微台阶工法在软弱围岩隧道中的应用

戴长云

中铁广州工程局三公司 广东省肇庆市 526000

【摘要】在隧道开挖施工过程中，如何快速，安全有效的掘进成为隧道控制的关键，通过在隧道施工中不断实践，从传统的台阶法开挖施工工法中演变出微台阶施工工法，微台阶工法的应用，为隧道安全步距的控制提供了有效的施工空间，在初支快速成环中提供了时间的保证，在不同围岩级别的施工工法的转换过程中减少了窝工，减少了施工台架的搬运，微台阶在软弱围岩隧道施工提供了安全、经济等效益。 【关键词】 微台阶，初支成环，工法转换，安全步距 一、前言 随着中国铁路的发展，隧道在铁路线路中占比越来越大，在铁路施工过程中，施工地质条件越来越复杂，隧道往往是控制路线工期的控制点。在围岩情况复杂隧道施工中，如何快速有效的在不同围岩转换施工方法， 减少工法转换时间成为地质复杂隧道施工管理的一个关键点。 在磨万铁路Ⅱ标段隧道施工过程中，隧道地质复杂，围岩变化快，结合隧道台阶法，在施工过程中形成微台阶施工工法，能快速的在不同围岩中转换工法，减少了长台阶施工转换时间，有效的加快隧道施工进度，也更好的控制了隧道的安全步距。 二、工程概况 磨万铁路第Ⅱ标段， 里程范围 DK52+929 ～ DK119+977 ， 线路长度66.95Km ，线路穿越乌多姆赛省，沿涂经过孟赛、孟阿等城镇，设置班华楠 站、孟塞站、楠暖河站、班那科站、孟阿站，其中桥梁工程 9.577Km ，占线

路总长的 14.3%；隧道工程 44.345Km，占线路总长的 66.24%；路基工程13.028Km，占线路总长的 19.46%。

标段内共有隧道 19 座，正线长度 44345m ，辅洞长度 6727m；其中正线 Ⅲ级围岩 8099m ，占总量 18.3 %，Ⅳ级围岩 20666m ，占总量 46.6%，Ⅴ级围 岩 15073m，占总量 34%。

三、工法特点

1、能快速转换工法，迅速形成全断面到台阶法的转换、台阶法到全断面的转换，减少工法转换时间，加快施工进度。

2、台阶短，占用隧道有效施工区域少，能有效的保证安全步距的要求

3、采用一个开挖台架便可满足整个隧道的全断面、台阶法的施工

四、适用范围

单线隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩，尤其适用围岩转换频繁隧道施工。

五、工法原理

微台阶施工工法由台阶法演变而来，通过缩短台阶距离，使各工法转换加快，可利用一个整体台架实现各工法的使用。

工艺参数：台阶长度 3-5m，台阶高度 5.8m，三台阶台阶高度 2-3m。

六、施工工艺

1、施工工艺流程

图1-1 微台阶施工工艺流程图

2、微台阶法施工

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   2. 台架设计加工

根据工况特点，台架采用悬臂式整体台架，悬臂式整体台架法在全断面台架基础上改造完善，整体移动方便，工法转换灵活，适用于隧道围岩情况转换频繁。

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      2. 悬臂式整体台架设计加工

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采用悬臂式整体台架应根据围岩情况确定台阶长度（即悬臂长度），台阶过短掌子面容易失稳，上台阶钢拱架拱脚容易悬空，台阶过长悬臂端过长容易失稳（需配重或增加后端平衡支撑），或过于笨重不便操作。

悬臂式整体台架设计加工，主要考虑台架下能通行机械：装载机、挖掘机、混凝土运输车、自卸汽车、湿喷机械手等。平台高度根据隧道净空高度，两侧操作平台以方便两侧钻炮眼为宜。整体式台架要求加工材料刚度较大，能满足装载机移动不致于台架变形。

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      3. 悬臂式整体台架工法转换

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悬臂式整体台架微台阶在不周围岩级别中工法转换灵活，开挖台架在

全断面台架上部加长改造，改造时需在台架后部增加平衡支撑，保证台架不前倾。

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   3. 爆破设计、钻眼、装药、台架退出、爆破

根据现场不同的工程地质条件，结合开挖断面、掘进循环进尺、钻眼机具和爆破器材等进行钻爆设计。施工中需根据上一循环爆破效果不断调整爆破参数。当上、下台阶装药完成后，退出台架、起爆。

2.3 出渣

爆破后先将上、下台阶的渣用挖掘机挖至下台阶外，用挖机或装载机将台架及拱架分别运至上台阶（组合式台架），上台阶开始立拱架同时下台阶开始出渣。下台阶出渣至仰拱位置，以便于边墙安装钢架时人员操作方便，仰拱部分渣待边墙钢架安装后再挖装运弃。

2.4 安装拱架

上台阶安装拱架时应将拱架中心点画出并与拱部围岩上测量中线标高定位准确，拱架两拱脚位置测量定位，整个拱圈准确定位并固定。打好锁脚锚管（杆），待拱部钢架钢筋网安装好后即可进行超前小导管钻孔、安装， 如下台阶钢架还未立完可进行炮眼钻孔工作直至下台阶钢架安装完成。喷射混凝土时将已打好的炮眼进行临时封堵保护。

2.5 喷射混凝土

钢架安装完成后退出作业台架，湿喷机械手就位，根据机械手的作业半径范围确定上、下台阶的喷射作业顺序。

喷砼完成后退出湿喷机台架就位进行钻眼作业，进入下一循环。 3、质量保证措施

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   2. 控制隧道开挖，不欠挖，尽可能少超挖，超挖过大容易形成初支

背后空洞。下台阶开挖时应注意控制开挖面的垂直度，防止上台阶钢架拱脚悬空榀数过多，形成安全隐患。

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   3. 严格控制钢架的加工尺寸，特别是联接钢板的角度，确保各节段间钢架联接后，两联接板密贴。

   4. 上台阶拱架安装时拱脚应支垫实，现场采用可重复使用的钢板支垫，拱脚严格按设计打设锁脚钢管，并用“L”形钢筋与钢架焊接牢固。

   5. 钢架间严格按设计焊接纵向连接钢筋，钢筋网片严格按设计要求进行搭接。

   6. 上、下台阶拱架联接时若两联接角钢面不密贴时应，应采用钢板进行垫塞并加焊牢固。

   7. 机械手喷射混凝土严格按照分层喷射施工方法，减少回弹量；喷射混凝土严禁现场加水，如坍落度不满足要求时，可适当添加减水剂。

   8. 仰拱安装钢架前应将基底松渣清除干净，有水地段应在施工段前端设置积水坑，喷射混凝土时应将积水抽排干净，防止混凝土终凝前积水浸泡影响混凝土强度。

   9. 开挖过程中应根据围岩级别及稳定情况，控制开挖循环进尺。

七、效益分析

1、经济效益

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   2. 工法转换时间短

本工法在隧道施工过程中实现从微台阶到全断面工法转换只需1天就 能完成，传统台阶法实现工法转换3-5天，工法转换过程中耽误实现全工序作业，耽误施工进度；当从全断面转换成台阶法施工中，传统台阶法需要 施工台架的转换，微台阶法可采用整体台架实现各工法作业减少台架转换。

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   3. 施工空间大，施工进度快

通过采用微台阶法开挖，缩小各工序衔接时间差，加快施工进度，减少了人员、设备窝工：施工空间大，安全步距容易控制，减少因步距引起的掌子面停工。

八、应用实例

在磨万铁路第Ⅱ标段施工的努瓦山隧道，该隧道全长 8176m，正线Ⅴ级围岩 1320 米，占全隧 16%；Ⅳ级围岩 3976 米，占全隧 49%；Ⅲ级围岩 2859 米，占全隧 35%。由于该隧道开工较晚，通过微台阶工法的使用已赶上先开工工点。通过努瓦山隧道，现已在全标段各隧道工点推广使用，尤其在那科村隧道，旺科村二号隧道等长大隧道中效果尤为显著。

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