浅谈隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工技术

摘要：随着我国高铁事业的快速发展，各种铁路建设技术不断改进创新。文章通过对蒙华铁路中条山隧道施工时采用的微台阶开挖技术、仰拱与下台阶开挖初支成环施工生态的研究，给出了施工工艺流程以及施工重点及注意事项，为隧道建设工程及铁路事业的发展提供了重要参考。

关键词：隧道仰拱；下台阶开挖；初期支护；高铁事业；铁路建设技术 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2016）08-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.053

1 概述

随着我国的高铁事业不断走向世界，我国铁路隧道事业将会迎来新的挑战，铁路建设工作者必须不断探索研究适用于铁路隧道建设的施工方法。目前，我国铁路隧道施工主要方法为矿山法，而该方法最主要的困难就是如何防止隧道开挖施工的塌方。据近十年来有关隧道施工塌方的案例分析，发现塌方一般都是发生在仰拱及下台阶开挖施工过程中，因为仰拱与下台阶开挖一般是隧道最后一步的开挖，此时隧道洞室内的围压达到最大，所以隧道会因为围压增大而导致洞室内围岩崩塌。故而近年来，许多铁路工作者致力于隧道开挖安全性的研究，取得了较好的成果，例如仰拱开挖初支成环技术在铁路隧道开挖中的应用，但是由于我国地质条件的复杂性和地下施工空间的局限性，使得该技术的研究还不够成熟，还需要不断加强与改善，以适应更加复杂的地质环境。通过实际工程对该技术进行分析研究对于隧道的施工有着重要意义。

2 隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工工艺流程

2.1 工程概况及适用范围

根据蒙华铁路中条山隧道正洞及辅助坑道Ⅳ、Ⅴ级围岩初期支护施工中该技术的成功运用以及之前各工程实例可知，隧道仰拱与下台阶开挖支护成环技术适用于各类隧道在初期开挖时的支护。通过对开挖时候围压荷载的计算，可以采用不同的施工工序和材料等一系列方法，对软弱围岩及不良地质条件采用初支成环施工技术，且合理地采用该方法，可以使得隧道建设质量、安全系数以及施工环境等得到保障。该方法除了应用于铁路隧道施工项目中，在其他公路以及水利水电等地下工程中也普遍适用。可见对隧道仰拱以及下台阶开挖初支成环施工工艺的研究，一方面可以为该方法的改进提供理论依据；另一方面也可以进一步推广其在各项地下工程以及各种复杂地质条件下的应用。

2.2 施工技术要求

首先，要对施工对象有具体的调查，包括地质条件、水文条件、岩土结构、岩土体性质等。根据相应的地质水文条件，确定出相应的初支仰拱结构形式及对施工过程中的细节进行相应的调整，如果基底为软弱围岩就必须进行合理的承载力检测，从而为后期的开挖支护成环奠定一定基础；其次，在施工过程中要严格控制好开挖进尺，不宜过大也不宜过小，过大不利于快速封闭，过小不利于施工的开展，一般应控制在2.5～3.5m之间。初支仰拱紧跟掌子面下台阶，仰拱开挖后必须快速封闭成环，初支仰拱据掌子面距离根据施工方法不同而有所差异；最后，在该技术的施工过程中，锁脚锚管与钢架之间采用“L”型钢筋焊接，拱脚位置采用轻硬质垫块支垫，支护钢架应该紧贴围岩，下台阶两侧钢架同时开挖架立并与初支仰拱钢架连接，保证初期支护一次封闭成环。

2.3 工艺流程

隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工工艺流程如下：施工准备→测量放线→上台阶钢架安装→（土质地段中台阶钢架安装）→下台阶钢架安装→初支仰拱钢架安装→初支仰拱喷混凝土→下台阶喷混凝土→初支仰拱顶面回填洞碴→（土质地段中台阶喷混凝土）→上台阶喷混凝土→下道工序施工。该施工工艺为蒙华铁路中条山隧道正洞及辅助坑道Ⅳ、Ⅴ级围岩初期支护施工时所采取的工艺流程，同样也是在常见的隧道仰拱开挖支护的工艺流程稍微的改进。通过该工序并且将每一个环节进行相应的细节调整，使得隧道开挖变得更加经济、安全环保。

3 施工重点及注意事项

3.1 质量保证方面

工程建设质量第一，在隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工中，要做到防患于未然，相应的领导人员要在施工进行之前对各种可能出现质量问题的方面进行研究探讨，做好预备方案。原材料质量是工程质量得以保证的基础，所以施工人员要对钢结构支护设备如钢筋网、锁脚锚管、超前小导管以及混凝土等进行仔细验收后方可让其进场。另外，在施工过程中，要对施工工艺的每一步检查到位，确保施工质量的合格。每一道施工工序完成后，施工小组内部的工作人员检查完后立即报备监理人员和质检人员检查，检查合格后方可进行下一步的施工。隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工过程中常见检验的项目和内容主要包括钢架的外观、保护层、间距、横向、高程偏差、垂直度偏差等，钢筋网的外观、规格、连接、搭接、网格间距、保护层等，超前小导管的外观、方向角、孔口距、孔深、搭接长度、浆液配合比、浆压等，混凝土的等级、喷射表面密实度、平整度、喷射厚度等。

3.2 安全防护方面

安全防护工作是隧道开挖的主要问题，在隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工过程中，要确保其安全性，主要从三方面进行：第一，做好变形监测，根据下台阶以及仰拱开挖时围岩变形及围压变化及时地调整支护参数及方案，出现变形异常的情况，应立即停止施工，检查各施工步骤及支护结构的稳定性，在改进之后进行相应的施工；第二，加强施工过程中的监督管理。项目单位对该施工过程各项质量监督制定相应的规章制度，并加强施工人员的学习，还应该成立项目单位领导监督小组和施工队伍监督小组，除了对表1中的各项进行监督检查之外，还应该根据施工工序及注意事项对施工过程进行监督，对未按照规范以及工艺流程进行操作的施工人员进行惩处，确保施工过程的合理性、可靠性及安全性；第三，相应的开挖人员及特种作业人员均持证上岗，保证洞内的电力设备及通讯设施时刻处于正常状态，如在仰拱及下台阶开挖支护时洞内出现异常，所有人员应该及时快速地撤离现场。

3.3 组织管理方面

根据现场工作人员以及机械设备情况来进行合理的施工组织管理，劳动力要结合隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工方案以及工期等来进行组织，而机械设备的生产能力应该均衡施工能力的1.2～1.5倍。并且根据现场施工进度合理地优化施工组织，保证所有工作人员的到岗到位和材料的及时合理到场，为下台阶开和仰拱开挖支护以及混凝土喷射的及时性、连续性施工奠定基础。表1给出了在蒙华铁路中条山隧道中采用仰拱与下台阶开挖初支成环施工的人员及设备组织管理情况。

通过表1中施工人员及设备进行合理的组织施工，相应的隧道仰拱及下台阶开挖初支成环顺利完成，比预期工期提前完成，不仅在一定程度上节约了该项目的经济成本，还为后期的施工组织奠定了基础。

3.4 环境保护方面

随着建设中国特色和谐社会理念的提出，近年来工程建设对环保越来越重视，同样在施工过程中环保工作的好坏也直接影响着施工的质量、工期的控制和施工人员的人身安全。所以，在隧道仰拱与下台阶开挖初支成环施工过程中，除了重视质量、安全、组织管理方面，还应该将环境保护纳入到工作日程中来。要使得施工过程中更加环保，就应该全面严格控制施工污染，包括污水、噪音以及粉尘等，例如混凝土运输车、湿喷机械手清洗的废水必须在指定位置排放；同时在进行下台阶开挖和仰拱初支时必须保持仰拱底面、支护钢筋网以及钢架等的表面干净，及时清理上面的污物，这样既可以保证施工废料及时排除，也可以保证工程质量；另外，各施工企业还应该积极创新，加强废物利用，对施工过程中的废料进行加工处理，实现循环利用；可以在成本允许范围内，对污水进行进化处理，实现再循环利用，通过对现场方案的合理规划，将开挖后的岩土体进行道路的回填等。这些措施不仅可以更好地保护施工环境，还可以使得施工成本大大减小。

4 结语

通过对铁路隧道仰拱与下台阶开挖初支成环技术进行分析研究与实践创新，该技术有效解决了隧道施工防坍塌的施工安全技术，彻底解决隧道开挖后，后方仰拱开挖施工时因支护原因而导致关门坍方事故的发生以及后方仰拱施工爆破时导致的通风管等设备设施的损坏，解决了因隧道支护不能及时成环，洞水渗水浸泡拱脚而引起的坍方安全事故的发生，使得铁路施工更加环保、经济、安全，对我国高铁事业走向世界有着重要的意义。

参考文献

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[2]金爱兵，王宇，李兵.台阶法开挖隧道仰拱封闭距离效应研究[A].第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C].2012.

[3]刘军.三台阶临时仰拱法在大断面软弱围岩隧道大面积塌方中的应用[J].工程建设，2013，（2）.

作者简介：罗进（1974-），男，重庆人，供职于中国中铁隧道集团二处有限公司，研究方向：隧道及地下工程施工。

（责任编辑：小 燕）