软弱围岩大断面铁路隧道大拱脚台阶法施工技术研究

陈晓涛　段长利　饶有权

摘 要：文章介绍在软弱围岩大断面铁路隧道中实施大拱脚台阶法的工作工艺流程和操作要点，重点介绍此施工技术的控制要点，以及其实际应用中的节能环保措施。

关键词：软弱围岩；铁路隧道；大断面；大拱脚台阶法

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0108-02

1 引言

在软弱围岩地质大断面铁路隧道的施工中，大拱脚台阶法具有至关重要的作用，在施工过程中发挥出此方法的作用，使工程最终交付使用能达到预期效果。在铁路隧道施工过程中采用大拱脚台阶法施工工艺处理实际的问题时，需要对软弱围岩地质大断面的相关特征有着必要地了解，促使这种施工工艺使用中能够符合工程建设的具体要求，促进现代化铁路隧道服务功能的不断完善。

2 大拱脚台阶法施工工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

施工工艺流程见图1所示。

2.2 操作要点

采用此方法进行开挖时，应遵循“先预报、管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，将台阶长度尽可能的减小，在工序衔接处的钢架末端采用设置锁脚锚杆的方式进行处理，来提高钢架基础的稳定性。而且在实际操作中确保初期支护快速封闭成环，而且后续的仰拱和衬砌等工序也应及时进行，尽快形成一个稳定的支护体系[1]。

2.3 施工工序说明

大拱脚台阶法开挖分布工艺见图2所示[2]。

第1步：采用上一个工序架立的钢架进行隧道拱部Φ42mm超前小导管的施作，并对上部的弧形导坑即图中的①导坑进行开挖，开挖的同时进行拱部的超前支护，之后进行上部弧形导坑的开完，在开挖的过程中应预留出核心土，长度控制在3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。在进行导坑①的K开挖施作后应及时进行初期支护的施作，在其导坑内壁初喷4cm厚的混凝土，并采用挂钢筋网、架设钢架等大拱脚系统支护的方式，然后在钢架拱脚的底部进行锁脚锚杆的施作，具体位置是紧贴钢架两侧边，打设的方向为下倾角45°的方向，打设完成后需将锚杆与钢架进行焊接，并对所有的径向锚杆打设完成之后重新进行喷射混凝土的操作，其厚度应满足设计要求。在开挖过程中，应按照初期支护钢架间距确定其开挖进尺的数值，通常在0.6m左右。第2步：左侧②部中台阶开挖。此过程需在上一步中的①开挖约3～5m之后进行，而且根据初期支护的钢架间距来确定开挖进尺的数值，且通常为3.5～4m，与上一步类似，需在开挖施作中及时对其采取初期支护措施，喷射的混凝土厚度同样为4cm，也需要进行挂钢筋网、接上钢架，和打设锁脚锚杆等支护措施，而且在径向锚杆钻社完成之后再进行一次混凝土的喷射，厚度也应符合设计要求。第3步：右侧③部中台阶开挖。此步骤应在上一步骤②开挖约2～3m后进行，支护方式同②部中台阶的一样。第4、5步：开挖上台阶④部、中台阶⑤部。此步骤应在上一步③开挖约3～4m后进行，开挖的顺序应先开挖④部后开挖⑤部，而且这两部分的台阶循环尺寸应一致。第6步：隧底⑥部开挖。此步骤应在上一步骤的⑤部开挖约4～5m后进行，同样应在开挖后初喷4cm厚混凝土，并且在安设仰拱钢架且与左右侧落地钢架焊接牢固之后，进行混凝土的复喷，并确保厚度达到设计要求。在此步骤的施工过程中，需要采用栈桥过渡方案来确保车辆的正常进出，并在开挖完成后及时进行仰拱及仰拱回填施作，仰拱分段长度一般为4～6m。

3 大拱脚台阶法施工技术控制要点

（1）采用此方法进行施工时应注意工序的衔接，要做到工序紧凑，而且需要对开挖长度进行严格的控制，并根据相应的规定确定循环进尺的数值，初喷混凝土的厚度应控制在4cm，尽可能的减少围岩暴露的时间，确保围岩的稳定。（2）两侧拱脚的主要作用就是对隧道垂直方向的变形进行控制，所以需要在开挖施工中确保拱脚的稳定，采取的措施一是在其上部使用大拱脚钢架，二是在鋼架底部的两侧按照一定方向打设锁脚锚杆，并确保其与钢架进行牢固焊接，避免拱部的下沉和变形。（3）对超前锚杆支护外插角进行严格控制以确保施工作业在超前支护的保护下进行；在需要爆破作业时，应采用弱爆破的方式降低对周围围岩的干扰，并应进行监控和测量，保证围岩的稳定和施工的安全。

4 大拱脚台阶法应用中的节能环保措施

4.1 节能措施

（1）节材措施。此措施应在保证工程安全与质量的前提下进行，对材料的采购、进场时间和批次进行合理的安排，减少库存或二次搬运。（2）节水措施，根据工程所在地的水资源状况采取有效的节水措施，不采用居民生活自来水，严禁无措施浇水养护混凝土。（3）节能措施，施工现场分别设定生产、生活、办公的用电控制指标，采用声控、光控等节能照明灯具。（4）临时设施应根据施工规模和现场情况进行合理确定，尽量减少施工用地，并在占用临时用地时尽可能的减小农田和耕地的用地规模[3]。

4.2 环保措施

（1）严格按照国家《环境保护法》和《水土保持法》和地方政府有关规定，减少工程建设对沿线生态环境的破坏和污染。（2）建立专职环保自控组织机构，加强施工人员的环保意识，在施工过程中尽量减少水污染、扬尘等空气污染、噪音污染、光污染，加强对场地周围植被的保护等措施。（3）隧道洞口、搅拌站设过滤沉淀池，对含有悬浮物的施工污水，必须采取过滤、沉淀等处理措施，做到达标排放。（4）隧道弃渣（土）场必须严格执行先挡后弃、先修排水设施后弃的原则，并对附近水源进行先保护或改移河道后再进行弃渣（土）。（5）施工人员驻地附近的施工场地、施工道路进行硬化或采取洒水等措施，控制扬尘。（6）在施工隧道边仰坡、弃渣场前将熟土剥离存放和土地复垦工作结合起来，对已完成弃渣任务的逐步实施覆盖恢复植被。（7）尽量避免或减少施工过程中的光污染。夜间室外照明灯加设灯罩，透光方向集中在施工范围[4]。

5 结语

在可靠的大拱脚台阶法施工工艺的支持下，有利于提高铁路隧道在软弱围岩地质大断面中的抗压强度，降低工程施工成本的同时将会延长铁路隧道的使用寿命，及时地消除隧道建设中可能存在的各种安全隐患。因此，在未来铁路隧道施工计划实施的过程中，结合隧道建设的实际需求，加强对软弱围岩地质的深入分析，最大限度地发挥大拱脚台阶法施工工法的优势，提升铁路隧道的潜在价值，优化不同的组成结构。同时，结合现阶段软弱围岩地质大断面铁路隧道的实际建设情况，可知大拱脚台阶法的实际应用范围将会不断的扩大，对于现代化铁路隧道工程建设水平的不断提升具有重要的参考价值。

参考文献

[1]夏润禾.软弱围岩大断面铁路隧道大拱脚台阶法施工技术研究[J].铁道标准设计，2010，（4）：78-81.

[2]沈雪飞.软弱围岩大断面铁路隧道大拱脚三台阶法施工技术[J].中华建设，2013，（5）：154-155.

[3]曹瑞君.大断面软弱围岩隧道稳定性研究[D].邯郸：河北工程大学，2013.

[4]仲崇海.软弱围岩大断面隧道台阶法施工技术参数研究[D].北京：北京交通大学，2014.