隧道两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法研究

肖华 程明前

1. 中铁一局集团第五工程有限公司 陕西 宝鸡 721000；

2. 中交天和机械设备制造有限公司 江苏 常熟 215500

1 工程概括

郑万高铁湖北段ZWZQ-8标位于湖北省境内，正线全长36.002km，主要工程为四隧（特长隧道2座，即新华隧道18770m、兴山隧道全长10085m）三桥一车站。隧道工程总长34.035km，占标段总长的94.5%。本线隧道工程大力推行机械化作业，ZWZQ-8标4座隧道目前已配置10台全电脑三臂凿岩台车。根据设计图纸要求，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用台阶法开挖，开挖高度约5米，台阶长度3～5米，无法满足机械化作业配置的机械空间需求。

1.1 施工工法概况

隧道两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法是 在传统的两台阶法开挖工法基础上进行了衍化，即将上台阶开挖高度加大至7米，下台阶与仰拱一次开挖。

1.2 主要引用依据

①《郑州至万州铁路湖北段指导性施组》；②《铁路隧道工程施工技术指南》；③《高速铁路隧道工程施工技术规程》。

2 工艺工法特点

本工法使隧道掌子面有足够的作业空间和较快的施工速度，能较早地使支护闭合，有利于开挖面的稳定和控制其结构变形及由此引起的地面沉降。

缺点是上下部作业有互相干扰，下部作业时对上部稳定性有一定影响，下台阶开挖会对围岩进行扰动。

3 适用范围

本工法主要适用于加强型机械化配置隧道作业面掌子面围岩稳定性较好及以上的地段（含采取超前支护措施后稳定的开挖工作面），一般用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段。

4 工艺原理

隧道洞身采用钻爆法施工时，隧道两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法就是将隧道结构断面分成两个部分，按上下断面两个工作面分步开挖，利用初期支护和岩体自身的承载能力达到稳定。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

主要工艺流程说明：①纵向分上下台阶开挖，确保掌子面围岩稳定；②下台阶与仰拱同时开挖；③利用凿岩台车上下断面同时打眼、同时爆破；④在下部出碴的同时，快速施做上半断面的初期支护，封闭围岩；⑤严控上下台阶长度，实现初期支护快速闭合成环。

5.2 操作要点

（1）光面爆破参数通过试验确定，根据现场爆破效果不断进行调整，严格控制超欠挖。

（2）施工中及时进行监控量测，如实分析数据信息，判断围岩稳定情况，从而调整围岩支护参数，确定二次衬砌的最佳施做时间，正确指导后续工程施工。

（3）台阶长度、高度应根据现场围岩条件和施工机械所需空间综合确定。

6 劳动力组织

本工艺要求24小时连续作业，因此需两班倒或三班倒，每班根据凿岩台车数量确定，一般一台凿岩台车配置3人，现场配置1个安全员。7 机具设备

以洞身开挖及初期支护为例，单工作面需要的主要机具设备如下：全电脑三臂凿岩台车2台、装载机1台、挖掘机1台、湿喷机械手1台、拱架安装机1台、注浆机1台。

8 质量控制

（1）隧道开挖初期支护应及时施作并封闭成环。

（2）加强型机械配置工作面隧道洞身开挖循环进尺，Ⅲ级围岩控制在3.0～4.0m，Ⅳ级围岩控制在2.0～3.0m，最终根据试验段总结参数确定。

8.1 施工中易出现的质量问题

爆破施工易出现超欠挖。

8.2 质量措施

通过不断地对钻爆设计优化，达到控制超欠挖的目的，过程中加强管控。

（1） 质量控制。①检查炮眼的深度和斜率。②检查炮眼的间距。③检查装药量。

（2）质量检验。根据隧道的开挖断面尺寸，眼孔位置按爆破设计位置开孔，位置偏离不得大于5cm。周边眼孔距不得大于40cm，外插角度不大于1～3°。

9 安全措施

（1）在设计施工前应摸清被爆介质的情况，详尽掌握有关资料，优化爆破参数，慎重选择炮位，精心施工。

（2）所有钻爆作业人员必须佩戴安全帽，脚穿防滑绝缘鞋，持证上岗。

（3）在爆破前30分钟必须设立安全警戒，距离不得小于200m，并吹口哨鸣叫，通知所有的机械、人员撤到安全警戒范围之外。

（4）待炮响经通风后，由现场爆破员入场查看有无盲炮。确认无盲炮后，其他人员方可入内。如有盲炮，必须把处理方法上报有关部门，得到批准后，方可进行。

10 效益分析

根据施工总结，隧道两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法比传统的台阶法施工明显提高了施工进度，大大提供了机械的施工功效，具有明显的经济效益。

11 应用实例

郑万高铁湖北段ZWZQ-8标楚烽隧道2#横洞正洞目前正在采用隧道两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法施工。

11.1 工程简介

楚烽隧道为双线单洞隧道，全长8708m，最大埋深424m。楚烽隧道2#横洞与正洞相交，位于线路前进方向左侧，2#横洞全长390m。

目前楚烽隧道2#横洞已完成施工，该工作面为加强型机械化配置，正洞施工正在采用隧道两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法施工。

11.2 施工情况

楚烽隧道2#横洞为加强型机械化配置，正洞已完成洞身开挖施工210米，目前正洞掌子面为Ⅲ级围岩，采用隧道两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法施工。

11.3 工程效果评价

自楚烽隧道2#横洞正洞2017年10月采用两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法施工至今，Ⅳ级围岩开挖支护日进尺为3米，Ⅲ级围岩开挖支护日进尺为3.8米，较传统台阶法施工进度明显提升。

12 结束语

两台阶施工下部带仰拱一次性开挖工法既确保了围岩稳定，又最大限度地减少了施工工序，减少了下部开挖对围岩的扰动次数，同时又能充分发挥凿岩台车的快速钻孔优势，因此将极大地提高施工功效，提高隧道的掘进速度。