基于軟弱圍巖隧道臺(tái)階法施工中拱肚穩(wěn)定性及其控制技術(shù)

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

本文針對(duì)鐵路隧道施工流程中的細(xì)化工序進(jìn)行分析，其間配合數(shù)值驗(yàn)證技巧，對(duì)軟弱圍巖隧道臺(tái)階法施工中拱腳穩(wěn)定性控制手段實(shí)現(xiàn)科學(xué)總結(jié)。驗(yàn)證資料體現(xiàn)為：實(shí)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(tái)階施工法機(jī)理中，此類結(jié)構(gòu)的破壞效果會(huì)隨著臺(tái)階高度提升而引起拱腳局部位置失去平衡效用，同時(shí)這類隱患長(zhǎng)期放縱還會(huì)導(dǎo)致整體剪切失穩(wěn)結(jié)果。因此需要利用現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)、短等臺(tái)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(jìn)行對(duì)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(shí)保障，避免不必要的經(jīng)濟(jì)成本投入。

為了適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,其中針對(duì)軟弱圍巖隧道施工的臺(tái)階法應(yīng)運(yùn)而生。臺(tái)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(shí)也引起了社會(huì)和業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。文章結(jié)合臺(tái)階法施工技術(shù)的工藝特點(diǎn)和工藝流程,分析臺(tái)階法施工過程拱腳沉降機(jī)制和軟弱圍巖隧道拱腳穩(wěn)定技術(shù)。

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

本文主要簡(jiǎn)單介紹了軟弱圍巖隧道臺(tái)階施工工程的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)軟弱圍巖隧道拱腳變形的特征進(jìn)行了分析，探討了軟弱圍巖隧道臺(tái)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(tái)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(yùn)專線xxtjⅴ標(biāo)成鏡塘隧道施工為例,介紹了軟弱圍巖地質(zhì)(ⅳ、ⅴ級(jí))大斷面客運(yùn)專線隧道三臺(tái)階環(huán)形開挖法的施工技術(shù)。實(shí)踐證明:此項(xiàng)技術(shù)較好地完成了武廣客運(yùn)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(dǎo)。

針對(duì)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(fù)雜地質(zhì),簡(jiǎn)述了ⅴ級(jí)圍巖大拱腳臺(tái)階法施工工藝、施工質(zhì)量控制要求,總結(jié)了大拱腳臺(tái)階法在軟弱圍巖地質(zhì)隧道中取得的成功經(jīng)驗(yàn)和良好的實(shí)踐效果,以期指導(dǎo)工程實(shí)踐。

針對(duì)鐵路客運(yùn)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(fù)雜地質(zhì),在總結(jié)傳統(tǒng)三臺(tái)階施工工法的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,貴廣鐵路隧道開挖采用大拱腳臺(tái)階法施工工法施工,在總結(jié)施工實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上形成了本工法。主要闡述大拱腳臺(tái)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(yīng)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(yàn)。

在隧道施工過程中,評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性是一項(xiàng)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(dòng)態(tài)開挖過程,分析了開挖過程中圍巖應(yīng)力和應(yīng)變的變化規(guī)律,并對(duì)施工過程中位移量較大及應(yīng)力集中現(xiàn)象比較明顯的部位進(jìn)行了劃分,確定了施工現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和支護(hù)區(qū)域,確保施工過程中圍巖的穩(wěn)定性和安全性。

————————————————————————————— 隧道臺(tái)階法施工工藝 山西中南部鐵路通道zntj-4標(biāo)隧道設(shè)計(jì)開挖施工方法ⅲ、ⅳ級(jí) 圍巖采用臺(tái)階法施工；深埋ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階法，并增設(shè)臨時(shí)仰拱， 每?jī)砷O(shè)一道；淺埋、斷層破碎帶ⅴ級(jí)圍巖結(jié)合超前預(yù)加固措施采用 三臺(tái)階（臨時(shí)仰拱）法。為更準(zhǔn)確的進(jìn)行臺(tái)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(jì)圖紙、施工規(guī)范、技術(shù)指南，編制我標(biāo)隧道臺(tái)階法施工工藝。 一、編制依據(jù) 1、鐵建設(shè)〔2010〕120號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地 質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知》； 2、鐵建技〔2010〕352號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工 安全管理工作的通知》； 3、中南鐵籌〔2010〕56號(hào)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(tái)階法施工詳解 1、長(zhǎng)臺(tái)階法 臺(tái)階長(zhǎng)度l≥5b，b為洞室的寬度。甚至可以上臺(tái)階先貫通，即為“半斷面法”。 特點(diǎn)：進(jìn)度快，僅次于全斷面法。 適用于：?！〖?jí)圍巖。 上臺(tái)階先貫通在現(xiàn)實(shí)中存在風(fēng)險(xiǎn)尤其是山體呈現(xiàn)偏壓狀態(tài)時(shí)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(tái)階法 臺(tái)階縮短：（1～1.5）b≤l＜5b, 特點(diǎn)： ①支護(hù)閉合時(shí)間加快，圍巖穩(wěn)定性增加； ②臺(tái)階縮短加大了對(duì)下臺(tái)階施工的干擾。 適用于：ⅳ、ⅴ級(jí)圍巖 當(dāng)長(zhǎng)臺(tái)階法出現(xiàn)支護(hù)變形量過大的時(shí)候，應(yīng)該停止掌子面施工，下臺(tái)階跟進(jìn)落底形成短臺(tái)階模式。 只要設(shè)計(jì)支護(hù)強(qiáng)度沒問題，下臺(tái)階落底之后能十分有效的控制圍巖的變形。它掘進(jìn)慢的原因就在 于仰拱緊跟其后。圍巖等級(jí)為4級(jí)的時(shí)候單次開挖進(jìn)尺不宜大于2m，當(dāng)圍巖為5級(jí)的時(shí)候一次 進(jìn)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(tái)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(tái)階法施工經(jīng)驗(yàn),重點(diǎn)闡明臺(tái)階斷面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工工藝控制要點(diǎn),強(qiáng)調(diào)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)的重要性,總結(jié)臺(tái)階法成功的關(guān)鍵因素及其對(duì)管理上的要求,可為類似工程施工提供參考。

本文根據(jù)實(shí)例詳細(xì)介紹了大斷面淺埋軟弱圍巖隧道采用三臺(tái)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(diǎn)。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(gè)隧道工程施工的安全高效的開展。

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

超大斷面軟弱圍巖隧道施工過程中,采用臺(tái)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(tái)階法施工特別是作為臺(tái)階法核心問題的臺(tái)階高度選擇值得進(jìn)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(tái)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(tái)階法施工選擇不同臺(tái)階高度的施工過程,對(duì)比不同臺(tái)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(tái)階法施工過程中圍巖力學(xué)效應(yīng)的演化規(guī)律,并最終得出最優(yōu)臺(tái)階高度,為工程施工提供參考。

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

采用有限元數(shù)值分析方法,對(duì)新寶塔山隧道的ⅳ級(jí)圍巖段臺(tái)階法動(dòng)態(tài)施工過程進(jìn)行模擬分析,得到每一步開挖過程圍巖的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力,通過數(shù)值計(jì)算結(jié)果可以對(duì)隧道施工過程中圍巖的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè),進(jìn)而指導(dǎo)施工方案及開挖順序的確定,同時(shí)通過對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析判斷其設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理可行。分析和實(shí)測(cè)結(jié)果表明:新寶塔山隧道的ⅳ級(jí)圍巖段采用臺(tái)階法施工過程中圍巖基本穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇是合理可行的。

針對(duì)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(chǎng)施工實(shí)踐,介紹了針對(duì)ⅴ級(jí)圍巖應(yīng)用大拱腳臺(tái)階施工工法施工,并加強(qiáng)圍巖量測(cè),超前地質(zhì)預(yù)報(bào),勤檢測(cè)瓦斯的技術(shù)措施,總結(jié)了大拱腳臺(tái)階法在軟弱圍巖地質(zhì)隧道中取得的成功經(jīng)驗(yàn)和良好的實(shí)踐效果。

根據(jù)臺(tái)階法施工隧道的圍巖變形特點(diǎn)與隧道位移監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要提出一種公路隧道圍巖變形預(yù)測(cè)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(jìn)行短期預(yù)測(cè),該期間通過控制每天變形量以達(dá)到指導(dǎo)開挖與支護(hù)的目的;兩周以后利用回歸分析法進(jìn)行遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)與最終位移量預(yù)測(cè),該期間主要通過控制最終下沉量以達(dá)到指導(dǎo)開挖與支護(hù)的目的。結(jié)合京化高速黃羊山3號(hào)隧道的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用模型中的兩種預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果證實(shí)了本模型的合理性和可行性。

通過曼歇2號(hào)隧道中導(dǎo)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(yīng)用赤平投影分析法對(duì)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(yù)測(cè)兩側(cè)正洞的地質(zhì)情況,對(duì)連拱隧道上、下行線正洞的施工予以指導(dǎo)和控制,進(jìn)而達(dá)到短期預(yù)報(bào)的目的。

xx隧道臺(tái)階法施工技術(shù)交底書 單位：xx項(xiàng)目隊(duì)編號(hào)：xx 交底單位xx項(xiàng)目隊(duì)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(chǎng)調(diào)節(jié)臺(tái)階數(shù)，將下臺(tái) 階再分成兩個(gè)臺(tái)階，從而形成三臺(tái)階開挖法。上臺(tái)階開挖采用yt－ 28風(fēng)鉆鉆孔，二臺(tái)階和下臺(tái)階采用自制鑿巖臺(tái)架和yt－28風(fēng)鉆鉆孔. 采用楔形掏槽，硝銨炸藥（有水時(shí)采用乳化炸藥），塑料導(dǎo)爆管毫秒 微差起爆。鉆眼深度控制在2.0m，預(yù)計(jì)循環(huán)進(jìn)尺1.6m。開挖中，臺(tái) 階長(zhǎng)度控制在15～20m，每循環(huán)進(jìn)尺1.6m，每天2個(gè)循環(huán)，全斷面平 均月進(jìn)尺96m。施工工序見圍巖施工工序圖。 隧道初期支護(hù)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(jìn)行網(wǎng)、錨、噴支護(hù)作業(yè)，支 護(hù)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(guó)邊境公路改擴(kuò)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(duì)典型濕陷性黃土隧道的施工,結(jié)合設(shè)計(jì)、施工方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)濕陷性黃土隧道開挖過程中所采用的微三臺(tái)階法施工及注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述,并根據(jù)圍巖性質(zhì)重點(diǎn)討論了濕陷性黃土隧道的開挖施工方法,旨在對(duì)以后同類工程提供一些參考。