摘要：随着时代的进步，科技的不断发展，我国在高速铁路、公路建设方面也取得了越来越多突破, 在隧道施工中大跨度隧道的施工方法也不断发展。本文通过介绍现阶段大跨度隧道施工中存在的问题，提出了七步平行流水作业法施工工艺，并根据实际工作案例分析了七步平行流水作业法在施工中的重要作用。
关键词：短台阶七步平行流水作业；施工工艺；特点和效果
Abstract: along with the progress of The Times, the development of science and technology, our country in high speed railway, highway construction made more and more breakthrough, in tunnel construction of large span tunnel construction method and continuous development. This paper, through the introduction of large-span tunnel at the problems in the construction of, proposed seven steps parallel flow operation method the construction technology, and case analysis according to the actual work seven steps parallel flow operation method in construction in an important role.
Keywords: short steps seven steps parallel flow operation; The construction technology; Characteristics and the effect
中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：
1 概 述
在工程实践中, 发现双侧壁导坑法和中隔墙法存在以下缺点: 一是限制了大型施工机械的使用, 施工工效低; 二是在软硬围岩相间时, 变更施工方法难度大; 三是临时施工支护多,投入大, 不经济; 四是施工中相互干扰大、进度慢;五是防水层和混凝土衬砌分部施工, 运营病害多。为了克服上述不足 , 施工单位采用短台阶七步平行流水作业法施工, 成功地解决了软岩、断层、流泥、涌水等隧道施工技术难题, 确保了工程质量和工期, 并取得了良好的技术和经济效益。
2 短台阶七步平行流水作业法施工工艺
2.1 工艺原理
短台阶七步平行流水作业法是采用2～3层短台阶, 分步平行开挖, 分步平行施作拱墙初期支护,混凝土仰拱超前施做及时闭合构成稳固的初期支护体系, 保护围岩的天然承载力, 有效抑制围岩变位。经量测监控信息化反馈指导施工, 及时调整支护参数和混凝土衬砌施工时间。
在断层带、破碎带等自稳性较差地层和富水地层中, 则采用大管棚, 迈式注浆锚杆和小导管预注浆固结、止水等辅助施工措施后, 上部弧形导坑法短开挖施做拱部初期支护, 再左右错位开挖及施做边墙初期支护; 混凝土仰拱紧跟下台阶并及时施做尽早闭合成环构成支护体系受力。
2.2 工艺流程(见图1 )
2.3 适用范围
本工法适用于公路、铁路IV～VI级岩的隧道;对大跨度地下工程及其他交通通道工程亦有参考价值。在断层带, 破碎带及富水地层中, 采取大管棚、迈式注浆锚杆和小导管预注浆固结、止水等技术措施后亦可适用。
图1 短台阶七步平行流水作业法施工流程
3 短台阶七步平行流水作业法在隧道施工中的应用
3.1 隧道工程概况
某隧道集长大、单口长距离通风、工期紧迫、穿越软弱围岩段落长、滑坡、岩溶, 岩爆、涌水、突泥等特点于一体, 是全线的重点、难点和控制性工程之一。施工过程采用新奥法施工理念进行施作, “弱爆破、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、紧衬砌”, 小断面平导洞出碴采用隧道ITC312H 4挖装机配合无轨运输; 二次衬砌采用定型大模板整体式液压台车一次性衬砌, 泵送混凝土入模; 控制测量采用GPS卫星定位技术;在掘进开挖施工过程中, 采用TSP203 雷达检测系统、红外探水先进的技术手段和仪器设备结合75超前探孔及局部加深炮眼进行中长距离相结合的超前地质预报, 确保了隧道施工安全和质量的稳定, 较好地体现了我局在长大隧道施工方面的先进管理经验和施工优势, 得到了业主、设计、监理等单位的一致好评。
3.2 隧道施工过程
3.2.1 洞室开挖
对隧道周边围岩进行超前预加固后进行分步平行开挖, V～VI级围岩地段采用三台阶分布平行开挖法,
上半断面环形部分人工采用风镐开挖, 其余各部采用挖掘机开挖、装碴。循环进尺一般控制在0. 5～1. 2m为宜。Ⅲ级围岩地段可将三台阶分步平行开挖法调整为两台阶分步平行开挖法施工。遵循 弱爆破、短开挖!的原则采用光面爆破或预留光爆层微振动控制爆破技术开挖上半断面, 以减小对围岩的扰动。炮眼深度一般控制在1. 5~ 2. 0 m为宜。
3.2.2 初期支护施工
初期支护是由锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。为保护围岩的天然承载力, 初期支护要尽快施做。
(1)初喷混凝土封闭岩面
用高压风自上而下吹净岩面, 埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉, 如工作面有滴水或淋水, 提前做好钻孔埋管的引排水工作。
喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷, 以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚(墙脚)而不密实, 以致强度不够, 造成失稳; 先将凹洼部分找平, 然后喷射凸出部分, 并使其平顺连接。
喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动, 并使喷头尽量保持与受喷面垂直, 喷嘴口至受喷面距离以0.6～1.0m 为宜。喷射混凝土表面应大面平整并呈湿润光泽, 无干斑或滑移流淌现象。
(2) 施作结构锚杆, 挂设钢筋网
锚杆为全长粘结型锚杆, 杆体为φ22 mm 的20MnS i螺纹钢筋, 长度为3. 0 m 或是3. 5 m, 间距
0. 8～1. 0m, 梅花形布置, 径向施作。各台阶初期支护连接处左右均需设不少于两根锁脚锚杆, 确保初期支护不失稳。为确保锚杆施作质量, 有条件时,拱顶结构锚杆和锁脚锚杆应尽量采用迈式注浆锚杆。
钢筋网为10 mm 或6 mm 钢筋焊接而成, 网格为20 cm 或25 cm。钢筋网应随受喷面的起伏铺设, 其间隙不大于3 cm, 钢筋网应与锚杆体连接牢固。
(3) 安装钢架
钢架是软弱围岩中初期支护的重要组成部分,应严格按设计要求加工制作和架设。钢架架设施工分拱部和墙部2部分。
① 拱部单元: 首先进行施工放样, 确定钢架基脚位置, 然后铺设[ 25a槽钢垫板, 施作定位系筋, 最
后架设钢架, 设纵向连接筋。
② 墙部单元: 墙脚部位铺设[ 25a 槽钢垫板, 施作定位系筋; 对应拱部单元钢架位置架设墙部单元钢架, 栓接牢固; 设纵向连接筋。
钢架安装施工注意事项有以下几点。
① 为保证钢架置于稳固的地基上, 施工中应在钢架基脚部位预留足够的坚实地基, 架立钢架时挖槽就位。
② 钢架平面应垂直于隧道中线, 其倾斜度不大于2%,钢架的任何部位偏离铅垂面不应大于5 cm。
③ 为增强钢架的整体稳定性, 应将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位系筋和锁脚锚杆焊接牢固。
④ 钢架连接接头要连接牢固。拱脚部位易发生塑性剪切破坏, 故该部位接头除栓接外, 还应四面帮焊, 确保接头的刚度和强度。条件允许时, 接头最好采用角钢连接板, 便于混凝土全面握裹。
⑤ 当钢架和初喷层间存在较大间隙时要设骑马或楔形垫块顶紧围岩; 钢架与围岩的间距不应大于5 cm。
(4) 施作拱部超前支护和二次喷射混凝土
拱部按设计技术参数施作下一循环超前支护,并把该支护尾端焊在钢架上。分层喷射混凝土到设计厚度, 每层5 ~ 6 cm 厚; 钢架保护层不小于2 cm。整个喷射混凝土表面要平顺。
3.2.3 仰拱施工
在设计有混凝土仰拱施工地段, 拱墙初期支护施工完成后, 要及时左右错位跳挖仰拱, 安装仰拱钢架, 进行混凝土仰拱施工, 使初期支护尽早闭合成环构成稳固的初期支护体系。并为施工运输创造良好环境。
3.2.4 混凝土衬砌
采用可调式防水层作业专用台车按设计材料和技术参数施作防水层, 铺设时要采用无钉孔工艺, 并视初期支护的平整情况, 将防水板留一定的富余量, 以防止过紧而被混凝土挤破。
4 施工技术特点及效果分析
4.1 施工技术特点
(1) 施工空间大, 可以引入大型施工机械多作业面平行施工, 工效高; 部分软岩地段可以采用反铲挖掘机直接开挖下半断面, 减小了对围岩的扰动。
(2) 在地质结构复杂多变、软硬围岩相间的隧道施工中, 便于灵活及时地调整施工方法, 进度稳定, 工期保障性强。
(3) 能适应不同跨度和多种断面形式, 没有需拆除的临时施工支护, 节省投资。
(4) 爆破施工可以分成多个作业面进行, 将集中爆破化为分散爆破, 既减少了对围岩的扰动, 又充分利用了时间空间, 还增加了爆破临空面, 降低了炸药消耗。
(5) 混凝土仰拱超前施作, 便于初期支护及早闭合成环承载, 且改变了洞内作业、运输环境。
(6) 全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌, 确保了混凝土衬砌施工质量, 运营病害少。
(7) 无需增加特殊设备, 投入少, 操作性强, 易推广。
4.2 效果分析
(1) 本项施工技术为大跨度软岩公路隧道机械化施工积累了成功的经验。
(2) 灵活的开挖与支护手段及相应的技术措施适应了地质变化, “真正做到 岩变我变”, 有效地保证了隧道施工的安全。
5 结束语
以上隧道的施工技术结合工程实践，详细地介绍了该施工方法的技术特点。适用范围、工艺原理、施工工艺、机具设备、劳力组织、质量控制、施工安全以及效益分析等，对类似隧道施工有一定的参考价值。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。