浅谈软弱围岩隧道台阶法施工的微台阶管理

刘俊奇 张建臣 阚宏娜

本文结合内蒙古张呼客运专线东土村隧道和重庆九永高速公路缙云山隧道施工经验，简单介绍了软弱围岩隧道台阶法施工的微台阶控制目的、意义、定义、施工方法、工艺流程、取得的效果等，为类似的软弱围岩隧道台阶法施工提供参考。

隧道施工安全隐患大，尤其是掌子面施工，群死群伤事故频发。常规的施工组织如果完全按照规定控制的话，肯定会严重制约生产进度，实现微台阶施工控制就能解决这一矛盾，既能确保安全又能保证进度。

一、工程简介

东土村隧道全长4560m，是全线最长的隧道，地质条件最复杂，下穿京藏高速公路，是全线的控制性工程。该隧道进口作业面1600m全部为IV、V级围岩，设计开挖方法为三台阶预留核心土；缙云山隧道全长2745m，是重庆九永高速公路的控制性工程，地质情况较为复杂。该隧道IV、V级围岩长占全长的百分之八十，设计开挖方法为三台阶预留核心土。

二、常规台阶法施工现场常见问题

常规台阶法施工基本上都是台阶过长导致现场存在如下问题：中间拉槽施工，掌子面、边墙、仰供的一次性开挖步距超标，仰供安全步距超标，二衬安全步距超标，栈桥坡度过大，逃生管道不安装，预留台阶不清晰、核心土不规范，边墙掏槽施工，现场管理……这些问题轻则给管理带来被动，比如说停工待检的迎检被动、安全隐患停工整改的生产被动……但一旦隐患转为事故，后果不堪设想。

三、微台阶施工控制的目的和意义

规范软弱围堰隧道台阶法施工管理，避免施工过程中带来不必要的生产被动；从根源上解决安全生产问题，杜绝安全隐患，确保安全生产；真正实现隧道施工的“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、紧衬砌”管理，有效缩短作业循环时间，提高生产效率；实现隧道标准化施工管理，进一步提升项目经理部的管理水平。

四、台阶长度确定

在台阶法施工中，一般规定台阶长度不大于1.5R（R为洞径），但没有规定最小长度是不小于多少。顾名思义，微台阶就是短台阶。本文的观点是在地质条件允许的情况下，台阶越短越好，越有利于施工组织，越有利于施工安全。

通过对东土村隧道和缙云山隧道的研究总结：无论是两台阶还是三台阶工艺，台阶长度3～5m比较适宜；台阶长度短于3m时，对掌子面稳定不利（尤其是围岩较差的情况下，因为核心土太小了），同时不便于开挖台车的安全平稳摆放对；台阶长度5m～1.5R时，最不利于掌子面的施工组织。确定依据是能放下开挖台车或能留住2m预留核心土的最短距离要求。

综上所述，单台阶长度3～5m、双台阶长度6～10m时最理想。这样，如果仰供步距按照35m控制的话，下台阶根部到仰供初支闭环间的距离就是25～29m，也就是说仰供开挖处至台阶间能够保证至少25m的平坦作业面（仰供填充顶面高度）。

五、微台阶施工组织

1.作业区区域划分

如上图所示，将微台阶施工的一个隧道掌子面划分为A、B、C三个作业区。即掌子面上导为A作业区，左中导和右下B导为B作业区，右中导和左下导为C作业区。

2.平行作业

A、B、C三个作业区施工工序都是开挖、出渣、支护，三个作业区共九道工序，只要三个作业区不同时出现同一道工序，就可以把这九道工序施工随便组合进行。所以，理想的微台阶管理，在掌子面的三个断面处永远都是在平行作业且都在进行不同的工序施工，这是隧道施工组织的最佳状态。

只要把台阶上的石渣清理干净就可以进行支护作业，所以说出渣不是支护的紧前工序，这两道工序完全可以平行作业。这样，出渣在循环作业过程中就不消耗时间了。

3.流水作业

微台阶管理掌子面施工工艺流程：钻眼→装药→起爆→通风→机械清渣→排险→支护→钻眼。

出渣和支护之间是平行作业而不是流水作业，这是微台阶管理的一大优势。

专业化班组以三个作业面为单元进行循环流水作业，大大减少了班组的组织上间歇时间。

4.出渣作业

实现微台阶管理之后，因为台阶较短，所以上中导爆破之后台阶上的存渣量会很少，大部分碎渣都会在爆能作用下滚落到下台阶的底部平面。这样爆破完通风降尘后，用挖掘机将台阶上的余渣全部扒至下台阶的底部平面，在这个至少25m的作业面上装车出渣不影响三个作业区域的任何作业，可以实现出渣和支护平行作业。

六、微台阶管理效果

1.压缩循环时间，缩短工期

隧道施工进度主要取决于掌子面的施工作业循环时间，循环时间是由工作量大小、工序衔接、班组效率等因素决定的。所以本文的观点是掌子面台阶数越多，划分单元的工程量就越小，循环时间就会越短。微台阶管理将掌子面施工划分为多个作业区实现了平行、流水循环施工组织，相比常规的顺序作业循环要大大压缩工序的循环时间，提高了工作效率、缩短了工期。

2.便于仰供施工，确保安全步距

一般要求Ⅳ、Ⅴ级围岩仰供初支闭环至掌子面距离不大于35m。实现微台阶管理的话，下台阶紧跟掌子面距，距离仰供开挖面至少25m，仰供开挖是从填充顶面高度开始，开挖工程量仅仅是仰供和仰供填充的工程量，所以施作起来比较简单，循环时间较短，容易保证仰供安全步距，确保施工安全。

3.栈桥安装规范，确保安全

传统长台阶施工过程中，大多数栈桥都是一端放在上一板的仰供填充面上，另一端放在下台阶顶面高度，造成栈桥摆放纵坡过大，留下了巨大的安全隐患，导致车辆在栈桥上侧翻到仰拱里面的案例屡见不鲜。

实现微台阶开挖管理之后，栈桥一端落在上一板的仰供填充面上，另一端放在了下台阶底面，这两个高度是同一高度，所以栈桥几乎没有纵坡，安放比较稳定，确保安全。

4.逃生管道安装规范，不再形同虚设

一般规定逃生管道安装是从二衬开始至距离掌子面20m范围内。长台阶施工逃生管道需要跨台阶才能达到要求，安装起来比较麻烦，所以大多数逃生管道都是应付了事、起不到现实作用。

实现微台阶管理，逃生管道只需要直线连接起来用机械牵着往前走就行了，不需要跨台阶就能确保到达距离掌子面20m范围之内，以确保安全。

5.开挖方法变更灵活，易于控制

因为原设计或设计变更导致开挖方法由全断面、两台阶和三台阶之间的转换，在长台阶施工中就需要把某一作业面长时间停下来缩小或拉大断面间距才能实现，但在微台阶管理施工中只需要一两个循环就能实现开挖方法的改变。

6.远离安全红线，避免被动

通过微台阶管理，可以规规矩矩按照设计开挖方式开挖了，逃生管道安装容易、规范，开挖布局容易控制，安全步距有了保障……远离安全红线，确保了施工安全，避免了管理上的被动。

7.降低了成本，增加了效益

实现微台阶管理，现场规范了、施工规矩了、效率提高了……不再需要停工迎检、停工待检、停工整改了，作业班组也不再找理由追要索赔了……跟常规的施工管理相比，东土村隧道和缙云山隧道通过微台阶管理带来的经济效益都是以千万为计的。

七、微台阶管理适用条件及要求

微台阶管理适用于软弱围堰的台阶法施工，对施工班组的专业化水平要求较高，同时对现场管理人员组织能力、协调能力、业务水平等综合素质要求比较高。

八、结论

微台阶施工管理是标准化、精细化施工管理的内在体现，虽说施工组织比较麻烦，但是确实能够带来很好的经济效益和社会效益，进一步提升了项目经理部的整体管理水平。