大断面隧道台阶法施工技术

中铁五局二公司江阴海港大道项目经理部大断面隧道施工技术简介张祖林2014年1月10日台阶法与双侧壁导坑法优缺点4工程概况1施工方案选择2工艺流程对比3施工中需注意事项

5目

录1工程概况江阴市海港大道凤凰山隧道（全长442m）、秦望山隧道（左线全长700m，右线全长665m）均属于大跨度、小净距、浅埋隧道。最大开挖宽度17.21m，隧道呈扁平状，平均开挖断面达165m2。隧道地质为粉砂岩、砂岩，局部夹少量泥岩，单层厚2-10cm，其中泥岩为软质岩石，而粉砂岩为较坚硬岩石，其中浅埋段为中等风化，深埋段为微风化。隧道围岩以IV、V级围岩为主，隧道进出洞采取φ108超前大管棚支护，洞内采取Φ42超前小导管注浆，全环型钢拱架、喷锚支护。隧道于2012年11月开始施工，2013年7月12日开挖支护全部完成，共计用时251天。凤凰山隧道、秦望山隧道按一级公路双向六车道标准设计，采用分离式双洞单向行驶方案，主要技术标准如下：设计行车速度为80km/h；隧道建筑限界：净宽14.5m、净高7.8m、建筑限界高度5.0m，如图1所示。图1隧道建筑限界及内净空断面图图2秦望山隧道进口洞口开挖2.1隧道围岩设计参数原设计施工方法为V级围岩采用双侧壁导坑法开挖，各级围岩复合式衬砌支护设计参数见表1所示：表1隧道围岩复合式衬砌支护设计参数表2施工方案选择由于受总体工期的影响，采用原设计的开挖方法无法在给定的时间内贯通，经施工单位提议，业主、监理、专家组一起论证后，洞口段30m范围采用双侧壁导坑法施工，其余段落采用三台阶法施工。图3秦望山隧道左洞进口2.2断面分割及施工顺序（1）双侧壁法将工作面围岩分割成6块，如图4所示。图4双侧壁法施工断面图双侧壁法施工顺序：左导坑上部开挖支护→左导坑下部开挖支护→右导坑上部开挖支护→右导坑下部开挖支护→中导坑上部开挖支护→中导坑下部开挖支护。图5隧道进口处双侧壁导坑施工

图6双侧壁法右导坑上部开挖支护图（2）台阶法分割成3块，如图7所示。图7台阶法施工断面图台阶法施工顺序：上台阶开挖支护→下台阶开挖支护→仰拱开挖支护。根据本隧道的地质条件和原设计支护参数，按三台阶法施工能加快进度，超欠挖容易得到有效控制，施工质量得到提高。3.1台阶法施工工艺流程图8台阶法施工工艺图3工艺流程对比3.1.1主要操作要点（1）断面测量利用全站仪与水准仪进行测量放样，对隧道周边眼、辅助眼、掏槽眼等精确放样。（2）钢架及锚杆等的加工加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出加工大样。钢架弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺。要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm；型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm。型钢钢架各单元必须明确标出类型和单元号，并分单元堆放于地面干燥的防雨蓬内。锚杆构件由材料供应商统一供货，经检验合格后可以根据围岩级别选用相应的锚杆进行安装。（3）超前支护洞口段采用长30m，外径Φ108mm，壁厚8mm的热轧无缝钢管超前支护，钢管尾端焊接与套拱内工25a工字钢上。暗洞内采用长4.5m，外径Φ42mm，壁厚4mm的热轧无缝钢管超前支护，钢管尾端焊接在初期支护内工22a工字钢上，按设计要求钻孔、顶管、注浆，待注浆液达到设计强度后即可开挖上台阶掌子面围岩，施工中注意保证超前钢管搭接长度大于1.0m。超前支护是软弱围岩隧道施工质量的控制关键，施工中应严格控制开挖进尺，每循环均控制在1-2榀钢架间距左右，保证超前支护的有效性。图9上台阶超前支护（4）上台阶开挖及支护采用全站仪将上台阶断面轮廓线、隧道中线、法线、爆破孔眼（周边眼、辅助眼、掏槽眼、底板眼）测量放样于工作面上。根据经批准的爆破设计方案钻孔、洗孔、装药、爆破，每次爆破开挖进尺控制在1-2m，即1-2榀钢架间距。上台阶开挖高度5.0m，以确保挖掘机、装载机等能进入工作面作业。图10上台阶周边眼装药图11上台阶初期支护上台阶开挖完成后及时进行初期支护。采用“初喷-锚杆-钢筋网-钢架-钢筋网-复喷”的施工顺序施作初期支护。系统锚杆采用Φ25中空锚杆，纵×环间距为75cm×100cm；钢筋网为φ8双层网片，网格尺寸为20cm×20cm；喷射混凝土为28cm厚C25混凝土。施工时注意每榀钢架锁脚锚杆的施作，锁脚锚杆为长6mΦ25中空锚杆，锚杆方向与铅垂线夹角控制在45°以内，尾部与钢架焊接牢固。（5）下台阶开挖及支护下台阶滞后上台阶工作面30m时开始开挖，开挖进尺长度与上台阶进尺相同，最大进尺长度不得大于3榀钢架。施工时必须做到左右两侧交错进行，错开距离为5m，以防止喷射混凝土强度达到规范要求前开挖下台阶。开挖后及时支护，支护参数与上台阶相同。图11下台阶开挖支护图12下台阶开挖支护（6）分段开挖仰拱及支护下台阶开挖支护完成后及时开挖仰拱，开挖进尺长度控制在6m以内，并按设计要求及时支护封闭成环。（7）断面检测开挖断面检测是控制隧道超欠挖的有效手段，可采用隧道断面仪成图进行检测，也可利用全站仪放样设计轮廓线与实际轮廓线进行对比，后一种方法更为实用，但成图效果不佳。初期支护断面检测主要采用隧道断面仪检测，可以兼作监控量测的辅助手段，能直观反映整个弧形圆顺情况及初期支护变形情况，根据多次断面测量对比可以调整隧道预留沉降量，既确保了工程质量又在经济上得到了有效控制。（8）监控量测为确保施工及结构安全，必须做好现场监控量测工作。施工阶段隧道监控量测主要是对隧道开挖后围岩变化情况及支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见