术研究[J].科技创新导报,2018,15(14):24-25,27.
　　[3]赵静波.基于Hoek-Brown准则的开挖台阶长度力学特性研究[J].现代隧道技术,2014,51(5):66-70,77.