基于軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱肚穩(wěn)定性及其控制技術(shù)

簡單闡述在軟弱圍巖地層條件下隧道施工過程中臺階法的運用,并根據(jù)目前存在的一些問題進行分析,概括出導致拱腳沉降現(xiàn)象出現(xiàn)的影響因素,并且針對這些因素提出提高其穩(wěn)定性的控制手段.

本文針對鐵路隧道施工流程中的細化工序進行分析，其間配合數(shù)值驗證技巧，對軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩(wěn)定性控制手段實現(xiàn)科學總結(jié)。驗證資料體現(xiàn)為：實際施工流程中拱角沉降和水平收斂作用明顯；施工過程中的大部分變形問題主要由拱角結(jié)構(gòu)圍巖屈服作用引起，尤其在臺階施工法機理中，此類結(jié)構(gòu)的破壞效果會隨著臺階高度提升而引起拱腳局部位置失去平衡效用，同時這類隱患長期放縱還會導致整體剪切失穩(wěn)結(jié)果。因此需要利用現(xiàn)場拱腳變形效果作為線索依據(jù)，分別選取不同關(guān)節(jié)節(jié)點實現(xiàn)長、短等臺階施工方案，并透過各類高度模式下極限位移的最終結(jié)果進行對比觀察，提煉出改善環(huán)節(jié)中的必要基礎(chǔ)穩(wěn)定條件，為后期施工人員安全和施工質(zhì)量提供切實保障，避免不必要的經(jīng)濟成本投入。

為了適應我國經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展,交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不斷走向了完善,而道路隧道施工技術(shù)也實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,其中針對軟弱圍巖隧道施工的臺階法應運而生。臺階法是目前軟弱圍巖隧道施工領(lǐng)域的常用技術(shù),其施工效果同時也引起了社會和業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。文章結(jié)合臺階法施工技術(shù)的工藝特點和工藝流程,分析臺階法施工過程拱腳沉降機制和軟弱圍巖隧道拱腳穩(wěn)定技術(shù)。

通過對隧道軟弱圍巖地段變形規(guī)律的歸納,概括當前控制軟弱圍巖變形的對策,結(jié)合都貴德勒隧道施工實踐,就臺階法施工軟弱圍巖隧道時如何保證拱腳穩(wěn)定性提出幾點思考建議,以期能為類似工程提供參考。

本文主要簡單介紹了軟弱圍巖隧道臺階施工工程的相關(guān)內(nèi)容，對軟弱圍巖隧道拱腳變形的特征進行了分析，探討了軟弱圍巖隧道臺階施工中拱腳穩(wěn)定性的有效控制技術(shù)，以保障軟弱圍巖隧道臺階施工水平，提高其施工質(zhì)量和效益。

以新建武廣鐵路客運專線xxtjⅴ標成鏡塘隧道施工為例,介紹了軟弱圍巖地質(zhì)(ⅳ、ⅴ級)大斷面客運專線隧道三臺階環(huán)形開挖法的施工技術(shù)。實踐證明:此項技術(shù)較好地完成了武廣客運專線境塘隧道施工任務(wù),為今后類似工程提供了有益的借鑒和指導。

針對大斷面淺埋隧道穿越圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育、圍巖完整性差的復雜地質(zhì),簡述了ⅴ級圍巖大拱腳臺階法施工工藝、施工質(zhì)量控制要求,總結(jié)了大拱腳臺階法在軟弱圍巖地質(zhì)隧道中取得的成功經(jīng)驗和良好的實踐效果,以期指導工程實踐。

針對鐵路客運專線大斷面山嶺隧道,穿越圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育、圍巖完整性較差的復雜地質(zhì),在總結(jié)傳統(tǒng)三臺階施工工法的經(jīng)驗基礎(chǔ)上,貴廣鐵路隧道開挖采用大拱腳臺階法施工工法施工,在總結(jié)施工實踐的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上形成了本工法。主要闡述大拱腳臺階法工序流程、施工工藝、操作方法、施工質(zhì)量控制的技術(shù)要求,成功應用在隧道施工中保證了工程質(zhì)量和安全,提高了施工效率,降低了成本、節(jié)約了資源,為今后類似隧道工程施工提供借鑒經(jīng)驗。

在隧道施工過程中,評價圍巖穩(wěn)定性是一項重要工作。結(jié)合廣東某隧道工程狀況,利用有限元軟件模擬了隧道的動態(tài)開挖過程,分析了開挖過程中圍巖應力和應變的變化規(guī)律,并對施工過程中位移量較大及應力集中現(xiàn)象比較明顯的部位進行了劃分,確定了施工現(xiàn)場重點監(jiān)測和支護區(qū)域,確保施工過程中圍巖的穩(wěn)定性和安全性。

————————————————————————————— 隧道臺階法施工工藝 山西中南部鐵路通道zntj-4標隧道設(shè)計開挖施工方法ⅲ、ⅳ級 圍巖采用臺階法施工；深埋ⅴ級圍巖采用三臺階法，并增設(shè)臨時仰拱， 每兩榀設(shè)一道；淺埋、斷層破碎帶ⅴ級圍巖結(jié)合超前預加固措施采用 三臺階（臨時仰拱）法。為更準確的進行臺階法施工，保證隧道施工 安全質(zhì)量，按照鐵道部、晉豫魯鐵路通道股份公司近期文件和參照設(shè) 計圖紙、施工規(guī)范、技術(shù)指南，編制我標隧道臺階法施工工藝。 一、編制依據(jù) 1、鐵建設(shè)〔2010〕120號《關(guān)于進一步明確軟弱圍巖及不良地 質(zhì)鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》； 2、鐵建技〔2010〕352號《關(guān)于進一步加強鐵路隧道設(shè)計施工 安全管理工作的通知》； 3、中南鐵籌〔2010〕56號關(guān)于印發(fā)《山西中南部鐵路通道線 下工程施工技術(shù)規(guī)定》（試行）的通知； 4、晉豫魯鐵工〔2011〕64

隧道臺階法施工詳解 1、長臺階法 臺階長度l≥5b，b為洞室的寬度。甚至可以上臺階先貫通，即為“半斷面法”。 特點：進度快，僅次于全斷面法。 適用于：?！〖墖鷰r。 上臺階先貫通在現(xiàn)實中存在風險尤其是山體呈現(xiàn)偏壓狀態(tài)時尤其小心，做好兩側(cè)洞口以避免洞內(nèi) 變形量過大。 2、短臺階法 臺階縮短：（1～1.5）b≤l＜5b, 特點： ①支護閉合時間加快，圍巖穩(wěn)定性增加； ②臺階縮短加大了對下臺階施工的干擾。 適用于：ⅳ、ⅴ級圍巖 當長臺階法出現(xiàn)支護變形量過大的時候，應該停止掌子面施工，下臺階跟進落底形成短臺階模式。 只要設(shè)計支護強度沒問題，下臺階落底之后能十分有效的控制圍巖的變形。它掘進慢的原因就在 于仰拱緊跟其后。圍巖等級為4級的時候單次開挖進尺不宜大于2m，當圍巖為5級的時候一次 進尺不得大于兩品拱架1m-1.5m具體情況視圍巖而定。 3、超短臺階法 上

以昆明西北三環(huán)崗頭隧道為例,較系統(tǒng)地介紹3線大跨隧道軟弱圍巖臺階法施工經(jīng)驗,重點闡明臺階斷面的設(shè)計要點和施工工藝控制要點,強調(diào)超前地質(zhì)預報和監(jiān)控量測的重要性,總結(jié)臺階法成功的關(guān)鍵因素及其對管理上的要求,可為類似工程施工提供參考。

本文根據(jù)實例詳細介紹了大斷面淺埋軟弱圍巖隧道采用三臺階七步施工技術(shù)的具體施工方法、施工工藝以及控制要點。該法在解決隧道施工難度大、施工工期緊等方法具有良好的作用，確保整個隧道工程施工的安全高效的開展。

以石太鐵路客運專線活寶山隧道施工使用三臺階法鉆爆開挖為例,介紹了軟弱圍巖三臺階法的鉆爆開挖、支護、噴錨等施工工藝,并與crd法作了簡單比較,指出三臺階法在大斷面軟弱圍巖中能夠保證安全,且降低造價,縮短工序循環(huán)時間,具備較大的優(yōu)點,值得推廣應用。

超大斷面軟弱圍巖隧道施工過程中,采用臺階法施工方案容易引起大面積塌方,但是可以有效縮短施工工期,從安全性的角度出發(fā),臺階法施工特別是作為臺階法核心問題的臺階高度選擇值得進一步分析。依托蘭渝鐵路兩水隧道,采用三維數(shù)值仿真手段,分別建立臺階高度取h/3,h/2,2h/3和最大寬度處模型,模擬了鐵路隧道在極軟弱圍巖中采用臺階法施工選擇不同臺階高度的施工過程,對比不同臺階高度下隧道的拱頂沉降、水平收斂和掌子面擠出變形,揭示了臺階法施工過程中圍巖力學效應的演化規(guī)律,并最終得出最優(yōu)臺階高度,為工程施工提供參考。

30 隧道臺階法施工作業(yè)流程圖 上臺階測量來畫開挖輪廓線布炮眼 鉆炮眼 裝藥爆破 清危排險 初噴混凝土 通風灑水 出碴 噴射（鋼纖維）砼到設(shè)計厚度 立鋼架支撐及施作錨桿 開挖下臺階噴錨支護 模筑混凝土 穩(wěn)定性安全檢查 監(jiān) 控 量 測

采用有限元數(shù)值分析方法,對新寶塔山隧道的ⅳ級圍巖段臺階法動態(tài)施工過程進行模擬分析,得到每一步開挖過程圍巖的位移場和應力場以及支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力,通過數(shù)值計算結(jié)果可以對隧道施工過程中圍巖的狀態(tài)進行預測,進而指導施工方案及開挖順序的確定,同時通過對支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析判斷其設(shè)計參數(shù)是否合理可行。分析和實測結(jié)果表明:新寶塔山隧道的ⅳ級圍巖段采用臺階法施工過程中圍巖基本穩(wěn)定,支護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)選擇是合理可行的。

針對特大斷面隧道穿越煤系含炭質(zhì)頁巖夾層的地層,而且圍巖破碎,節(jié)理發(fā)育,圍巖完整性較差,為了保證隧道安全、快速施工,結(jié)合現(xiàn)場施工實踐,介紹了針對ⅴ級圍巖應用大拱腳臺階施工工法施工,并加強圍巖量測,超前地質(zhì)預報,勤檢測瓦斯的技術(shù)措施,總結(jié)了大拱腳臺階法在軟弱圍巖地質(zhì)隧道中取得的成功經(jīng)驗和良好的實踐效果。

根據(jù)臺階法施工隧道的圍巖變形特點與隧道位移監(jiān)測的實際需要提出一種公路隧道圍巖變形預測模型,即斷面開挖后兩周以內(nèi)利用四維新陳代謝gm(1,1)模型進行短期預測,該期間通過控制每天變形量以達到指導開挖與支護的目的;兩周以后利用回歸分析法進行遠期預測與最終位移量預測,該期間主要通過控制最終下沉量以達到指導開挖與支護的目的。結(jié)合京化高速黃羊山3號隧道的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)利用模型中的兩種預測方法進行預測,預測結(jié)果證實了本模型的合理性和可行性。

通過曼歇2號隧道中導洞開挖中的地質(zhì)素描和資料收集,依據(jù)掌子面和兩壁出露的地質(zhì)體的巖性、節(jié)理、巖體結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)構(gòu)造特征等綜合特征,沿其走向、傾向和傾角的延伸推斷工作面短距離前方的地質(zhì)情況,應用赤平投影分析法對正洞的圍巖穩(wěn)定性和邊坡的變形破壞做出定性和定量分析,從而預測兩側(cè)正洞的地質(zhì)情況,對連拱隧道上、下行線正洞的施工予以指導和控制,進而達到短期預報的目的。

xx隧道臺階法施工技術(shù)交底書 單位：xx項目隊編號：xx 交底單位xx項目隊接受單位xx 工程名稱xx隧道施工日期xx 內(nèi)容： 考慮到圍巖裂隙及節(jié)理發(fā)育情況，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)節(jié)臺階數(shù)，將下臺 階再分成兩個臺階，從而形成三臺階開挖法。上臺階開挖采用yt－ 28風鉆鉆孔，二臺階和下臺階采用自制鑿巖臺架和yt－28風鉆鉆孔. 采用楔形掏槽，硝銨炸藥（有水時采用乳化炸藥），塑料導爆管毫秒 微差起爆。鉆眼深度控制在2.0m，預計循環(huán)進尺1.6m。開挖中，臺 階長度控制在15～20m，每循環(huán)進尺1.6m，每天2個循環(huán)，全斷面平 均月進尺96m。施工工序見圍巖施工工序圖。 隧道初期支護采用工字鋼架、網(wǎng)噴混凝土、中空錨桿及砂漿錨桿。 出碴完成后，初噴混凝土4cm厚，然后進行網(wǎng)、錨、噴支護作業(yè)，支 護緊跟開挖，以確保施工安全。 錨桿采用yt-28氣腿式

以在建塔吉克斯坦—中國邊境公路改擴建工程杜尚別至丹加拉段喬爾馬克扎克隧道工程為背景,通過對典型濕陷性黃土隧道的施工,結(jié)合設(shè)計、施工方面的實際經(jīng)驗,對濕陷性黃土隧道開挖過程中所采用的微三臺階法施工及注意事項進行了闡述,并根據(jù)圍巖性質(zhì)重點討論了濕陷性黃土隧道的開挖施工方法,旨在對以后同類工程提供一些參考。