中交一航局第三工程有限公司 大连 116001
摘要：隧区地质围岩条件复杂，测区不良地质为岩堆、滑坡、顺层偏压、岩溶、软岩变形、瓦斯及放射性。隧道地质条件复杂，发育断层和褶皱，岩性为砂岩、页岩、泥岩及板岩，主要软岩为泥岩、页岩、炭质板岩、炭质页岩和断层角砾岩。在软岩地段具有发生大变形可能，遇水易变形软化，多数隧区易产生沉降收敛变形，造成支护体系变形等问题频繁出现不易控制。为有效控制初支变形、提高施工进度，针对单线软岩隧道采用短台阶开挖快速封闭成环施工工法（以下简称“短台阶法”）。
关键词：铁路；隧道；软岩；顺层偏压；侵限；封闭；初支变形
1概述
曼么二号隧道为单线铁路隧道，施工长6894m，采用1斜井（2支洞带1平导）+1横洞（带平导）辅助坑道形式，隧道最大埋深711m。测区发育官寒向斜与曼么小寨-加布托断层，向斜的发育造成地层节理裂隙十分发育，对隧道围岩影响较大。在线路附近的地层产状多变，因页岩板岩薄层状岩石在段内为主，岩体极为破碎，节理多无规律性，节理极其发育。
由于围岩条件复杂，受工程地质特征与地下水影响极易产生变形，施工过程采用常规的施工开挖方法，流水作业，不能充分利用隧道内的空间资源，循环时间长，封闭不及时，平均循环时间超过22小时，且软弱围岩经长时间暴露风化程度加重，易软化崩解，导致围岩变形、坍塌，施工中多次发生初支变形开裂，施工中多次发生初支变形开裂，期间多次对掌子面后方增设套拱等措施进行加固，这样导致施工过程不连续，作业班组不稳定，施工进度缓慢，且存在很大的安全隐患。
2短台阶法施工工艺原理
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图1 短台阶快速施工立体效果图
短台阶快速施工应及时实施初支钢架闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护体系。始终坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，开挖方式采用弱爆破，以减小对围岩的扰动，并将监控量测工作纳入正常施工工序进行组织管理，结合数据分析，及时采取措施尽早封闭成环。
3短台阶法施工技术特点
短台阶开挖快速施工工艺充分利用隧道内的空间资源，工序间平行作业，简化施工工序，及时封闭，大大缩短了循环时间和围岩暴露时间，从而有效的控制了软弱围岩的变形收敛，保证施工的连续性及安全性。
短台阶开挖快速封闭成环施工工法的实施要点：工法是关键，平行交叉作业是核心，激励考核是抓手。短台阶开挖快速封闭成环工法工艺相较于常规的隧道施工工艺的主要区别在于施工组织方式不同。短台阶开挖快速封闭成环工法工艺充分利用了隧道内有限的空间资源，采用流水施工工艺中的平行施工组织方式，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大大缩短了循环时间，是短台阶开挖快速封闭成环工法工艺的最核心部分。
4短台阶法施工操作要点
4.1两台阶法施工操作要点
在两台阶施工法中，上台阶高度5.4m，长度控制在3～5m，下台阶高度3.7m，左右错开2榀钢架，仰拱距离掌子面不得超过30m，每循环进尺不超过2榀钢架，掌子面围岩较差时进尺应按照1榀控制，洞身采用短台阶快速施工方法。
首先开挖上台阶，待开挖至5～6m后开挖下台阶，之后上下台阶作业面同时并进循环作业其具体开挖步骤如下：
（1）上台阶清渣。主要清理上一循环喷射回弹料。采用挖机与人工相互配合施工，避免碰触拱脚（必要时喷射作业过程中，铺设防水板）。
（2）台车就位.台车主要采用I14工字钢制作。采用挖掘机移动台车，移动台车时，值班人员必须跟班作业现场指挥，避免安全事故发生。单线隧道两台阶快速施工台架详见图2。
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图2 两台阶法快速施工台架示意图（单位：m）
（3）测量放线。在对掌子面进行测量放线工作的同时，挖掘机清理仰拱端头，为仰拱爆破开挖提供条件。
（4）钻孔。钻孔炮眼布置必须满足爆破设计炮孔的间距，数量及长度。
（5）装药。验孔完成后，爆破工必须按作业规程、爆破设计规定的炮眼装药量、起爆段位进行装药。
（6）台架退出。采用挖掘机移动台车，移动台车时，值班人员必须跟班作业现场指挥，避免安全事故发生。
（7）爆破。爆破前，班组长必须清点人数，确认无误后，方准下达起爆命令。应必须先发出爆破警号，此后方可起爆，同时通知立架班做好准备工作。
（8）通风、排险。通风采用压入式通风。通风15-20min后，人员机械才能进入掌子面施工。隧道找顶必须在通风后进行，找顶后必须进行安全确认，合格后其他作业人员方可进入工作面作业。
（9）上台阶立架与下台阶出渣同步进行。上台阶扒渣至下台阶并修整施工运输，通过装载机将台车、钢架、钢筋网片、超前小导管等材料以及电焊机、风钻等小型设备运输至上台阶，上台阶安装钢架作业，同时下台阶进行出渣。
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图4 上台阶立架同时下台阶出渣
（10）下台阶立架作业。洞内下台阶立架时，施工员通知喷浆手做喷射混凝土准备，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。
（11）下台阶喷射混凝土与上台阶超前支护施作同步进行。下台阶开始喷射混凝土作业的同时，即可开始上台阶超前支护作业并施工锁脚。
4.2三台阶法施工操作要点
针对Ⅳ、V级围岩通常采用三台阶法施工，预裂爆破。上台阶高度3.4m，长度4.5m～5m，中台阶高度2.8m，中台阶长度5m～5.5m；上台阶原则上每循环进尺2榀拱架；为保证上、中、下台阶同时推进，中、下台阶左右两侧每循环各进尺2榀拱架，左右两侧错开2榀拱架，上、中、下台阶同时推进。横断面示意图如下所示：
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图5 三台阶法快速施工台架示意图（单位：m）
（1）钻爆施工
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。
钻爆开挖。台阶的高度与台阶的长度控制尤为重要，尤其是上台阶的高度及长度，长度控制必须确保爆破后挖机在中台阶能够快速将上台阶的渣扒至中下台阶，高度的控制为了方便现场快速立架作业及超前作业，同时减小掌子面的临空面，保证围岩稳定。开挖采用YT28凿岩机钻孔爆破，上台阶4把风钻，中台阶2把风钻，下台阶1把风钻。
简易开挖台架的制作与应用。软弱围岩短台阶快速施工法台架显得尤为重要，目前我部采用自己制作简易开挖立架台架，用φ42小导管与钢筋焊接而成，台架尺寸：长3.8米*宽0.8米*高1.5米，简易台架使用灵活，移动方便快速，开挖钻爆及超前小导管施工时竖向放置，立架作业时横向放置。
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图6 上台阶开挖及立架施工
操作要点：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，由测量人员施放开挖轮廓线，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；进行超欠挖收方，收集、整理收方数据，进行横向、纵向对比，为超欠挖考核提供真实、有效数据，并对超、欠挖位置进行标注，分析并找出问题原因，及时进行调整。
（2）挖机扒渣
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，并将上中台阶渣扒至下台阶。同时，立架班将拱架、网片、导管等材料装车运至掌子面后方等待立架，减少工序衔接时间，实现工序平行作业。
（3）立拱与超前支护施工
上、中、下台阶同时响炮后，采用挖机将上中台阶石渣扒至下台阶，扒渣后挖机吊台架至上台阶，装载机运送拱架进洞，先进行上、中台阶拱架安装，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。
上、中台阶立架、同时下台阶出渣。装载机将台架及立架材料运送至掌子面及中台阶后退至下台阶整理渣石，出渣车就位，准备出渣；同时立架班在上台阶进行拱顶排险及拱脚欠挖处理，准备立架。下台阶出渣的快慢是短台阶快速施工节约时间的关键，为此我部经过多次试验摸索出下台阶一台出渣车装渣的同时另一台出渣车必须在旁边已经就位，必须达到装载机没有空闲的时间。因此仰拱端头至下台阶的距离不宜过短，结合现场实际现场确定。
操作要点：立架出渣平行作业的关键点在于下台阶出渣的快慢，也是整个短台阶快速施工法的关键，为此我部在设计每处大避车洞处扩大断面用做挑头区。
（4）喷射混凝土
喷射混凝土施工。喷射混凝土采用湿喷工艺，采用双喷头喷浆车施作。混凝土由拌和站统一搅拌供应。洞内下台阶立架时，现场领工员通知喷浆手做喷射混凝土准备。由于湿喷机械手到场时，掌子面仍在进行锁脚钻孔施工，故需增设一套风水管线分别为钻机及喷浆车供风、供水。
操作要点。洞内下台阶立架时，并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；风钻、喷浆车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；在洞外设置单独的洗车场地，喷射混凝土结束后在洞内只进行简单的洗车，待出洞后再进行充分清洗，节省时间的同时，保证了洞内的文明施工情况。
5短台阶法施工效果
抗变形措施初见成效，换拱次数和延米数明显减少。施工中严格执行开挖工法要求，采用短台阶开挖快速封闭成环施工，仰拱与下台阶一次开挖，初支封闭紧跟下台阶，滞后下台阶2-3个开挖循环距离，仰拱初支封闭成环位置距掌子面不超过20米，仰拱封闭时间不超过7-10天，并加强施工组织管理，做到快挖、快支、快速封闭成环。自开工以来标段共计发生初支变形处理65次/1061米，通过采取快速封闭成环、加强支护参数、径向注浆、调整开挖曲率和加大预留变形量等控变措施，大大减少了初支变形处理次数，所有隧道口共发生8次/184米变形处理，占比为12%。
6结束语
单线软岩隧道短台阶开挖快速封闭成环工法自在曼么二号隧道斜井工区实施以来，坚持软岩隧道“快挖、快支、快封闭、少扰动”的施工理念，后在标段内各工点推行使用。在施工组织过程中，通过班组调整、工序写实、不断优化，有效的控制了初支变形，在工序衔接方面真正的实现了“零耽搁、负交接”，提高了施工工效指标，确保了工程的顺利实施。