三台阶临时仰拱法在软弱围岩隧道中的应用

精品文档-下载后可编辑三台阶临时仰拱法在软弱围岩隧道中的应用【摘要】通过大断面软弱围岩隧道工程实践，分析三台阶临时仰拱法的施工优点，结合青荣城际铁路韩家隧道的施工，介绍了三台阶临时仰拱法施工的工艺和流程。

【关键词】软弱围岩；大断面隧道；三台阶临时仰拱

目前，铁路双线隧道施工主要采用的还是矿山法施工为主，断面大都接近或超过100m2，属于大断面隧道。但在修建过程中，传统的施工方法（如CRD法、三台阶七步法等）在施工过程中逐渐暴露出施工进度慢的不足。经过实践证明，三台阶临时仰拱法在修建大断面软弱围岩隧道是一种先进的快速施工方法。

1、三台阶临时仰拱法的特点及优势

1.1施工空间大，可以引入大型施工机械多作业面平行施工，工效高，采用弱爆破或机械开挖，对围岩的扰动小。

1.2可以依据围岩状况灵活的调整各台阶的施工长度，通过临时仰拱和仰拱及时封闭成环，在安全的前提下，进度稳定，工期保障性强。

1.3爆破作业可多工作面进行，充分利用作业空间。

1.4初期支护工序操作便捷，当围岩变形较大或突变时，可尽快完封闭成环，增加围岩自稳，减少初期支护变形。

2、工程概况及施工难点

韩家隧道是青荣城际铁路全线的重点工程，属客运专线双线隧道，轨道线间距4.6m，隧道全长2445m，隧道最大埋深85.5m，最小埋深3米，穿越地层主要为中生代燕山期石英二长岩，呈粗粒结构、块状结构，全～弱风化，节理裂隙与风化裂隙发育。DK298+110～DK298+300为V级围岩浅埋段，岩体破损，DK298+850～DK299+040、DK300+115～DK300+550为V级围岩浅埋段，岩体及其破碎，属于风化线接触带。隧道地表有两个水塘，常年积水，地表水位1.3～18.4m，基岩裂隙水赋存于洞身基岩节理裂隙中，雨季赋水丰富。

综合以上分析，充分考虑安全、进度的要求，韩家隧道软弱围岩段采用三台阶临时仰拱法施工。

3、工艺原理

三台阶临时仰拱法是采用2层短台阶，1层长台阶，分部平行开挖的施工方法。初期支护封闭及混凝土仰拱及时施做形成稳固的初期支护体系，保护围岩的自身承载力，有效控制初值支护变形，通过监控量测数据反馈指导施工，及时调整支护参数和二次衬砌混凝土的施工时间。

4、施工工艺

4.1三台阶临时仰拱法开挖方法（见图1）

（1）第一步

1）开挖①部（上台阶）；2）施作①部的初期支护。初喷4cm厚的混凝土铺设钢筋网片架立型钢钢架安装锁脚锚管（与钢架牢固焊接）打设径向锚杆复喷混凝土至设计厚度底部安装临时仰拱（I18临时钢架）喷射10cm混凝土封闭临时仰拱。

（2）第二步

滞后①部3～5m距离，拆除①部2榀I18临时钢架，开挖②部，开挖进尺为2榀钢拱架间距（1.2m）。施工工艺同第一步。

（3）第三步

1）在滞后于②部3～5m距离后，拆除②部2榀I18临时钢架，开挖③部，开挖进尺为2榀钢拱架间距；2）边墙初喷4cm厚的混凝土铺设钢筋网片架立型钢钢架钢架拱脚设置28b槽钢支垫（φ29的连接螺栓与钢架连接，拱脚连接钢板与槽钢之间设置橡胶垫板）安装锁脚锚管打设边墙锚杆复喷混凝土到设计厚度。

（4）第四步

1）错开③部10～20m开挖④部的仰拱，施作仰拱钢架，每循环开挖进尺控制在2～3m；2）初喷混凝土找平施作仰拱钢架复喷混凝土至设计厚度封闭成环。

（5）第五步

浇筑Ⅳ部仰拱及Ⅴ部仰拱填充（仰拱与仰拱填充分开施作）。

4.2施工工艺流程

三台阶临时仰拱法施工工艺流程如图2所示。

4.3施工技术

⑴隧道施工采用的三台阶临时仰拱法，自上而下分三台阶进行开挖，每开挖一级台阶应及时施做钢拱架、锚喷支护。在上台阶开挖滞后3～5米开挖阶，阶开挖滞后3-5米开挖下台阶，下台阶开挖按循环不超过3米进行，开挖后立即施做钢拱架初期支护。阶及下台阶开挖两侧边墙开挖错开同一断面，交替进行。

⑵各台阶开挖，周边棱廓先应尽量保持圆顺，减小应力集中。

⑶各台阶开挖面应保持与钢拱架连接处高程基本保持一致。

⑷仰拱开挖后，及时施做初期支护封闭，滞后10-20米施做仰拱及填充混凝土（仰拱及填充混凝土分次施作）。

⑸二次衬砌施工依据监控量测的数据分析结果，收敛值达到设计要求后，采用衬砌台车一次性浇筑混凝土。

4.4初期支护施工

初期支护是采用系统锚杆、钢拱架、钢筋网片及喷射混凝土组织的联合支护体系结构。为保证围岩的自身承载力，初期支护应在开挖后及时施作。

⑴喷射混凝土施工。初喷混凝土应在开挖后立即进行，以减少围岩暴露时间。喷射作业应分段分片、分层依次进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱（墙）脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在0.6～1.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。

⑵钢拱架安装。钢拱架在洞外加工，加工前在平整的水泥地面上放出钢拱架1：1大样图，然后根据大样进行钢拱架的加工制作、试拼装。初喷完成后及时安设钢拱架，永久支护采用I20a型钢，纵向间距60cm。临时仰拱采用I18工字钢，纵向间距1.2m。每榀钢拱架安装时，要测量人员准确定位，轮廓要符合设计要求，保证净空尺寸。为保证钢架整体受力，设置Φ22纵向连接钢筋，环向间距0.8m。为减少钢支撑的沉降及整体受力，永久支撑拱脚安装28b槽钢支垫。

⑶系统锚杆施工。在钢支撑施工完毕后进行系统锚杆施工，拱部采用长度为4.0m，φ25mm中空注浆锚杆，纵环间距为1.5（纵）×1.5（环）m，墙部采用φ22mm砂浆锚杆长度4.0m，纵环间距为1.2（纵）×1.2（环）m，呈梅花型布置。各台阶拱脚位置设置不少于两根锁脚锚杆。

⑷监控量测。按设计要求进行拱顶下沉及周边收敛位移测量，通过监控量测数据分析及时反馈现场，调整支护参数和确定临时支护的拆除时间，以及二次衬砌的施工时间。

⑸超前支护施工。韩家隧道V级围岩破碎、浅埋段，超前支护采用中管棚加超前小导管预支护。洞内中管棚采用φ89mm的无缝钢管，管棚环向间距40cm，管棚之间设φ42，壁厚3.5mm的超前小导管。

4.5仰拱施工

⑴隧底开挖应采用全幅分段施工，每循环开挖长度不超过3m，应及时清除虚渣、泥浆等，立即初喷4cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

⑵仰拱每循环浇筑长度宜为6～12m。仰拱混凝土分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置背贴式、中埋式橡胶止水带。

⑶仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100%后允许车辆通行。

4.6二衬衬砌

按设计要求挂设土工布、防水板，全断面液压钢模衬砌台车，泵送混凝土浇筑二次衬砌。

5、三台阶临时仰拱法的注意事项

三台阶临时仰拱法有利于大型机械的作业，体现快速、灵活的施工特点，但施工过程中应注意一下问题：（1）三台阶临时仰拱法施工的台阶长度应着重控制，既要有利用大型机械设备开展的作业空间，又要保证隧道施工的安全，因此台阶的长度依据围岩的状况适当调整。（2）三台阶临时仰拱法施工仰拱的施工时关键工序，是将围岩在开挖后初支尽早封闭成环，