浅谈泥岩砂岩互层地质隧道短台阶快速施工工艺

浅谈泥岩砂岩互层地质隧道短台阶快速施工工艺

夏拥峰

中铁上海工程局第一工程有限公司  安徽省芜湖市 241000

 摘要：通过对玉磨铁路会岗山隧道施工工艺的研究与探讨，经过多次的优化与对比，总结出一套泥岩砂岩互层地质隧道短台阶快速施工工艺工法，通过改善施工工艺工法，即保证了泥岩砂岩互层地质隧道的施工质量与安全，同时也加快了现场的施工进度，将玉磨铁路会岗山隧道从工期高风险隧道降至工期可控。经济效益明显，为今后类似的围岩隧道快速施工提供借鉴。

关键词：泥岩砂岩互层  短台阶  快速施工

引言：

云南大部分地区以沉积岩覆盖，岩性主要有泥岩、砂岩、页岩、砂砾岩及它们之间的互层等。随着泛亚铁路的不断延伸，有越来越多的隧道穿越上述地层。泥岩砂岩互层地质隧道由于其强度低、稳定性差、易变形等特点,严重影响隧道施工安全与进度。因此在该种围岩中如何快速施工一直是一个世界性的难题。

本文以玉磨铁路会岗山隧道短台阶快速施工为例，充分考虑泥岩砂岩互层地质设计支护要求及施工工法，从施工组织、工艺要求等方面，详细阐述了泥岩砂岩互层地质隧道快速施工的关键技术要点。

1 工程概况

本段位于景洪市大渡岗乡境内，中心里程DK306+603.5，进口里程DK302+152，出口里程DK311+055，隧道长8903m，为双线隧道，左右线线间距4.2～5.021m。其中：Ⅲ级围岩4620m，占比52％；Ⅳ级围岩2820m，占比32％；Ⅴ级围岩1463m，占比16％，隧道设置三座斜井，其中三分部管段为会岗山隧道进口和会岗山隧道新增1号斜井。

隧道最大埋深360m，最小埋深15m，洞身有三处浅埋段，隧址区地形起伏较大，山涧沟壑发育，丘坡上覆土层较薄，局部基岩裸露，植被及其茂密，隧道进出口及斜井口仅有乡间小路与外界连通。

2 施工工艺及施工要点

2.1 施工工艺工法选择原则

（1）充分考虑地质条件，同步爆破减少围岩扰动次数，确保施工安全。

（2）合理设置台阶的高度和长度，充分利用空间，最大限度便于施工，采用设备快速施工，确保施工工效。

2.2 具体的做法

（1）确定施工工法

隧道初期支护含有钢架的情况下，宜选择台阶法施工，上、下台阶同步推进。无论从掌子面的稳定性、工序作业工效性、作业环境的安全性来讲，还是工序平行作业的可操作性来说，台阶法是完全优于全断面法，即能保证施工安全，又能提高施工工效。

（2）优化资源配置

主要人员配置：管理人员5人，技术人员4人，材料员1人，质检员1人，安全员2人，钻工12人，立架班组8人，喷浆班组3人。

主要设备配置：装载机1台，挖掘机1台，湿喷机械手1人，自卸汽车3台，空压机3台，发电机500KWh1台。

（3）优化台阶高度和台阶长度

通过反复试验，将台阶高度优化为3.5米，长度控制在5米以内，实践证明对双车道斜井的施工来讲是科学合理、行之有效的。之前，斜井内台阶法施工台阶高度为4.5米，长度超过7米，造成掌子面空间不能平行利用、上下台阶工作量不匹配，出碴时间长、上下台阶施工干扰大，施工效率低。

图1 调整台阶高度控制出碴时间

（4）优化支护措施

通过改变支护强度，调整钢架间距，将钢架间距0.8m调整为1.0m，从而增加循环进尺。

（5）加强施工组织，合理平行作业

第一步：挖机扒拱脚回弹料与钻孔准备。喷浆完成后，挖机在掌子面后方等待扒渣。待喷浆车离开掌子面后，挖机开至掌子面清理拱脚及底板回弹料，为开挖班进行钻孔作业做好准备，保证钻孔角度及位置，同时开挖班到场整理钻机、钻杆及开挖台架，准备进行钻孔作业。

第二步：明确开挖人数，实践得出，上台阶钻工7人，下台阶钻工5人，同步开挖，能满足钻孔时间一致。挖机扒渣（拱脚回弹料）的同时，开挖班工人到场进行风水管线连接、开挖器具准备等工作，节省工序搭接时间，保证工序衔接紧凑；爆破施工首先进行放线布孔，由测量人员放开挖轮廓线，根据围岩变化适当调整炮眼间距、数目及装药量，在控制超挖的同时，尽量做到不欠挖、不补炮；现场风、水管有序挂设，方便使用；制定超欠挖考核制度，强化工序考核；对上、下台阶炮眼进行定人、定位考核，做到哪个位置出现问题追究该位置作业人员，提高作业人员责任心。

第三步：起爆并排除安全隐患后，挖机至掌子面进行简单找顶，清理、修整掌子面，并将上台阶渣扒至下台阶。同时，立架班将拱架、网片、小导管等材料装车运至掌子面后方等待立架。

第四步：挖机将上台阶石渣扒至下台阶，装载机运送拱架进洞，扒渣后装载机吊台架至上台阶，先进行上台阶拱架安装，同时下台阶出渣，上台阶拱架安装完成后进行超前支护，同时安装下台阶拱架。

图2 上台阶立架下台阶出碴同步进行

第五步：洞内下台阶立架时，施工员通知喷浆手做喷射混凝土准备；控制超挖量，减少喷射混凝土料用量从而缩短喷射混凝土时间；风钻、湿喷机械手使用单独的风水管线，便于下台阶打设锁脚的同时，机械手同时接风水管线。

第六步：仰拱隔一循环施作一次，每次施作上下台阶开挖2循环进尺的长度，在掌子面喷完浆后开始开挖仰拱，施作仰拱初支和浇筑仰拱砼，砼采用干硬性砼，浇筑后，在下一循环出碴时砼已基本达到凝固强度，在上面铺上钢板，便能通车。

图3 平行作业示意图

2.3施工要点核心

工法是关键，平行交叉作业是核心，激励考核是抓手。在泥岩砂岩互层地质隧道施工时要结合“管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测”的软弱围岩施工18字方针。在传统的隧道流水作业施工工艺进行优化，要求尽可能的采用平行施工组织方式，即几个施工工序在同一时间、不同的空间上进行施工的组织方式。合理的工序安排与平行作业极大的缩短了循环时间，泥岩砂岩地质隧道快速施工工艺的另一个核心要求是工序衔接紧凑，实现“负交接，零衔接”。

3 取得的成效

通过对泥岩砂岩互层地质隧道施工工艺工法的调整后，掌子面自稳能力得到了明显提高，施工作业人员的安全得到了有效保障，围岩收敛变形速率由单日20mm减少到单日不大于5mm，对围岩的收敛变形也起到了有效控制。同时，工序循环时间逐步得到了压缩，由之前的20h/循环缩短为11.5h/循环，最快月进尺由之前的每月30m-40m提高到80-110m，为隧道按期贯通提供了有效的保障。

4 结束语

本文所述施工工艺工法适用于台阶法小断面隧道施工，对于多台阶大断面施工所需要的人力物力及设备配置等需要进一步进行探究。通过对会岗山隧道新增1号斜井的施工工艺工法和施工组织进行不断的探索，形成一条泥岩砂岩隧道快速施工技术，该项成果一方面可指导玉磨铁路的现场施工，另一方面可为集团公司今后类似围岩地质隧道施工提供一个经验借鉴。

参考文献:

[1]范士超.全风化石英岩富水软弱地层隧道施工技术研究[D]. 中南大学, 2014.

[2]张启军.软弱围岩快速施工技术及管理[J]. 石家庄铁道大学学报(自然科学版), 2014(S1):55-58.

[3]周建富.浅析软弱围岩隧道快速施工技术[J]. 西部探矿工程, 2000(06):100-102.

[4]邸立建[1].隧道软弱围岩短台阶快速施工技术与管理研究[J]. 公路交通科技：应用技术版, 2019, 000(004):P.252-254.

作者简介：夏拥峰（1989-）， 男，安徽六安人，2014年毕业于安徽建筑大学，土木工程专业，工程师，主要从事铁路隧道工程施工技术管理工作。