浅谈微台阶法在砂质新黄土隧道中应用

杜鹏

摘要： 本文以青阳隧道施工为例，针对砂质新黄土湿陷性、结构松散、完整性较差和易产生变形、塌方的特点，选择上、中、下三个台阶同步作业的微台阶开挖法。通过实际施工，总结了微台阶法的施工流程及施工控制要点，有效的控制砂质新隧道的沉降及收敛，防止塌方出现。

Abstract： This paper takes Qingyang tunnel construction as an example， and according to the sandy loess characteristics such as collapsibility， loose structure， poor integrity and easy deformation， landslide， selects micro-step excavation method of three steps. Through the actual construction， this paper summarizes the micro-step construction process and the control points， effectively controlling the sandy tunnel settlement and convergence， and preventing collapse.

關键词： 砂质新黄土；微台阶；施工

Key words： sandy loess；micro-step；construction

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0104-02

0 引言

我国在黄土地区已修建大量隧道，这些隧道的修建，已积累了很多成功的黄土隧道施工方法，主要有双侧壁导坑法、CD法、CRD法、弧形导坑开挖法等。以上工法能够很好地控制隧道变形及塌方，但在施工中工序繁多，需要架设、拆除大量临时支撑，作业空间小，进度较慢。通过对弧形导坑开挖法优化而形成的上、中、下三个台阶同步作业微台阶法，不需要架设、拆除大量临时支撑，作业空间大，提高了人员、设备的利用率，加快了施工进度。

1 工程背景

青阳隧道设计为单洞双线，全长1698.3m，最大埋深157m，其中V级围岩1425m。隧道洞身V级围岩为砂质新黄土，浅黄色，土粒成份主要为粉粒，呈角粒碎石状松软结构。下伏白垩系下统砂岩，泥质胶结，成岩作用差手搬易散，呈角砾松散结构。穿越砂质新黄土地段存在塌方、变形等高度安全风险。

2 砂质新黄土隧道特点

砂质新黄土垂直节理发育，土质均匀，较松散，土壤颗粒间粘结性差，孔隙率较大，具湿陷性，承载力较低。由于其垂直节理发育，在垂直节理面上因节理切割形成竖向软弱面，软弱面之间粘聚力很小，在下部开挖隧道时形成临空面，受开挖扰动，周边及前方围岩会产生较大变形，有掌子面围岩挤压变形、掌子面前方围岩预收敛变形及开挖后洞室围岩收敛变形。甚至在重力作用下棱体坍塌，地表会随掌子面产生纵向裂缝和环向裂缝，易形成塌方，塌方易形成直达地表的破裂面漏斗。

3 开挖工法的选择

根据砂质新黄土隧道的特点，为确保大断面砂质新黄土隧道的施工安全，通过经济技术方案必选，选择进度适宜、安全稳妥、经济合理的微台阶法。微台阶法是基于弧形导坑开挖法，通过上台阶预留核心土以及相应的辅助措施来提供开挖面支撑作用的大断面施工方法，其中核心土对于稳定开挖面具有重要作用。微台阶法施工进度比较快，施工中不需要架设大量临时支撑，工序相对较少，而且作业空间较大，有利于机械化施工。

4 微台阶施工工艺

采用上、中、下三个台阶同步作业的微台阶开挖方法，上台阶长度3～5m，中台阶长度6～8m左右，下台阶长度9～12m，三个台阶同步作业。微台阶开挖台阶尺寸见图1，微台阶开挖施工工艺见图2。

5 微台阶施工过程

①台阶开挖扒碴：上台阶高度为3.0m，长3～5m，开挖方法采用环形开挖预留核心土法，核心土长度为2m，开挖进尺为0.6m；开挖采用沿开挖轮廓环形开槽，开挖顺序为先从拱部，后拱腰向下，再拱脚。开挖周边及拱脚处采用人工开挖，避免扰动及超挖。

②中台阶开挖出碴：中台阶高度为3.5m，长6～8m，不留中间土，边墙采用两侧对称机械开挖，局部采用人工修整，以便严格控制超挖，开挖进尺为0.6～1.2m。开挖完成后，为了减少围岩暴露时间，上中台阶用初喷混凝土快速封闭暴露岩面。

③上中台阶立架、下台阶及仰拱开挖：初喷后紧贴开挖基面快速立钢架，钢架紧贴掌子面，墙脚采用强度高、轻便耐用、可循坏使用的垫板支垫结实，安装结构钢筋，连接牢固。下台阶开挖高度为3.7m，对称开挖，一次开挖到位，开挖进尺0.6～1.2m。开挖顺序为先从一侧开挖，留中间部分最后挖出。仰拱开挖面距离下台阶掌子面9～12m，开挖一次到位，进尺不大于3.0m。

④上中台阶喷混凝土、下台阶及仰拱立架：上、中台阶采用机械手进行湿喷作业。下台阶及仰拱开挖完成后紧贴开挖基面快速立钢架，钢架紧贴掌子面，墙脚支垫密实安装结构钢筋，连接牢固，检查仰拱节点连接牢固。

⑤下台阶级仰拱初支采用机械手进行湿喷作业。

⑥仰拱及二衬及时跟进。

6 监控量测

洞内监控量测项目有洞内外观察、洞内拱顶下沉和水平收敛，采用全站仪配合反光膜片进行。拱顶下沉和水平收敛沿隧道纵向5m布设，按照每天一次进行，出现异常情况时，加大监测频率。从实际量测结果显示，拱顶下沉最大值为69.7mm，小于管理等级规定75mm。水平收敛累最大值为16.09mm，小于管理等级规定35mm；平均变形速率小于1mm/天，且持续一个月以上，初期支护表现正常，变形时态曲线已收敛；证明支护参数合理，能保证施工安全。由此说明在砂质新黄土隧道采用微台阶施工方法可行，满足相关要求。

7 施工控制要点

①超前小导管、钢架及锁脚锚管采用工厂化集中加工及配送。加强锁脚施工质量的控制，严格控制锁脚打设的角度、长度、注浆及与拱架的连接。②高度重视监控量测，每天及时进行数据采集，并上传至监控量测管理信息平台，各级管理人员均能查看相关数据，若出现预警情况，能够及时进行原因分析，制定处理措施。③各台阶成形后，要保证各作业面同步进行及协调推进，始终保持台阶相对关系。④开挖支护过程中突出强调一个“快”字，各台阶施工做到“快挖、快支、快封闭”。⑤始终保持安全步距，掌子面至初支封闭距离不大于2倍洞径。⑥采用大型湿喷机械手作业，可有效缩短喷射混凝土作业时间，同时保证早期强度达到要求，以形成受力体系。⑦做好施工人员的技术交底及安全教育培训，能够熟练掌握各施工要点，确保各工序、各工种、人员与机械的协调配合。⑧立架和喷射混凝土作业相互交叉或平行作业，通风管口尽量靠近下台阶作业面，确保工作面处的空气质量。作业人员必须佩带安全防护用品，减少职业病伤害。

8 结束语

在砂质新黄土隧道采用微台阶法，各台阶、各工序平行作业，减少了人员、设备的窝工，提高了人员、设备的利用率；缩短了初支整环闭合的时间，减少了围岩的变形，保证了工程质量，降低了施工成本；加快了施工进度，Ⅴ级围岩月进度可达到70m。但用微台阶法施工的人员、机械在有限的空间内同时进行作业，安全管理难度加大，必须加强安全教育培训及配备专职的协调人员进行现场管控。

参考文献：

[1]王晓州，等编著.大断面黄土隧道建设技术[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]赵勇，李国良，喻渝著.黄土隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[3]肖广智编.铁路隧道施工新技术[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.