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1、臺階法施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0102-2011第五工程有限公司 趙繼平1 前言1.1 工藝工法概況臺階法開挖是將隧道設計斷面分成兩次開挖（不包括仰拱），其中上臺階超前一定距離后,上下臺階同時并進的施工方法。臺階法開挖法是隧道施工中采用最多的開挖方法，主要適用于、級圍巖,同時在地質條件較差的級圍巖也可采用臺階法開挖（級圍巖在采取超前支護、臨時仰拱等有效支撐手段且監控量測數據未發生的異常的情況下慎重使用）.臺階法施工圍巖適應性強，便于挖掘機、裝載機、自卸汽車等大型機械設備聯合施工，施工進度快,穩定性好。臺階法簡單分為長臺階法、短臺階法、三臺階法，長臺階法上臺階長度3550m，下2、臺階長度20m，整個斷面分為上下兩個臺階分別進行開挖、出渣、支護施工（在上臺階可使用多功能平臺進行鉆眼爆破和支護施工),相互干擾小,支護及時，施工進度快，月進尺可達120150m現在較少采用；短臺階法上臺階長度為57m，一般適用于地質條件較差的級圍巖,上臺階洞渣需通過機械轉運至下臺階，開挖及支護作業需人工搭設施工平臺，上下兩個臺階施工相互干擾較大，但利用及時施做仰拱封閉成環，縮短襯砌與掌子面距離，月進尺可一般為90100m.本工法主要講述上下短臺階法施工. 以雙線鐵路隧道為例，隧道設計開挖高度10.8m,開挖面積100.5m2，上臺階超前下臺階57m,上臺階進行鉆眼過程中下臺階進行裝碴及運輸作3、業，爆破后由挖掘機將上部洞碴挖運至下臺階，上部安裝鋼架及打設錨桿過程中下部集中裝碴運輸，在裝碴作業完成后施做下部兩側鋼架及錨桿，上下臺階同時進行初期支護噴射砼作業，后部仰拱及襯砌緊跟開挖掌子面施工。1.2工藝原理將隧道設計斷面分成兩部開挖（不包括仰拱），其中下臺階隨上臺階同步施工,同時仰拱、二次襯砌緊跟下臺階，由于下臺階距離掌子面距離較短,為后部仰拱及襯砌緊跟開挖掌子面創造了良好的空間作業環境,尤其適合于在圍巖較差時初期支護及二次襯砌及時封閉成環。2 工藝工法特點地質條件較差時采取上下短臺階法施工，采用人工組裝平臺進行開挖、支護作業，設備配置簡單，上下臺階同時鉆孔和起爆，達到隧道同時開挖掘進的4、目的，同時可保證開挖后及時完成初期支護，在快速施工的同時能夠有效保證施工安全。上下短臺階施工時上下臺階相互干擾較大，施工中要解決好上下臺階施工干擾問題.3 適用范圍本工藝工法適用、級圍巖地段修建的鐵路、公路隧道施工（級圍巖在采取超前支護、臨時仰拱等有效支撐手段且監控量測數據未發生的異常的情況下,可慎重使用臺階法施工）。4 主要引用標準4。1 客運專線鐵路隧道工程施工技術指南(TZ214)、客運專線鐵路隧道工程施工質量驗收暫行標準(鐵建設2005160號）、鐵路隧道施工規范（TB10204）、新建鐵路鐵路工程測量規范(TB 10101）、客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規定（鐵建設20071895、號)。4.2 設計圖紙、合同文件。5 施工方法 隧道在、級圍巖地段采用短臺階法施工,開挖采用光面爆破技術,組裝臨時平臺配合人工YT-28風動鑿巖機鉆眼，初期支護采用格柵鋼架+錨桿+鋼筋網+噴射砼聯合支護體系。隧道開挖分為上臺階、下臺階、仰拱三個部分分部開挖:上臺階長度57m，每循環進尺2.43m（級圍巖循環進尺3m，級圍巖循環進尺2。4m，與格柵鋼架間距相對應）；每循環進尺不超過2榀鋼架間距,下臺階左右兩側錯開間距大于2榀鋼架間距;仰拱每次開挖及支護長度6m，每組仰拱填充砼澆筑長度12m，仰拱距掌子面距離不大于50m，襯砌距掌子面距離不大于90m。6 工藝流程及操作要點6。1施工工藝流程施工工6、藝流程見圖1，工藝流程圖見圖2上、下臺階測量放樣上、下臺階鉆眼、爆破通風上臺階扒碴上臺階立架打設錨桿噴射砼封閉施做仰拱監控量測下臺階裝碴下臺階立架打設錨桿施做防排水、二次襯砌 圖1 臺階法施工工藝流程圖 圖2 臺階法施工工序布置圖6。2 操作要點6。2.1施工準備 1風、水管、電線敷設、施工便道、施工場地布置，機械設備、人員配置、材料準備、修建防排水設施、修建環保、水保設施。2根據設計資料詳細分析了解工程地質、當地水文地質情況,制定合理的施工方案和施工措施,制定施工監控量測方案及沉降觀測計劃。6。2。2施工步驟、級圍巖隧道采用短臺階法施工工藝，上下臺階采用人工鉆眼，光面爆破技術，裝載機配合大型7、自卸車裝渣運輸，施做初期支護具體施工步驟如下： 1 上臺階開挖,開挖作業高度4.9m，挖掘機裝碴，人工搭設簡易作業平臺，鉆眼、裝藥、起爆，每循環進尺2.43m,安裝格柵鋼架、鋪設鋼筋網，并打設42鎖腳錨管進行固定(長度3.5m)，打設L系統錨桿，鋼架底部不密實或懸空時，在鋼架底部安裝砼墊塊。2 利用上臺階挖掘機扒碴及安裝鋼架、鋪設鋼筋網時間同步在下臺階采用裝載機配合自卸汽車出碴，出碴完畢后安裝下臺階鋼架、鋪設鋼筋網、打設42鎖腳錨管進行固定（長度3。5m），打設系統錨桿。3 上下臺階同時噴射砼封閉。 4 開挖仰拱，每循環開挖長度6m，施做初期支護，澆筑仰拱砼,每組仰拱砼澆筑長度12m。仰拱施工8、期間采用自制棧橋保持車輛通行。5 整體液壓模板臺車就位（臺車長度12m)，灌注拱墻襯砌砼。6.2。3監控量測監控量測,可掌握圍巖變化規律及支護結構的力學狀態和穩定程度,判斷支護參數設置是否合理，因此必須加強監控量測，切實做到“勤量測”。主要施工監測項目見下表1:表1 監控量測項目表序號量測項目量測方法和儀器測點布置測量頻率測量精度1水平收斂量測收斂計、反射膜片配合全站儀每1030m一個斷面,上下2條基線4個點5mm（01B)2次/d；15（12B）1次/d；0.51 (12B)1次/23d；0.20.5 （25B）1次/3d；0.2 (5B）1次/7d。0.1mm2拱頂下沉水準測量的方法，水準9、儀、鋼尺等每1030m一個斷面，1個點1mm注：B-隧道開挖寬度，-變形速速7 勞動力組織 見表2某單工作面（雙線隧道）勞動力組織表，供參考.表2 單工作面（雙線隧道）勞動組織表（三班）序號工作項目作業內容人數1開挖開挖工35風鎬手2裝載機司機3挖掘機司機3自卸車司機142初期支護格柵加工6鋼筋網片加工2鋼架安裝10噴射混凝土25混凝土攪拌運輸罐車司機53砼生產混凝土攪拌機司機3裝載機司機2機械修理工24襯砌砼工245測量及其他技術員2測工66其他隊長1技術負責人1質檢工程師1專職安全員2試驗員2電工3修理工2空壓機司機3調度3輔助人員58 主要機具設備采用短臺階法施工可在圍巖較差的情況下充分10、發揮上下臺階平行作業的特點，施工進度快，工期有保證。根據機械工作能力和實際工作量,某單個工作面主要機械設備配備如表3，供參考。表3 單工作面主要機械設備配備如表序號工序名稱機械名稱機械類型單位數量備注1開挖電動空壓機20m3臺520m32風動鑿巖機YT28臺253裝碴運輸挖掘機CAT320C臺24裝載機WA470臺25自卸汽車15T臺46噴射混凝土濕噴機TK961臺62臺備用7混凝土拌合機JS1000A臺18砼運輸罐車6m3臺49輸送泵HBT60C-1816臺260m3/h10模板臺車臺111供電變壓器S9-630/35KVA臺312S9-630/10KVA臺513通風設施軸流通風機NAF1211、.5-220臺114測量及量測全站儀1臺1水準儀蘇光臺19 質量控制9.1易出現的質量問題9。1。1爆破效果不理想，周邊輪廓不圓順，形成大的超欠挖。9.1。2開挖進尺過大，周邊超挖值大。9。1。3下臺階開挖高度過高，不利于鉆眼作業，炮眼方向不易與隧道線路方向平行，炮眼間距不能有效控制. 9。1。4噴射砼厚度不足、鋼架未與隧道走向垂直，初期發生變形。9.2保證措施9.2。1周邊眼采用25小藥卷竹片連接間隔裝藥,控制周邊眼線性裝藥量不超過0.2kg/m。9。2.2在下臺階鉆眼時人工搭設2.0m高簡易平臺,控制鉆眼方向及炮眼間距滿足鉆爆設計要求，并在已完成的炮眼中插入直木棍，作為其它周邊眼的參照，控12、制鉆眼方向與隧道軸線一致.嚴格控制開挖進尺，對隧道鉆爆設計實行動態化管理，及時調整炮眼深度、裝藥量、炮眼間距等鉆爆參數，達到光面爆破的目的。9。2.4控制鋼架安裝質量，鋼架間距誤差要求在10cm內,錨桿間距誤差在15cm內,錨桿錨入圍巖長度不小于設計長度的95%，鋼筋網片搭接長度誤差在5cm內,將鋼架安裝垂直度控制在2以內；沿隧道環向預埋短鋼筋，控制噴射砼厚度不小于設計值材料采購前對分供方進行評定，選擇合格的分供方廠家購料。所購材料必須附有說明書、合格證、技術檢驗證等質量證件，并滿足工程要求。進入工地的主要材料嚴格按規定和設計要求把關，所有廠制材料須有出廠合格證和必要的檢驗、試驗單.對進場料、13、設備按技術質量標準、樣品進行嚴格檢驗，并事先確定重點檢驗料。9。2.8嚴格按配合比施工,控制好水灰比，控制和使用各種添加劑。10 安全措施10.1主要安全風險分析短臺階法施工隧道開挖要注重圍巖塌方、掉塊等安全風險的評估，提出相應的風險處理措施,編制施工應急預案。10。2保證措施10。2。1進洞人員必須戴安全帽，特殊工種應持證上崗。10。2.2堅持安全交底制度和安全學習制度，提高全員安全意識。10.2。3施工中應嚴格控制施工步距,保持掌子面到仰拱距離不超過50m,襯砌距離掌子面不超過70m.10。2.4堅持進行監控量測,及時對量測數據進行整理、分析,實行監控量測日報制度，每天將監控量測報表發送至14、現場施工主要管理人員，便于現場及時采取相應加強措施。10。2.5施工中發現不安全因素時，應暫停開挖,加強支護措施.10。2.6加強洞內電力、通風、排水管線路的管理,防止漏電、漏風傷人。10。2。7編制隧道防坍塌應急預案,并組織管理人員與作業班組進行應急演練。做好洞內外文明施工，保證良好的施工環境。11 環保措施11。1開始施工前，必須進行環境因素識別,確定重要環境因素，制定相應的管理方案；11。2臨時工程及場地布置應采取措施保護自然環境；11.3隧道棄碴場坡面按設計進行復墾或綠化,碴頂整平滿足設計要求，坡腳進行防護，防止水土流失；11.4施工場地布置時，在水源保護地區內不得取土、棄土、破壞植被15、等，不得設置攪拌站、洗車臺、充電房等，并不得堆放任何含有害物質的材料或廢棄物；11。5施工廢水、生活污水和生活垃圾不得隨意排棄，并在生活區、生產區及洞門口設置污水處理池，生活污水或生產及洞內廢水經過污水處理池處理后排放到指定地點。12 應用實例12。1工程簡介由中鐵一局集團第五工程有限公司承建的東秦嶺隧道位于陜西省藍田縣灞源鄉境內，是西安南京鐵路西安合肥段的重點控制工程.隧道為電氣化級雙線鐵路,右側設與正洞平行的導坑（即平導)輔助正洞施工，正洞起迄里程為DK95+278DK107+546，全長12268m;平導起迄里程為DyK95+253DyK107+523，全長12270m.圍巖主要為石英巖16、片麻巖，節理發育較發育。隧道設計開挖開挖寬度10。8m，開挖面積100。5m2 。采用臺階法施工，級圍巖地段支護參數：拱墻均設置格柵鋼架，間距1榀 / 1.2m，噴射C25混凝土拱墻18cm厚，拱墻設置8鋼筋網片，網片規格25cm25cm，錨桿長度L=3。0m，間距1.21。0m（環縱）,梅花型布置，二次襯砌厚度為40cm厚C30混凝土。圖3 級圍巖襯砌斷面圖12。2施工情況 東秦嶺隧道設計（含變更設計)共有1192m為級圍巖，采用短臺階法施工，單口月平均進度105m. 采用臺階法施工,上下臺階獨立作業，施工干擾小，開挖進尺2.4m,每循環開挖3。5小時（含人工搭設鉆眼平臺0。5小時)，上臺17、階挖掘機扒碴1。5小時(下臺階裝碴1小時），上臺階安裝格柵鋼架、錨桿、鋼筋網5小時（下臺階裝碴3小時，下臺階安裝格柵鋼架、錨桿、鋼筋網2小時）,噴射砼（上下臺階平行作業)5小時,每循環需要16小時，每天可完成1.5個循環.下部開挖時應注意左右兩側錯開2榀鋼架間距。12。3工程結果評價東秦嶺隧道全長12268m,平道超前正洞施工開創多個正洞工作面，在2001年實現正洞成洞3017m，平導成洞3279m，創國內特長鐵路隧道年度施工進度新紀錄，工程竣工后被評為鐵道部火車頭優質工程一等獎及國家優質工程銀獎。圖4 上臺階多功能臺架就位 圖5 開挖成型臺階圖6 上下臺階法施工及棧橋布置 圖7 三臺階法施工及棧橋布置