台阶法在特大断面隧道施工的应用

台阶法在特大断面隧道施工的应用 摘要 ：三车道高速公路隧道的紧急停车带开挖断面属特大断面，目前类似工程相对较少，笔者在实践中灵活应用台阶法在佛儿岩隧道施工，做到了安全可靠、经济合理，取得一定的经验，对以后相似的隧道工程有一定的参考作用。 关键词：特大断面隧道台阶法光面爆破围岩地质 中图分类号：u45 文献标识码：a 文章编号： 一、前言 随着国家经济的发展，需要快捷便利畅通的交通运输环境，随着车流量的增大，高速公路等级向双向八车道、六车道成为趋势。为了一段高速公路路面宽度整体协调一致，相应的隧道需要建设成特大断面才满足公路等级条件。特大断面隧道建设规模将越来越多，其工程造价在整个公路工程建设中所占的比重大，其施工难度大，安全风险高，依靠科学技术的进步，需要不断优化施工方案。隧道建设要做到科学施工、安全可靠、经济合理，在施工不断探索实践积累经验，现将台阶法在佛儿岩特大断面隧道的应用做介绍交流。 二、工程概况 佛儿岩隧道长度2392米，公路等级为高速公路双向六车道，为保证运营阶段安全，按规范要求设置紧急停车带，紧急停车带限界宽度0.75+0.75+3×3.75+2.75+0.75+0.75=17.0米，隧道净空断面 积118.2m2，相当于四车道隧道；其隧道开挖跨度19.67米，开挖高度9.74米，开挖断面积156.3m2，根据目前隧道断面积分类属特大断面，施工难度较大，类似工程较少。 该段隧道地质条件以三叠系须家河组第二段厚层砂岩，产状269°∠62°，隧道走向与岩层走向夹角70°，岩石裂隙较发育，结构面结合差，岩体较完整。雨季地下水出水状态为潮湿状或滴水状。 三、台阶法的应用 隧道施工根据地质条件优化施工方法，首先确保施工安全的方案，施工方案的选择结合隧道地质条件、断面大小及衬砌结构形式、长度和工期等因素综合确定合理的施工方法，合理配置施工机械设备，科学安排工序进度和关键工序的作业循环，做到均衡生产，提高机械化作业和利用率，提高劳动生产效率才能产生施工效益。 该隧道加宽段复合衬砌结构形式，初期支护采用ｉ18工字钢拱架喷锚支护，钢拱架纵向间距100cm，钢筋网为单层φ8网格间距25×25cm，锚杆为φ22钢筋药卷锚杆，长度3.5米，环纵间距100×100cm，梅花形布置，喷射混凝土为24cm厚的c25喷射混凝土；在初期支护和二次衬砌之间敷设复合防排水采用350g/m2土工布和1.2mm厚eva防水卷材，纵、环向排水管横向引水管与隧道路面下纵向盲沟相连；二次衬砌为50cm厚c25钢筋混凝土。上部台阶拱脚处每榀拱架打设3根长3米φ22钢筋药卷锚杆作为锁脚锚杆。 通过地质设计资料和现场tsp超前地质预报分析，该段围岩相对稳定，属ⅲ级围岩，开挖断面虽大，无较大地质风险，结合前期施工经验，选择上台阶法施工，充分利用三车道的开挖机具采用简易台架，简易台架主要由ｉ20工字钢焊接骨架，中间净空为宽5米×高4.5米，保证挖掘机、装载机、运输车大型机械设备的通行，两侧设置为悬臂，悬臂前段根据断面设置成可伸缩60cm活动距离以利于现场调节台车宽度，简易台架共分3层每层高1.8米左右，活动空间有利于操作人员施工，总高5.5米，纵向长度6米。采用yt-28型气腿式凿岩机，钻头直径有40、50mm类，40mm用于钻炮眼，50mm用于超前小导管钻孔，由于断面大，采用2台柳工zl-50c装载机和25t自卸汽车运输出渣，现代hd-215挖掘机排危石。 采用台阶法施工，也遵循隧道的新奥法施工原理，其核心要素充分利用围岩的自稳承载能力，采用光面爆破减轻对围岩的扰动破坏作用，提高开挖面自稳能力，及时进行钢架联合喷锚初期支护提高承载力，约束及稳定围岩变形，台阶法具体分部和炮眼布置见下示意图。施工顺序为：1、钻眼爆破开挖上端面部；2、施作上端面初期支护部；3、开挖左侧下部部分；4、施作左侧下部初期支护部分；5、开挖右侧下部部分；6、施作右侧下部初期支护部分；7、最后用二衬台车整体施作钢筋混凝土二次衬砌部分。根据围岩的稳定程度，在稳定性较好，为了方便快速施工，一般上端面台阶施工距离在40米为宜，下部分左右侧错开施工，错开间距10米为宜。 先施工的上台阶实际开挖高度7.3米，宽度19.67m，面积110m2，所以上台阶隧道光面爆破的效果直接影响安全和效益，做好光面爆破设计参数的合理选择，通过每一爆破循环不断调整优化。影响光面爆破效果的主要参数有周边眼间距、周边眼装药集中度和不耦合系数、最小抵抗线。由于该段围岩潮湿及局部裂隙水丰富，炸药采用2号岩石乳化炸药，药卷规格直径φ32mm，长度24cm，质量200g；炮眼炸药采用1~13段别分段非电毫秒雷管微差爆破，非电雷管由电雷管引爆。 炮眼布置形式及各种参数。各种炮眼布置原则和孔间距取值原则。掏槽眼的夹制作用大，临空面小，爆破条件差，又是关系到爆破进尺效果的重要炮眼，孔间距要小，装药量大；扩槽孔或崩落眼的自由面条件相对较好，装渣能力大，渣体块度要求不影响装渣速度，孔距相对灵活点；周边眼关系到隧道开挖轮廓，是控制超欠挖的关键炮眼，其合理间距经验为周边眼间距e及最小抵抗线v的比值e/v=0.5~0.8；底板眼注意两侧边角爆破条件差点，注意控制角度并适当加密。由于断面大，施钻方便，易于调整角度，掏槽眼采用大角度楔形形式，布置5对，上下间距50cm，与掌子面的角度55°，垂直深度3.4米，炮眼底部间距控制在20cm，炮眼长度4.2m，采用楔形掏槽比直岩掏槽节省炮眼个数和炸药量，比较经济合理；扩槽孔炮眼采用v型过渡，辅助眼深度3.2m，辅助眼中的崩落眼间距0.9~1.3m；光面爆破周边眼深度3.2m，经验间距40~70cm，按 60cm取值计，符合光面爆破孔间距a光=（8~18）d，d为炮眼直径，钻头直径40mm，炮眼成孔直径可按40mm计算；光爆层厚经验公式w=(10~20)d，一般在60~100cm，实际按80cm计取，a光/w=60/80=0.75符合经验比值0.5~0.8。为了掌子面开挖整齐，除掏槽炮眼加深外，其它炮眼底部尽量落在同一断面上，掏槽眼10个，扩槽眼8个，辅助眼79个，周边眼43个，底板眼23个，总计163个炮眼。

炮眼装药量计算。单孔药量根据经验公式q=kawlλ，k—单位炸药消耗量（kg/m3）；a—孔间距（m）；w—炮孔爆破方向的抵抗线（m）；l—炮孔深度（m）；λ—炮孔位置系数；掏槽眼单孔药量q=0.80×0.5×2.0×4.2×1.0=3.36 kg，实际一般装17条炸药3.4 kg；辅助眼单孔药量q=0.80×1.0×1.0×3.2×0.95 =2.43 kg，实际平均装11条炸药2.2kg；周边眼单孔药量q=0.80×0.58×0.8×3.2×0.90 =1.07 kg，实际平均装5条炸药1.0kg；底板眼单孔药量q=0.80×0.9×0.95×3.2×1.0 =2.2 kg，实际平均装11条炸药2.2kg；计算总药量319kg，当然有经验的钻爆工人根据实际情况略有调整，如局部节理发育破碎地方装药少点，硬岩难爆破的位置适当增加药量。装药结构形式：掏槽眼采用连续耦合装药；辅助眼采用连续不耦合装药；周边眼采用间断不耦合装药。起爆顺序：掏槽眼、扩槽眼、崩落眼、周边眼、底板眼。如图所示的按1~13段毫秒雷管顺 序起爆。 上端面经济指标情况。隧道开挖轮廓平顺，符合设计尺寸，达到光面爆破要求，循环进尺基本控制在2.8~3.1米范围，平均爆破方量330m3。布置炮眼总数163个，炸药单耗0.95kg/m3。 四、效果评价 该隧道加宽段特大断面应用台阶法成功完成各道工序，上下部干扰少，施工安全可靠，质量合格可控，初期支护稳定，监控量测变形收敛在预期范围内，4个月之后顺利完成二衬钢筋混凝土衬砌，外观美观，隧道不渗不漏。 台阶法是隧道施工常用的开挖方法，主要在于该工法操作简便灵活，施工技术成熟，工人易于掌握，机械设备通用性广，适应性强，应用范围较广，根据围岩变化可及时方便的调整开挖进尺，遇到局部围岩差的情况，及时加强超前支护，缩短开挖进尺，初期支护紧跟，能方便的实现长台阶或短台阶，能与台阶分部法或留核心土法快速转换，减少隧道工作台车的改装加工工作量和时间，有利于提高机械化施工程度，有利于加快施工速度，有利于提高隧道施工效率。 五、施工体会 台阶开挖法在特大断面隧道施工中的优点得到充分体现，具备足够的工作空间和施工速度，上下部或下断面左右作业干扰相对较小，有利提高机械化作业。合理确定各台阶断面大小和台阶长度， 有利于开挖开挖面稳定为原则。上部开挖支护完成后，下部作业就比较安全，同时注意下部作业对上部稳定性的影响。由于隧道加宽段断面高大，施工难度大，钻眼爆破、出渣运输、钢拱架架设、喷锚支护等各工序作业时间长，需要足够的熟练技术工人，才能确保工序顺利快速有效的完成。 隧道地质千变万化，及时正确分析判断围岩地质级别，隧道施工方法根据质地条件动态调整，隧道施工工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌紧跟到位，强化监控量测等一系列施工措施，防止隧道开裂和塌方，确保施工安全是隧道施工中质量、进度、效益等各方面的核心，有效化解隧道施工的高风险。 参考文献： 1、jtj042-94 公路隧道施工技术规范 2、郭学彬 《爆破工程》. 人民交通出版社 3、中交第二公路勘察设计院重庆沿江高速公路第w1合同段施工设计图