隧道施工技術思考（4篇）范文

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第一篇：地鐵隧道地層土壓平衡盾構施工技術

摘要：文章以南寧市軌道交通3號線工程為例，對地鐵隧道施工過程中穿越粉細砂地層的施工難點進行了分析和介紹，選用土壓平衡式盾構機進行施工，通過對設備針對性改造與掘進技術控制，保證了隧道工程的順利開展，有效控制了施工過程中地面沉降，取得了良好的施工效果。

關鍵詞：土壓平衡盾構；盾構機掘進；渣良；管片拼裝；地鐵隧道

1工程概況

南寧市軌道交通3號線工程（科園大道～平樂大道）線路全長約27.96km，均為地下線；本工區包含一站三區間，即北湖北路站、安吉客運站～北湖北路站區間、北湖北路站～秀林路站區間、秀林路站～邕武路站區間。北湖北路站采用明挖法施工，安吉客運站～北湖北路站區間、北湖北路站～秀林路站區間、秀林路站～邕武路站區間均采用盾構法進行施工。區間段左線全長3793.927m，右線全長3730.17m。南寧市地形是以邕江寬廣河谷為中心的盆地形態。本工程所處地貌單元為邕江北岸Ⅱ級階地，主要地質情況為第四系沉積物邕江河流沖積砂礫層，下伏基巖為下第三系泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖。

2盾構施工難點

盾構隧道穿越的粉細砂地層，因含水量大，透水性較強，掘進時由于刀盤擾動，土體在外力及水力作用下易發生迅速坍塌，從而使開挖面的土體呈流塑狀涌入土倉，導致出渣口噴涌、流砂。一旦發生噴涌，將極大影響盾構施工，導致出渣超方，引起地面沉降和塌陷。同時長期噴涌會引起盾構機滯排現象，大顆粒卵石沉積土倉底部導致刀盤、螺旋扭矩增大，姿態不可控、刀具、螺旋磨損大等風險。

3土壓平衡盾構施工技術

根據粉細砂地層的特性，選擇泥水盾構機最為合理。但本工區地質較為復雜，隧道穿越全斷面粉細砂地層僅為本工程地質的一小部分，通過對隧道工程的整體地質環境進行了深入細致的分析，選擇土壓平衡式盾構更適合本工區施工。通過對盾構機針對性改造及合理的渣良措施能夠最大限度減小地面沉降和對建筑物的影響，確保生產安全順利。

3.1盾構始發井口加固

3.1.1加固范圍。“800mm厚素砼地連墻＋600

雙管旋噴樁加固＋降水井”，其中雙管旋噴樁采用Ф600@450。在洞門端采用800mm厚的C20素混凝土地下連續墻將端頭圍閉，再在地連墻圍閉區域內采用樁徑600mm間距450mm的雙管旋噴樁加固其余區域。素地連墻深度可視地連墻底部地層進行調整，要求墻底進入不透水泥巖層不小于2m；當泥巖層不足2m時，則進入圓礫層下巖層累計不小于3.5m；如圓礫層下為較厚粉砂巖層時，則進入粉砂巖層不小于4.5m。雙管旋噴樁加固范圍，長度：始發端頭10m范圍內。寬度：在隧道范圍外3m處進行加固。高度：在盾構隧道洞門直徑上部3m、下部3m范圍內。通過加固高度和加固區間隧道的埋深可以直接計算出旋噴樁樁底的標高。

3.1.2旋噴樁參數及布置方式。旋噴樁直徑為600mm，樁與樁之間的距離為450mm，兩個樁的咬合大約為150mm，樁的布置圖如圖1所示。一般情況下采用加大泵壓力來增加漿液流量及流速，進而增大噴射力，本工程壓力采用20MPa。空氣壓力0.7MPa，風量3m3/min，漿液流量37～45L/min。提升速度與注漿量匹配，供漿量應滿足提速，提速應滿足噴射半徑長度，確保加固范圍內每一深度的噴漿飽和。旋噴樁噴射注漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比根據本項目地質情況采用1∶1的水泥漿液進行施工，根據試樁情況選定合適的水灰比。

3.2盾構機掘進

3.2.1刀盤和刀具。刀盤采用四牛腿，四主梁＋四副梁的結構形式，刀盤開挖直徑6280mm，開口率36%，中心部位有較大開口利于渣土流動，防止中心結泥餅。刀盤面板采用復合耐磨板覆蓋，刀盤外圓采用兩道合金耐磨環，最大限度地減少了細粉砂底層在掘進過程中對刀盤的磨損。刀具配置：可根據需要安裝39刃17寸或者18寸滾刀。

3.2.2渣良。粉細砂地層中含水量大，滲透系數大，砂石呈液態化，本項目采用了高濃度膨潤土及泡沫進行渣良，降低滲透性，增加和易性，防止噴涌，降低刀盤、刀具磨損。膨潤土粘度達到30s以上，注入刀盤面板前方及土倉實現渣良。盾構機設計形式為梭形結構，刀盤開挖直徑為6280mm，前盾、中盾、尾盾依次為6250mm、6240mm、6230mm；目的是減少盾體通過時的阻力，防止卡盾現象；在盾尾脫出前同步漿液無法填充此區域，此施工間隙是導致上述粉細砂地層第三階段地面沉降的主要原因，因此在掘進過程中同步往盾體周圍注入高稠度膨潤土填充，有效控制地面沉降，同時也抑制盾尾后方承壓水及同步漿液竄入土倉，影響掘進狀態。

3.2.3掘進參數控制。通過以往施工經驗及試掘進對盾構機推力、扭矩、掘進速度、土倉壓力、注漿壓力等各參數進行優化。在確保掘進無安全風險的前提下，以降低設備負載率為最優，防止人為的蠻干。具體掘進參數為：推力控制在9000～12000kN，掘進的速度控制在3～4cm/min，注漿壓力控制在0.20～0.25MPa，掘進過程中密切關注推進速度、土倉壓力及出渣情況，盡量避免土倉壓力波動過大，推力過大，導致噴涌現象。停機時可適當提高土壓，防止泡沫氣體擴散后土壓降低影響掌子面穩定。

3.2.4出土量控制。綜合考慮各地層松散系數、地下水、渣良填充物等因素，事先計算出每一環理論出渣量。掘進時，施行體積與重量雙控，及時與理論值對比。根據對比情況實時調整掘進參數。加強監測，如發現有超挖、地表沉降大現象，及時增加膨潤土注入量，調整注漿壓力和注漿量。

3.3盾構機姿態控制

盾構機采用自動導向系統和人工測量輔助進行盾構姿態監測。自動導向系統配置了導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等，能夠全天候在盾構機主控室動態顯示盾構機當前位置與隧道設計軸線的偏差以及趨勢。據此調整控制盾構機掘進方向，使其始終保持在允許的偏差范圍內。隨著盾構推進導向系統后視基準點需要前移，必須通過人工測量進行精確定位。為保證推進方向的準確可靠，盾構機姿態人工復測始發段（100m）及到達段（200m）每天測量一次，其他段每隔20環或2d測量一次，以校核自動導向系統的測量數據并復核盾構機的位置、姿態，確保盾構掘進方向的正確。小半徑曲線掘進應進行盾構姿態預偏控制，讓盾構姿態偏角略大于設計線偏角（即走內弧線），趨向值為內弧線方向。是為了確保成型隧道軸線的最終偏差在規定范圍內。根據所處地層和本工區施工實踐經驗的綜合分析，建議在進入小半徑緩和曲線段時逐步將水平姿態調整至內弧線20mm內。曲線段推進過程中，因盾構機分區油缸壓力差，掘進效率降低，會有微量超挖現象，成型隧道呈橢圓狀，因此對應提高注漿量，同步注漿的過程中適量加強對曲線段外側的壓漿量，以填補施工空隙穩定管片。

3.4管片拼裝

本區間管片設計為外徑6000mm、內徑5400mm、管片厚度300mm、標準環管片寬度1500mm，由1塊封頂塊、2塊鄰接塊、3塊標準塊共6塊組成。C50高強混凝土，抗滲等級P12。止水材料采用三元乙丙橡膠密封墊，與管片間用單組分氯丁膠粘劑粘結。環間采用錯縫拼裝。為滿足曲線模擬和線路糾偏需要，專門準備了左、右轉彎楔型環，為單面后楔形，楔形量為38mm；通過與標準環的各種組合來擬合不同曲線半徑的曲線或糾偏。隧道質量通病管片錯臺的是成型管片在適應開挖的隧道，是應力釋放的表現。錯臺的原因是兩者形狀、線型不匹配，由各種力實現變形。管片選型拼裝三要素為盾尾間隙、油缸行程差及理論排版。盾尾間隙是當前成型管片與盾尾的位置關系；油缸行程差反映了管片軸線與中前盾、盾尾軸線關系。施工控制目標是盾構機姿態波動越小越好，幾乎沒有糾偏現象，管片與盾構機軸線始終一致，盾尾間隙良好。

3.5襯背注漿

管片襯背注漿是確保管片質量的重要措施，也是確保盾構機姿態控制的重要因素；注漿設備的能力必須滿足盾構推進速度需求；漿液性能標準要考慮地域材料甚至氣候因素對其的影響，所以不同地域不同項目漿液配比不具備通用性。注漿量及漿液的性能標準是影響上述粉細砂地層地面沉降第四及第五階段的主要因素。粉細砂層滲透系數較大，同步注漿漿液會慢慢的向著粉細砂地層進行滲透，注漿量控制實行方量與壓力雙控標準。同步注漿使用的是水泥砂漿，并且在其中加入適量的粉煤灰、膨潤土和外加劑等，這樣能夠有效地提高注漿結石體的耐腐蝕性，有效地防止地下水分對管片混凝土的腐蝕。壓力控制在0.2～0.25MPa范圍內，保證管片不會在注漿的過程中發生變形或者損壞的現象。漿液的性能指標為：黏稠度控制在12.0～14.0cm，比重為1.55～1.65g/cm3，凝膠時間不超過6h，1d后抗壓數值大于0.3MPa，28d后抗壓數值大于4.5MPa。

3.6監控量測

按照規范、設計要求區間監測范圍為橫向2倍隧道埋深范圍（埋深等于區間結構頂離地表距離）。隧道中線30m范圍內建（構）筑物、管線。一般地段縱向監測點間距宜為10～30m，每100m設置橫向監測斷面；在始發段和接收段、聯絡通道等部位及地質條件不良部位，應有橫向監測斷面控制，且橫向監測點沿隧道中線每6環布設一點，進出洞加固區域按照5m一個斷面布設，其他為每30環布設一組垂直于線路的斷面，測點間的水平間距為3m＋5m＋5m。在施工過程中對整個隧道進行監測并沒有監測到起伏較大的地表沉降和地面隆起變形現象，并且整個施工現場中地表沉降的最大值不超過20mm，地面隆起最大值不超過10mm，這樣最大限度地保證了路面的質量和周圍建筑物的安全。

4結語

綜上所述，在地鐵隧道粉細砂地層采用土壓平衡盾構施工技術具有良好的施工效果，使用地連墻結合雙管旋噴洞口加固方式確保了始發掘進安全，隧道施工過程中并沒有出現較大的地質變形情況，有效保證了周圍管線、建筑物的安全，確保了路面結構的穩定性，從而使得隧道工程順利的開展，取得了良好的施工效果

參考文獻

[1]劉仁鵬，劉萬京．土壓平衡盾構技術淺談[J]．工程機械，2008，（8）.

[2]李曙光，方理剛．土壓平衡盾構法隧道施工中影響地表沉降的因素淺析[J]．現代隧道技術，2007，44（5）.

[3]劉建偉，宋娟娟，增龍廣．土壓平衡盾構施工地鐵引起的地表沉降分析[J]．路基工程，2012，（5）.

作者：周雙禧 單位：中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司

第二篇：隧道泄水洞開挖鉆爆設計與施工技術

摘要：本文依托茅坪山隧道泄水洞施工，提出了富水隧道泄水洞開挖爆破設計方案，給出了爆破相關設計參數，并詳細介紹爆破施工工藝及施工操作要點，以期對類似工程提供借鑒。

關鍵詞：泄水洞；爆破設計；施工

0引言

隧道光面爆破是指通過正確選擇爆破參數和合理的施工方法，分區分段微差爆破，達到爆破后輪廓線符合設計要求，臨空面平整規則的一種控制爆破技術，是支撐新奧法原理的重要技術之一。光面爆破技術是隧道超挖控制有效手段之一。但由于隧道工程地質條件的復雜多邊形，在實際過程中施工中“光爆不光”、超挖過大、進尺短等現象普遍存在。近年來，光面爆破技術廣泛應用與隧道泄水洞施工，本文依托實際工程應用，采用兩臺階開挖、光面爆破技術，取得良好的應用效果。為此總結施工經驗，以期對類似工程提供借鑒。

1工程概況

茅坪山隧道泄水洞位于云貴高原斜坡地帶，地形總體為中部高四周低，泄水洞穿越區域全為碳酸鹽巖分布區，具構造剝蝕～溶蝕槽谷地貌特點。槽谷的發育多與大型節理、斷層等構造走向線一致；山體兩側坡麓自然斜坡陡峭，坡角達25～40°，常為地下水的集中排泄和地表沖溝源頭。地下水類型主要有松散土層孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水三類。為降低運營期間水害風險，起到排水降壓作用，確保襯砌結構及長期運營的安全。茅坪山隧道進口至左線線路前進方向右側45m處增設泄水洞，全長2390m。光面爆破技術憑借其成型規整且表面光滑度好的特點在泄水洞施工中得到普遍的應用。本文將就光面爆破技術在泄水洞施工中應用進行闡述。

2爆破設計

泄水洞Ⅲ、Ⅳ級采用全斷面開挖，Ⅴ級采用兩臺階開挖施工方法。洞身開挖采用光面爆破，如此可有效避免超挖、欠挖和減小爆破對周邊圍巖的不利影響。由于光面爆破的效果受到工程地質狀況的很大影響，因此在確定爆破參數時必須結合工程地質實際情況，選擇最佳的爆破設計方案。鉆眼采用鉆孔臺車，掏槽眼采用斜眼掏槽方式。

2.1鉆孔方案

采用YT-28型鑿巖機鉆孔，鉆孔時按照炮孔布置圖正確鉆孔，嚴格控制炮孔鉆進方向，把誤差減到最小，以確保爆破質量。掏槽孔要保證鉆孔角度，周邊孔開眼要在輪廓線內5cm，外插腳1°～2°；周邊孔鉆孔誤差環向不大于5cm，徑向不大于3cm；掏槽孔不大于3cm，其它孔開眼誤差不大于5cm。

2.2炮眼布置原則

掏槽眼：位于隧道掌子面的中下部，底板眼的上部，為便于打眼一般鉆孔臺架的第一、二層均布設，每層3～5排，間距a=6～12D（D為炮眼直徑）一般為25～50cm，易爆取大值，反之取小值。掏槽眼開口寬度為隧道半幅寬減50cm，眼底間距20cm，與掌子面夾角為55～70°，垂直深度比設計進尺深20cm。周邊眼：布于隧道的開挖輪廓線上，間距E=8～15D，一般為40～50cm。垂直深度比設計進尺淺20cm，最好為每循環實際進尺深度。內圈眼：布于周邊眼的內側于周邊眼平行，距周邊眼距離W=1.0～1.2E，間距a=20～25D，一般為80～100cm，垂直深度與設計進尺相同。輔助眼：布于掏槽眼于邊墻內圈眼之間的炮眼，根據斷面大小，一般布設3～5排，炮眼底部排距b=20～35D，一般為80～130cm；間距a=25～35D，一般100～140cm。垂直深度與設計進尺相同。底板眼：位于隧道低部開挖輪廓線上，間距a=15～20D，一般為70～80cm，垂直深度與設計進尺相同。

3Ⅴ級圍巖兩臺階開挖炮眼布置圖

以Ⅴ級圍巖兩臺階開挖爆破設計方案為例，其炮眼設置和裝藥量如圖1、圖2和表1所示。

4施工工藝

4.1鉆爆作業施工工藝

施工工藝流程圖如圖。

4.2施工工藝要點

4.2.1鉆孔作業

鉆孔作業前，根據鉆孔設確定臺車臂作業區域，各臂鉆孔的順序，風槍鉆孔的配合時段及作業時間，使鉆孔有序進行。采用多功能臺架鉆孔時，劃定每臺風槍作業區域，規定作業時間，規定周邊眼、底眼、掏槽眼開孔偏角及插入角，鉆孔時嚴格按規定作業，力求鉆孔方向、位置滿足設計要求，準確控制周邊眼外插角。用極坐標APS斷面檢測及炮眼定位，先按不同的圍巖斷面尺寸，炮眼布置圖輸入儀器，爆破后輸入相應的里程、斷面，儀器通過光束自動檢測斷面超欠挖，用油漆按投影布點。鉆孔標準需達到準、平、直、齊。

4.2.2裝藥作業

開始裝藥作業前應先用高壓風清孔，確保孔內干凈整潔無異物。核對雷管段數，確認其與設計一致時開始裝藥，要求嚴格依照相關規范標準進行裝藥操作，合理控制藥量。裝藥時，為了防止拉雷管或破損導爆管，藥裝到孔底，起爆藥包用炮棍緩慢送入。裝藥過程中在孔外導爆管上標注雷管段數，復核雷管段是否存在異常，并核對裝藥長度及藥卷規格，確保各項參數都符合相關規范標準，核對完畢后應認真做好記錄。當炮眼全部裝藥后，用炮泥將其堵塞，其長度為30cm。機械加工炮泥，用炮棍頂進，確保封孔嚴密。

4.3爆破作業

開始爆破作業前，應先將無關的設備和人員撤離，然后連結網路開始進行爆破作業。要求為了直觀的判斷網路是否存在異常，應盡量保證網路連結整齊，且最好在靠近眼孔的位置連結，盡量縮短孔外網絡。待網路連結檢查符合要求后，設好防護哨，撤離所有在爆破范圍內的人員和設備，只留爆破人員等起爆信號發出后進行爆破作業，并快速撤離爆破。

4.4鉆爆效果檢驗

為了不斷優化鉆爆設計，每次掘進爆破通風排煙后，應仔細檢查記錄好鉆爆效果。檢查記錄內容主要包括圍巖的損壞程度、拋擲距離、碴體的破碎程度、平均掘進長度、炮孔利用率、光爆效果等。

4.5控制超欠挖措施

不同的鉆爆參數適用于不同的地段，因此應結合地段實際情況，選擇科學的鉆爆參數：采用一炮一分析制度，每次鉆爆循環后，對比分析多方面的測量和數據，包括巖碴塊度、堆碴高度、拋碴距離、殘眼深度及數量、裝藥量、炮痕保存率、爆破震動速度等，從而確定最佳的鉆爆參數，使鉆爆設計更加完善。

4.5.1控制打眼精度、爆破影響和裝藥封堵質量

首先利用全站儀在隧道底測出與隧道中線平行的臺車軸線位置，然后安排臺車在測設位置準確定位，開孔位置禁止>±2cm，炮眼軸線以激光指向導向，鉆周邊眼時插上炮桿，使側墻孔在一條垂線上。全斷面一次爆破中掏槽眼與擴槽眼的起爆雷管選用的是1～15段毫秒雷管，其它炮眼配裝秒差為50ms的3～11段等差雷管，取得了良好的效果，因為毫秒雷管1段、2段、3段、5段…間，延期秒差小于50ms，因此除掏槽眼外跳段使用。嚴格按照設計裝藥量和間隔距離，將雷管、導爆管、竹片按綁扎成藥串，然后開始裝藥，要求藥量適當，且禁止混裝和錯裝雷管。炮眼裝藥后，用炮泥嚴密堵實。

4.5.2加強地質預報工作

為提高爆破效果，更好地控制超欠挖，應采取有效措施加強地質預報工作，具體比如配備專業工程師做好掌子面地質描述，配合有關設備或儀器作出開挖前方的地質預報等。

4.5.3堅持斷面檢測及信息反饋

為不斷完善鉆爆設計，當開挖放炮后，應及時將爆破效果、斷面超欠挖情況等記錄在案，并進行必要的對比分析，由此我們能夠得到一些數據。比如平均線性超挖、最大欠挖、最大超挖等，從而分析出超欠挖部位的位置，有的放矢地采取修正措施，因此通過堅持斷面檢測及信息反饋，能夠不斷優化鉆爆設計。

5結論

茅坪山隧道泄水洞采用上述爆破方案，有效保障了工程進度、質量和安全。在施工過程中總結的經驗和建議如下：①采用光面爆破技術，嚴格控制實施爆破的方案，Ⅴ級圍巖采用二臺階開挖法施工，單循環進尺2.3m，最大一段藥量9.6kg。②爆破后巖面保留有半眼孔痕，中等強度巖石的半眼率>60%，高等強度巖石的半眼率>80%。③在正式開始施工前，結合圍巖地段的實際情況和初擬的鉆爆設計，應先進行鉆爆試驗，如此既有利于優化爆破參數，因為一旦在爆破試驗中發現效果不理想，就可及時地采取修正措施，也有利于判斷爆破振動對已支護段是否危害，幫助分析爆破設計是否科學完善。④通過控制打眼精度、爆破影響和裝藥封堵質量、加強超前地質預報和爆破斷面持續檢查工作，有效控制了隧道超欠挖現象。

參考文獻：

[1]張超，王海亮，劉玲玲.淺埋隧道光面爆破減振施工技術[J].國防交通工程與技術，2015（06）：71-73.

[2]王小波.張家溝隧道光面爆破設計及應用[J].山西建筑，2015（10）：165-166.

[3]劉萍.小斷面隧道光面爆破技術探索[J].價值工程，2015（09）：198-201.

[4]徐林生，王知遠.隧道光面爆破超欠挖現象分析與控制技術措施[J].公路隧道，2015（01）：54-56.

[5]羅毅，任華林.岑溪大隧道光面爆破設計及其應用[J].公路交通技術，2015（01）：98-101.

作者：續志勇 單位：中鐵十七局集團第三工程有限公司

第三篇：淺埋軟土隧道施工技術探討

摘要：在淺埋軟土隧道施工中，采用長、大鎖腳鋼管技術加強初期支護，改變以往的施工思路，在“CD”法或“CRD”法外采用較常規的三臺階預留核心土法輔以大幅度加強初支鎖腳和初支整體連接的方式來控制淺埋軟弱圍巖中隧道的初支下沉變形。文章對淺埋軟土隧道施工技術的應用進行了探討。

關鍵詞：淺埋軟土隧道；初期支護；長、大鎖腳鋼管；縱向工字鋼托梁；施工技術

目前我國基礎設施建設仍處于高速發展階段，公路、鐵路建設是其中重要組成，大多鐵路、公路線均有隧道工程，其中淺埋軟土圍巖隧道施工也比較常見。本文根據某隧道水文及地質特點，對淺埋軟土隧道初期支護施工進行創新及推廣，通過采用較易行的施工工法輔以特殊的初支加強措施，以提高項目的經濟性和安全性，實現隧道施工的穩步快速推進。

1某淺埋軟土隧道工程概況

1.1設計情況

該隧道為雙向四車道隧道、隧道圍巖由石炭系石英砂巖、砂巖、礫巖、粉砂巖、泥巖夾煤層及侵入巖—中粗粒斑狀黑云二長花崗巖組成，其中進口段為全風化～強風化，表部分布薄層殘坡積松散碎石土，巖石風化強烈，結構較破碎，圍巖穩定性差。暗洞淺埋軟土（洞頂埋深為3～25m）樁號范圍：進口左線ZK156＋150～ZK156＋260、進口右線K156＋145～K156＋240，左、右線淺埋軟土段落共計205m。隧道洞口段各設有30m長Φ108*6mm大管棚進行超前支護。

1.2施工情況

根據施工計劃和工期進度安排，該隧道左、右洞掌子面分別正常掘進21m、28m后，進入春雨季節施工。地表、地下水發育，洞內圍巖呈飽和液性土狀，洞頂及洞內初支監控量測數據持續超過預警值，初支出現開裂現象。施工單位隨即停止開挖掘進并將現場情況上報，對已施工的初支段采取注漿、增設縱橫向工字鋼支架的方式進行加固，阻緩初支變形的進一步發展。而后業主單位組織召開了專家論證會，分析因持續降雨，滲水量大，從而導致覆蓋層土體含水飽和，土體重量增加，土體喪失黏聚力及自穩能力，從而導致初支荷載急增，初支開裂。會上專家提出，淺埋軟土圍巖隧道遇水后完全喪失自穩能力，并不適用新奧法施工。對后續淺埋軟土圍巖段初支施工，建議采取以鋼架拱腳設長、大鎖腳鋼管的初支加強技術來抵抗圍巖的荷載。經驗證，施工單位在剩余的淺埋軟土圍巖段施工中，靈活運用了該技術，初支變形始終處于可控的狀態，施工組織得以正常有序推進。

2長、大鎖腳鋼管技術施工原則

由于該工程質量要求高、工期緊，淺埋軟土圍巖段落長，在三臺階預留核心土法的基礎上進行工法改進，涉及到相關工序優化安排及機械設備選擇，對長、大鎖腳鋼管施工提出了更高的技術要求。在施工過程中，要尤其重視觀察初支外觀的變化及監測數據的整理分析。遵循的最基本原則確保初期支護變形處于安全、可控狀態前提下，總結各項技術參數，把握長、大鎖腳鋼管最佳施作時機，靈活組織施工。在征求相關專家同意的前提下，對鋼管直徑、長度、數量、施打時間等技術參數及時調整，嚴禁冒進作業。

3長、大鎖腳鋼管施工規程

3.1施工工藝

該隧道進洞施工采用三臺階預留核心土工法開挖，由于需預留核心土，存在施工作業空間限制，潛孔鉆機無法擺放。故上臺階施工時，長、大鎖腳錨管的施工會滯后掌子面4～5m；中、下臺施工則不受影響，可隨每循環初支同步進行。進行上臺初支立架時應充分考慮初支變形下沉量，尤其是鎖腳鋼管施作前的變化，充分理解鎖腳鋼管技術應用目的在于鎖腳鋼管施作后至襯砌施工封閉期間，有效抑制淺埋軟弱隧道初支的持續變形，為下一步開挖初支提供安全、質量保障。在軟弱淺埋圍巖中，長、大鎖腳鋼管雖對抑制初支下沉和變形有不錯的效果，但初支變形仍會緩慢持續發展，所以尤其要重視初襯的及時成環和二襯施工及時施作，嚴格把安全步距控制在規范允許范圍內。

3.2工藝流程

3.2.1鋼管制作。鎖腳鋼管管全部在鋼構廠統一加工，采用L＝6m，Φ89*6mm熱軋無縫熱軋鋼管制成，在前部鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距20cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部不鉆孔長度0.6m，作為止漿段。

3.2.2設置縱向工字鋼托梁。縱向工字鋼托梁采用I16型鋼切割制作而成，長50cm（根據鋼架間距調整）。焊接于前后2榀工字鋼拱腳上方40cm處的腹板之間。初支立架時注意縱向工字鋼與鋼架腹板間的縫隙應盡量小，縫隙采用鋼板或鋼筋進行塞焊，焊縫需飽滿緊密中、下臺焊縫質量關系著初支與長、大鎖腳鋼管的能否形成一個有效的整體進行受力，是該技術的關鍵要點之一，嚴禁漏焊、虛焊。因上臺長、大鎖腳鋼管施工會略滯后于上臺初支施工，焊接于2榀鋼架間的縱向工字鋼中部正下方位置需點焊預留Φ8mm鋼筋作為標識，鋼筋頭長度滿足初支噴砼厚外露砼面2～3cm，以便后續長、大鎖腳鋼管安裝時準確定位。為提高工效，中、下臺長、大鎖腳鋼管施工時機可根據監測數據分析及現場施工組織情況把握。可隨中、下臺初支立架即時施作，也可待初支完成后幾個循環段集中一次施作（應注意參照上臺長、大鎖腳鋼管施工預留Φ8mm鋼筋作為打設孔位的標識），但推后作業的施工段落不宜過長。

3.2.3鉆孔、安裝。鎖腳鋼管鉆孔采用潛孔鉆機成孔，孔位緊貼于縱向工字鋼托梁中部的正下方位置，孔深不小于6.1m，外插角15°～20°。鋼管頂入長度應保證尾部剛好露出初支砼表面為準，避免影響后續防水層施工，鋼管頂入后尾部焊接注漿管頭，用錨固劑或塑料膠泥封堵孔口及周圍縫隙。

3.2.4注漿。注漿作業應提前做好準備，在鎖腳鋼管安裝完成后立即進行。注漿作業能提高鋼管管身剛度且能固結初支背后圍巖，極大地提升初支、鎖腳鋼管、圍巖間的整體性，是長、大鎖腳鋼管技術施工過程中不可或缺的一環。注漿材料及參數：注漿材料：水泥漿。注漿參數：（1）水泥漿液水灰比1∶1（重量比）；（2）注漿壓力：0.5～1.0MPa。注漿前進行壓水試驗，檢查機械設備是否正常，管路連接是否正確。注漿量先大后小，注漿壓力由小到大。單孔注漿壓力達到設計要求值，持續注漿10min且進漿速度為開始進漿速度的1/4或進漿量達到設計進漿量的80%及以上時注漿方可結束。出漿口與小導管間需連接牢固，采用契形鋼管包布打入或絲扣連接，保證高壓狀態下不崩管。漿液在攪拌桶中按配合比配置攪拌，放入儲漿桶中并應過濾，一次放漿不宜過多，攪拌桶中漿液不得停止攪拌。注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿，做好注漿記錄，以便分析注漿效果。值得注意的是，為加快漿體凝結時間，盡早形成強度，在其他類似工況中，運用該技術時，也可考慮使用水泥-水玻璃雙液漿。

4淺埋軟土隧道初期支護施工中長、大鎖腳鋼管技術

淺埋軟土隧道初期支護施工中長、大鎖腳鋼管技術是一種抑制初支下沉變形的加強技術，應根據現場圍巖情況、初支變形情況對鋼管直徑、長度、數量、施作時機等技術參數及時調整。實踐過程中要用到潛孔鉆機進行成孔、安裝作業，考慮到潛孔鉆機使用成本，當淺埋軟弱圍巖需加強段落長度越長時經濟效益越可觀。當然，該項技術在其他類似的不良地質條件下，也可考慮作為一項常規的洞身初支加強技術。軟弱圍巖施工需高度重視初支各項工序施工質量，切實做好監控量測工作，按方案進行數據的整理、分析，為長鎖腳錨管的施作時間及實際效果提供依據，確保施工進度達到預期、提升安全效益。為提高施工效率，中、下臺初支施工時可根據監控量測數據情況合理調整鎖腳鋼管的施作時間，當監測數據顯示變形可控且初支變形量富余較大時，鎖腳鋼管施工可略滯后初支施工，劃分段落集中進行施作。通過設置縱向工字鋼托梁加強初支的整體連接并對下設的鋼管鎖腳起到鎖定作用，長、大鎖腳鋼管與常規的Φ42*3.5mm鋼管鎖腳相比，極大地增加了鎖腳對初支下沉變形的抵抗力。在淺埋軟弱圍巖進洞施工中，采用較常規的三臺階預留核心土法，輔以打設較大鋼管鎖腳和設置工字鋼托梁控制初支變形，與傳統的“CD”法或“CRD”法相比，其工藝簡單、質量可控、成本低廉、進度快速。

5結語

該隧道前期施工中，監控量測數據長期處于預警狀態，初支變形大，出現不同程度的侵限情況。后經專家研究決定采用較常規的三臺階預留核心土法施工輔以長、大鎖腳鋼管加強措施后，有效地抑制住淺埋軟弱圍巖中初支變形的持續發展，現場施工恢復正常，施工進度穩步安全推進。這說明該項設計具有重大的應用價值，可以被應用于相似的隧道建設中。施工人員也可以在實際施工過程中，對相關內容進行創新與改進，對各項技術參數和施工步序進行動態調整，不斷積累總結經驗，以便更好地促進該技術的發展。

參考文獻

[1]童磊．軟土淺埋隧道變形、滲流及固結性狀研究[D]．浙江大學，2010.

[2]黃興華．軟弱圍巖條件下的淺埋隧道施工研究[D]．湖南大學，2009.

作者：李文剛 單位：中鐵四局集團第五工程有限公司

第四篇：鐵路黃土隧道微臺階法快速施工技術探討

摘要：通過對微臺階工法在鐵路黃土隧道施工中的應用，總結微臺階工法的特點及優缺點，研究微臺階工法在第四系全新統沖洪積粉質黏土、上更新統風積新黃土、中更新統風積老黃土地質鐵路隧道施工中的適用性，充分發揮隧道內作業空間，合理配置資源，優化各工序作業順序，快速進行初支封閉，保證了黃土隧道施工安全和質量，加快了黃土隧道施工進度。

關鍵詞：黃土隧道；微臺階；快速封閉；軟弱圍巖；監控量測

0引言

隨著國家鐵路“十三”規劃的逐步實施，中西部鐵路建設項目猛增，相應黃土隧道逐慚增多，在部分鐵路建設項目中黃土隧道甚至占了主導地位，決定著一個鐵路項目的成敗。如何快速施工黃土隧道保證施工安全、質量，避免出現沉降變形、塌方、突泥突水、冒頂等災害對中西部鐵路建設項目有著深遠的意義。本文通過楊坪黃土隧道采用微臺階工法施工，大大縮短初支封閉距離，約束圍巖變形和沉降，降低安全風險，保證施工安全。各臺階同步作業，充分發揮作業空間，提高作業效率，加快了施工進度。

1工程概述

楊坪隧道為新建鐵路麟游礦區至寶雞二電廠專用線的重點工程之一，其隧道進口位于鳳翔縣姚家溝境內，出口位于麟游縣招賢鎮境內。隧道里程范圍DK56+239～DK61+284，全長5045m。隧道穿越低中山區，黃土沖溝發育，地形起伏大，高程1170m～1440m，洞身最大埋深212m。其中進口端位于澗渠河東岸山梁坡腳處，開辟有階梯狀耕地，沿線路方向斜坡坡度約30°；隧道洞身沖溝發育，覆蓋層較厚，溝谷地帶多有基巖裸露；出口端位于杜水河西岸一小沖溝坎壁處，溝心基巖裸露，兩側植被發育，沿線路方向斜坡坡度約35°。隧道設計為單洞單線曲墻式復合式襯砌。全隧道除進口段769.16m和出口段668.34m位于半徑為R-800m的曲線上外，其余均位于直線上，洞內縱坡設為11‰、14.3‰、15‰和14.2‰的單面上坡。巖性主要為Ⅳ級1770m、Ⅳ土級780m、Ⅴ級1145m、Ⅴ土級1350m。黃土段占隧道全長42.2%。進口段DK56+245～DK56+880屬于黃土段淺埋偏壓，平均埋深約35m～45m，出口段DK59+520～DK59+980穿越沖溝富含水易突石頭突泥坍塌，標段總工期30個月，隧道工程完工工期26個月，工期緊、任務重。

1.1技術標準

鐵路等級：地鐵Ⅰ級，線下國鐵Ⅱ級；正線數目：單線；最大縱坡：15‰；最小曲線半徑：800m；牽引種類：內燃，預留電化條件；機車類型：DF8B；到發線有效長度：850m，雙機880m；牽引質量：4000t；閉塞方式：自動站間閉塞。

1.2工程地質

正線隧址區地層主要為第四系全新統沖洪積粉質黏土、上更新風積新黃土、中更新統風積老黃土、白堊系下統礫巖、泥巖夾砂巖。隧道范圍內的底層主要由新黃土（洞口端）、老黃土、泥巖夾砂巖及礫巖組成。

1.3水文地質特征

隧道區屬鄂爾多斯地臺西南緣于關中凹陷的結合部位，斷裂、褶皺不發育，巖層近水平產出，相對比較穩定，地質構造簡單，地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于黃土層、黃土層與泥巖夾砂巖接觸面及黃土層與礫巖接觸面；基巖裂隙水主要賦存于巖體節理、裂隙帶中，富水性差異較大，在巖體較完整地段富水性較小，在巖石破碎地段富水性較大。

1.4氣象特征

隧址區屬于溫帶半濕潤～濕潤季風氣候區。年平均氣溫9.1℃，極端最高氣溫37.8℃，極端最低氣溫-25.2℃。年平均降水量620.4mm，年最大降水量986.1mm。年平均蒸發量1401.6mm。最大積雪厚度26cm，最大凍土深度53cm。

2施工方案

2．1施工風險分析

楊坪隧道進口段穿越低中山區，洞身黃土沖溝發育，地形起伏大，淺埋偏壓。存在以下風險：①第四系全新統沖洪積粉質黏土、上更新風積新黃土弱富水開挖易掉塊坍塌；②初期支護拱頂易沉降，拱腰易收斂變形。噴射混凝土易開裂剝落。2.2開挖工法的確定楊坪隧道斷面設計為7m×9m（寬×高），目前軟弱圍巖隧道常規開挖工法為三臺階七步法、CD法、雙側壁導坑法等，而此三種工法具有表1中所述特點，均存在工序多，施工干擾大，達不到初支快速封閉成環施工要求，因此根據圍巖特性，需要選擇或改進開挖工法。

2.3微臺階法

2.3.1臺階劃分

楊坪隧道進口、出口黃土段采用上、中、下三個臺階同步作業，上臺階長度3～5m，高度2.8m；中臺階長度4～6m左右，高度3.2m；下臺階長度5～7m，高度3m，仰拱高度0.8m（下臺階與仰拱初支同步施工）；三個臺階同步作業，中下臺階左右側對稱開挖，縮短了掌子面至仰拱初支封閉的距離，可保證三臺階法施工掌子面至仰拱封閉距離2倍洞徑，兩臺階法施工掌子面至仰拱封閉距離1倍洞徑。保證施工安全，提高工作效率，加快施工進度。

2.3.2微臺階開挖

①施工中應遵循“短開挖、少擾動、強支護、緊封閉、實回填、嚴治水、勤量測”的施工原則，緊湊施工工序，精心組織施工。

②加強隧道超前地質預報，做好掌子面地質素描及地質調查。

③上臺階采用人工開挖，中、下臺階及仰拱采用人工配合機械進行開挖，嚴格控制超欠挖。

2.3.3增強支護措施

①上臺階拱部采用超前小導管、超前密排小導管等輔助措施施工，確保掌子面前方穩定。

②上臺階支護鋼架緊貼掌子面安裝。各臺階鋼架拱腳打設2～4根準42mm（或準76mm）鎖腳錨管，并灌注水泥砂漿。拱腳采用輕型墊塊支墊牢固。鋼架連接處采用厚度為10mm，寬度為10cm鋼板作為縱向連接筋。上臺階及中臺階根據現場情況設置臨時仰拱。仰拱初支鋼架與下臺階同步施工。

③初支噴射混凝土采用濕噴機械，保障噴射混凝土的平整度、密實度、強度。

2.3.4微臺階工法操作要點

①合理確定各臺階高度、寬度，既要保證各臺階在開挖過程中的穩定，也要有一定的作業空間，還得考慮方便機械作業。這是微臺階工法的核心和基礎。

②遵循軟弱圍巖施工的“三超前、四到位、一強化”原則。即超前預報、超前加固、超前支護，工法選擇到位、支護措施到位、快速封閉到位、襯砌跟進到位，強化量測。

③高度重視上臺階施工，保證上臺階開挖、支護過程中掌子面穩定。根據圍巖情況確定核心土是否預留和預留范圍。

④突出強調一個“快”字，各臺階施工做到“快挖、快支、快封閉”，同時噴射混凝土保證早期強度達到要求，以形成受力體系。

⑤始終保持安全步距，掌子面至初支封閉距離不大于2倍洞徑。

⑥根據實際揭示圍巖情況、監控量測變形情況、超前地質預報情況，合理確定開挖進尺，樹立以加快循環時間保證進度的理念，改變以加大進尺保證進度的錯誤觀念。

⑦嚴格執行“上下緊跟、左右緊墊”的安全措施，即上臺階拱架頂緊掌子面不留空隙，仰拱初支緊跟下臺階封閉成環，各臺階拱架左右拱腳墊實不能落在虛土上。⑧加強鎖腳施工質量的控制，嚴格控制鎖腳打設的角度、長度、注漿及與拱架的連接。⑨快速處理施工過程出現的意外情況，如塌方、變形等。

3實例分析

楊坪隧道黃土段通過微臺階施工工法，目前各作業面均施工正常。該工法達到如下效果：

①通過監控量測，隧道拱頂沉降及周邊收斂在可控范圍，保證了黃土段安全施工，避免了新黃土的安全風險。

②加快了施工進度，目前Ⅴ黃土級圍巖月進度可達到60m。

③由于各臺階、各工序平行作業，減少了人員、設備的窩工，提高了人員、設備的利用率。

4微臺階工法優、缺點分析

4.1微臺階工法優點

①各臺階同步作業，充分利用作業空間，提高工作效率，加快了施工進度。

②各臺階左右同步進行，不再錯開2～3榀拱架距離，縮短了臺階長度，能保證安全步距。

③采用短臺階，快支護，快封閉，提高了軟弱圍巖的安全性。

④各工序同步平行作業，充分發揮了人員、設備的利用率。

⑤采用分部開挖方法，超挖得到了控制，縮短了初支整環閉合的時間，減少了圍巖的變形，保證了工程質量安全，降低了施工成本。

4.2微臺階工法的缺點

①上臺階不能使用大型機械，需要人工完成工作較多。

②在有限空間內，人員、機械同步作業，安全管理難度加大。

③要發揮微臺階優勢，必須保證各臺階均能正常推進，只要有一處出現問題，就會影響整體施工進展。

5結束語

楊坪隧道粉質黏土、新黃土圍巖段通過微臺階施工，提高工作效率，控制了圍巖的變形，增強了軟弱圍巖施工的安全保障，進而可以推廣至公路、市政隧道，也可以在軟弱圍巖的隧道施工中使用。但也存在一定的缺點，還需在以后的應用中進一步加以研究、解決、完善。

參考文獻：

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[4]王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術[M].人民交通出版社，2010，5：45-50.

作者：范森 單位：中鐵十七局集團第二工程有限公司