三台阶七步法在大断面浅埋偏压软弱围岩隧道中的应用

摘要：本文介绍了京福铁路客专闽赣V标九台山隧道出口浅埋偏压段，采用三台阶七步法施工的一些经验和施工技术，分析三台阶七步法施工浅埋偏压软弱围岩隧道的施工重点及采取的技术措施，为同类隧道工程施工提供相关参考。

关键词：隧道；浅埋偏压；软弱围岩；三台阶七步法

Abstract: this paper introduces the special guest of beijing-fuzhou railway fujian gan V standard nine chuandao shallow buried tunnel for bias, the three steps of the construction of the seven footwork some experience and construction technology, analyzes three steps seven footwork construction in the shallow bias weak rock tunnel construction point and some technological measures, for the similar tunnel engineering construction to provide the relevant reference.

Keywords: tunnel; Shallow buried bias; Weak rock; Three steps seven footwork

中图分类号：U455文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

京福铁路闽赣段九台山隧道位于福建省建阳市，隧道起始里程为DK605+283～DK607+736，全长2453m，设计为单洞双线隧道。隧道采用进出口双向掘进，隧道出口位于建阳市溪口村卢岭组，明暗交界里程为DK607+675，隧道出口DK607+675～+380段位于剥蚀低山区，地形起伏较大两侧为冲沟，植被发育，埋深为5～30m左右，该段地形属于浅埋偏压，围岩均为V级，最大开挖断面154.2。明暗交界里程处，隧道中线位于山脊中间偏右，线路右侧覆盖层极薄，仅为3.5m，左侧为一山谷冲沟。该段地层主要为粉质粘土，红褐色，硬塑；下伏基岩为γ52-3花岗岩，全风化，呈砂土状，局部夹有强风化碎块，灰白色，节理裂隙极发育，岩体破碎呈碎块状。地下水主要为孔隙水，中等富水，受地表水下渗影响，全风化遇水易软化、坍塌。

2、九台山隧道出口浅埋偏压软弱围岩段的特点和施工难点

2.1洞口严重浅埋偏压，两侧为冲沟，且线路右侧覆盖层极薄。

2.2隧道地形地貌条件较为复杂，植被丰富，受地表水下渗影响大。

2.3围岩为全风化花岗岩，呈砂土状，松散、破碎。

2.4隧道位于南方低山丘陵地区，雨季时间长，施工风险高。

2.5开挖断面大，沉降变形控制难度大。

3、方案选择

3.1原设计支护参数

九台山隧道出口DK607+675～+380段原设计为六步CD法施工，每侧分步钢架接头位置打设两根φ50壁厚3.5mm长5m的锁脚钢管，洞口设60m超前φ108长管棚进洞；洞身超前支护设φ89洞身管棚套打φ42单层小导管；初支全环设型钢钢架，间距0.6m，其中DK607+675～+570段采用HW175型钢钢架，DK607+570～+380采用I22a型钢钢架；拱墙设网格为20×20cm的φ6钢筋网片；拱部圆心上140°范围设φ25中空注浆锚杆，间距1.5×1.5m，单根长4m，梅花形布置；边墙设φ22砂浆锚杆，间距1.2×1.2m，单根长4m；喷射砼拱部为C30，仰拱为C25，厚度均为28cm；衬砌为C35钢筋砼，主筋φ22，分布筋φ14，架立筋φ8；仰拱填充为C20砼。

隧道出口DK607+675～+628段在施作洞口长管棚后，采用六步CD法进洞，机械开挖人工修边，局部硬岩弱爆破。开挖过程中隧道各分步各开挖面沉降较小，但因工作面空间狭窄，掘进速度缓慢，两个月进度仅为43m，各步设临时钢架、砼隔壁，工序之间转换时间较长。隧道洞身围岩为全风化花岗岩，呈砂土状，扰动后易变形沉降。受围岩及地形情况影响，在拆除临时支护时对隧道扰动极大，最大沉降达到5mm/d，且仰拱封闭和衬砌施工循环时间均极大的加长，加之南方雨季持续时间较长，该段地下水丰富，再受地表水下渗影响，围岩自重增加，拆除临时支护时施工风险加大。隧道变形不能及时趋于稳定，衬砌必须加强，且强度达到100%，方可拆模，过早拆模势必造成隧道衬砌过早受力出现裂纹，但该隧道工期紧，该地区雨季时间长，如不能将该段尽快渡过，将增大施工风险，影响工期。

3.2变更优化后支护参数

经对现场资料和施工情况综合分析判断，对九台山隧道出口DK607+675～+380段施工方法进行了优化，考虑隧道出口地形地貌情况结合现场实测横断面测量资料，采取高山侧卸载和低山侧反压回填，卸载范围DK607+675～+565段洞身上方土体，卸载坡率1:3，同时对左右侧冲沟进行反压回填，左侧坡率回填1:2，右侧回填坡率1:3。

隧道出口DK607+628～+380段采用三台阶七步法，每侧分台阶脚板位置打设两根φ89壁厚5mm长6m的锁脚钢管，机械开挖人辅助，局部硬岩弱爆破；洞身超前支护设φ89洞身管棚套打φ42单层小导管；初支全环设型钢钢架，间距0.5m，均采用HW175型钢钢架；拱墙设网格为20×20cm的φ6钢筋网片；拱部圆心上140°范围取消锚杆，拱部拱脚位置设扩大拱脚，外扩距离0.8m；边墙设φ42钢花管注浆，间距1.2×1.2m，梅花形布置，单根长5m；喷射砼拱部为C30，仰拱为C25，厚度均为28cm；衬砌为C35钢筋砼，主筋φ25，分布筋φ14，架立筋φ8；仰拱填充为C20砼。

4、施工流程、技术措施及组织安排

4.1施工流程

洞内停止掘进封闭掌子面，采用临时仰拱和竖向支撑对未封闭成环段初支加固采用小型设备对洞顶土体卸载，对两侧冲沟反压回填将洞内未封闭成环初支封闭成环，拆除临时仰拱及竖向支撑利用洞内土体使得掌子面形成三台阶状施作洞身超前管棚及小导管，做好超前地质预报预留核心土，环形开挖上台阶，扩大拱脚，施作初支待上台阶施工5m后，预留核心土，开挖阶右侧，施作初支阶右侧开挖2～3m后，预留核心土，开挖阶左侧，施作初支阶开挖5m后，预留核心土，开挖下台阶右侧，施作初支下台阶右侧开挖2～3m后，预留核心土，开挖下台阶左侧，施作初支下台阶施工10～20m后施作仰拱按3m长度开挖仰拱，并在8h内完成封闭，长度达到12m后，浇注仰拱砼，终凝后施作填充砼仰拱完成24～36m后，及时施作拱墙衬砌，使衬砌成环。

所有施工过程中做好监控量测工作，隧道开挖时洞内按照5m一个断面，洞顶在地表按照与洞内监控断面相同里程，布置地表沉降位移观测桩，隧道开后及时埋设监测点，支护完后2h内读取数据。

4.2技术措施

4.2.1先加固后卸载

三台阶七步法施工前，停止掌子面掘进，并对隧道掌子面各部位挂网喷8cmC25砼封闭，初支未成环段补充临时仰拱和竖向支撑，避免卸载时沉降过大；然后对洞顶土体按设计坡比采用小型挖机进行卸载、反压回填，并在坡脚位置施作梯形截面排水沟，水沟坡率不小于3‰。卸载后地表采用彩条布全面覆盖，防止地表水下渗，在隧道安全通过该段后，进行植草绿化。

4.2.2洞身管棚套打小导管超前支护

洞身开挖前，沿隧道拱部位置打设φ89超前管棚，环向间距0.4m，按照15m一环，管棚注1:1水泥净浆，注浆压力0.5～2MPa。管棚施工完成后，在管棚中间套打φ42单层小导管，环向间距0.4m，按照4.5m一环，注1:1水泥净浆，注浆压力0.5～1MPa。

4.2.3扩大拱脚减少沉降

上台阶开挖对拱脚进行扩大，扩大角度为圆心120°位置，径向两侧各扩挖0.8m，与初支开挖轮廓切线连接，开挖后与初支一起喷射C30砼封闭。

4.2.4大锁脚钢管加强支护

上中下台阶每侧分台阶钢架接头处，采用潜孔钻机打设两根φ89长6m的锁脚钢管大钢管，注M20砂浆，每根锁脚与钢架采用两根φ25“L”形钢筋焊接牢固。

4.2.5边墙5m径向注浆

隧道拱墙位置设φ42mm钢花管，φ42mm钢花管间距1.2×1.2m（环×纵），单根长5米，梅花形布置。注浆材料为水泥净浆，比重1:1，注浆压力0.5～1Mpa。

4.2.6非接触监控量测

隧道监控量测利用徕卡1201全站仪，辅助以反光膜片，进行监控；洞顶布设地表沉降观测断面，埋设里程与洞内监控断面里程相同，具体测点布置断面如下图：

4.3人员与设备

人员：风镐手6人；风钻手12人；挖机司机2人；装载机司机2人；出碴车司机4人；钢架制作8人；钢架安装12人；喷射手4人；喷射机司机4人；喷射上料4人；隧底及仰拱10人；衬砌20人；杂工班10人；技术员1人；试验员1人；测量组4人；共计人员104人。

设备：挖掘机2台；装载机2台；自卸汽车4台；液压台车12m长1部；冷弯机1台；台式钻床1台；切割机1台；电焊机6台；弯曲机1台；调直机1台；风钻20台；风镐6台；潜孔钻机2台；水平管棚钻机2台；湿喷机6台；注浆机6台；20m³空压机组4组；通风机1台；套筒挤压机2套；JS500搅拌机1台；水泵2台；爬焊机2台；徕卡1201全站仪1台。

4.4施工要点

（1）先对洞顶山体进行卸载，同时对两侧冲沟进行反压回填。

（2）暗洞开挖前做好超前支护及超前地质预报，开挖时以机械开挖为主，遇到硬岩时弱爆破。

（3）严格按照工法要求控制各台阶施工长度。

（4）做好拱部扩大拱脚，每侧台阶钢架落底后，及时施作接头处锁脚大钢管，同钢架焊接牢固。

（5）施工中成立专职监控量测小组，严格按照监控量技术测规程做好监控量测工作，及时掌握围岩和支护变形情况，调整支护参数和预留变形量，确保施工安全。

（6）施工时各部位平行开挖，平行施作初期支护，仰拱、衬砌紧跟及时封闭，仰拱、衬砌施工浇注长度保持一致，施工缝必须成环，防止衬砌跨越2组以上仰拱产生不均匀沉降。

5、效果

九台山隧道出口DK607+675～+380浅埋偏压软弱围岩段采用六步CD法施工，月进度最快为30m，工期最快需10个月，方能完成。在采用三台阶七步法施工后，月平均进度54m，仅耗用6个月便完成浅埋偏压段施工，大大的缩短了施工工期，并避开了下半年的梅雨季节，省去了大量需要反复安装、拆除的临时措施，降低了施工安全风险，节约了施工成本，同时在开挖过程中采用了洞身管棚套打单层小导管、边墙径向注浆、锁脚大钢管和扩大拱脚等技术措施，有效的控制了施工过程中隧道的变形和沉降。

6、结束语

随着高速铁路事业的快速发展，以及高速铁路线路线形的需要，各类地形地貌、地质情况、施工环境复杂的浅埋偏压、软弱围岩隧道将不断涌现，但是只要施工方法得当，技术措施和管理力度到位，是可以采用更安全、高效、便捷、经济的施工方法。经过三台阶七步法施工九台山隧道出口浅埋偏压、软弱围岩段，使三台阶七步法施工范围进一步拓宽，为同类隧道工程施工积累了经验。

参考文献

[1]《铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南》经规标准〔2007〕119号

[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设〔2010〕241号

[3]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10753―2010 J1149―2011

[4]《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121―2007 J721―2007

[5]《铁路隧道工程施工安全技术规程》TB10304―2009 J947―2009

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。