软弱围岩大断面隧道台阶法施工技术分析

软弱围岩大断面隧道台阶法施工技术分析

赵东旭

福州京台高速公路有限责任公司350101

摘要：隧道作为交通系统重要组成部分，在实际施工中更容易受到地质环境影响，施工作业难度更高，需要面对实际条件来选择最为合适的技术工艺，克服地质条件产生的限制，保证施工效果可以达到专业标准，满足后期应用需求。其中台阶法施工技术已经比较成熟，且被广泛的应用到软弱围岩大断面隧道工程中，为充分发挥其所具有的技术优势，应结合实际条件来编制科学可行的施工方案，然后对每道工序进行可靠控制，减少质量问题的产生。

关键词：软弱围岩；大断面隧道；台阶法

隧道工程施工具有跨度长、地质条件复杂以及断面大等特点，对技术工艺要求十分严格，尤其是在遇到开挖敏感、软弱围岩以及大断面的工程，施工作业难度更大，出现安全事故的可能性也更高。针对软弱围岩大断面隧道工程来讲，比较常见的即台阶法施工技术，实际施工中需要对每个参数进行精确计算与优化，从力学效应以及结构变形等方面分析，对施工参数进行合理调整，保证技术具有较高的适应性。

一、软弱围岩大断面隧道受力特点

对软弱围岩大断面隧道施工特点进行分析，可以确定在开挖面积不断增加的情况下，施工作业难度也会相应增大，对支护技术工艺有着非常严格的要求，尤其是要做好超前支护与初期支出管理，确保其具有较高可靠性与稳定性。在实际施工中，隧道开挖面积逐渐增大，开挖底部转角位置会出现应力集中情况，对地基承载力有着较高要求，同时松弛荷载也会增大，最终会形成拱效应，对埋深参数要求比较高。其中，针对软弱围岩特点进行分析，岩石具有复杂的塑性变形特点，呈现软弱松散的状态，且地应力高、强度低、风化程度高更容易产生变形问题[1]。

二、隧道台阶法施工技术工艺

1.台阶法工艺原理

将台阶法应用到软弱围岩大断面隧道施工，即确定弧形导坑开挖留核心土为核心的作业模式，按照上、中、下三个台阶七个开挖面形式施工，沿着隧道将不同部位开挖与支护纵向错开、平行推进作业。对其在实际施工中的应用效果来看，可以确定此种方法具有更大作业空间，可满足机械化施工要求，通过挖掘机来直接挖掘部分软岩或者土质地段，并且还可以结合实际情况进行多平面平行施工，作业效率比较高。如果在施工过程中地质条件产生变化，还可以结合现场情况来对施工工序进行灵活调整，保证作业质量的同时，减少施工问题的产生，因此具有较高的适应性，可满足不同断面形式要求，前期支护作业难度也比较低[2]。

2.台阶法施工流程

为达到预期施工效果，在利用台阶法进行软弱围岩大断面隧道施工时，需要严格按照工艺流程来操作，不得随意更改施工工序。第一，上部弧形导坑环向开挖，并同时完成拱部初期支护。第二，中下台阶左右错开开挖，且同时进行墙部初期支护。第三，中心预留核心土开挖以及隧底开挖，并对隧底进行初期支护处理。即要求在每一部分间按成开挖后均需要及时将支护措施落实到位，其中隧底初期支护后要及时设置仰拱，并在最短时间内封闭成环。

3.台阶法施工参数

3.1工法尺寸参数

施工尺寸参数包括开挖尺寸、台阶长度、台阶高度、核心土宽度、仰拱与下台阶间距、左右台阶错距等，要结合以往施工经验与现场环境进行确定，保证能够为隧道净空收敛以及支护受力提供良好保障。并且工法尺寸参数的设定，不仅会影响隧道稳定性，在一定程度上还关系到施工材料用量，对工程建设工期以及造价等存在一定影响。

3.2施工材料参数

施工材料选择是否合理也会对施工难易程度以及最终质量产生影响，为提高隧道整体稳定性与安全性，必须要提高对材料参数的控制。通过材料参数的控制，来避免材料浪费与施工质量问题的发生。其中，材料参数涉及到二衬混凝土型号、注浆参数、钢拱架型号、锚杆以及锁脚锚杆等参数的选择，应根据工程实际建设要求来确定，保证工程顺利施工的同时，减少成本造价[3]。

三、软弱围岩大断面隧道台阶法施工

1.大拱脚台阶技术优势

在面对软弱围岩大断面隧道施工时，多会采用环形开挖预留核心土法、CD法、CRD法以及双侧壁导坑法等作业，而相比上述方法，大拱脚台阶法在隧道开挖施工中具有更大技术优势。其可利用施工环境更大，可允许多个作业面同时进行，施工效率更高。台阶法与户型开挖预留核心土法以及三台阶七步开挖法进行了结合，融合了其所具有的优点，在实际施工中可以通过优化超前与支护以及初期支护结构的方法提高隧道结构整体刚度，并且通过大拱脚与锁脚锚杆的辅助，能够有效避免围岩的变形[4]。另外，应用此种方法施工，可以加强对围岩的控制，减少开挖次数，可尽早进行初期支护，缩短封闭时间，更大程度上排除了外部因素对施工作业带来的干扰。并且在遇到地特殊地质条件时，还能够将其迅速转换为CD法或CRD法作业。

2.台拱脚台阶法施工控制

为达到最佳施工效果，需要对整个作业流程进行可靠控制，保证每道工序执行的规范性，排除外部因素带来的干扰，提高隧道结构稳定性与安全性。第一，需要以设计方案为依据，对施工工序进行合理规划，确定循环进尺，且在完成开挖后便可初喷混凝土且厚度不得小于4cm，缩短围岩暴露在环境中的时间，提高其稳定性。第二，按照设计图纸对超前小导管外插角进行严格控制，将其调整到10°~15°之间，利用超前小导管的支护来完成后续开挖作业的顺利执行。第三，对于隧道周边预留的20cm~30cm应采取人工开挖的方法，辅助进行机械开挖，控制好爆破强度，全程做好施工监督，及时发现并整改所存问题，提高施工安全性。第四，钢架制作以及架设均匀满足专业规范，利用螺栓来对上下断面初期支护钢架进行可靠连接，并保证其具有良好的平顺度，且要将拱脚与连接板、锁脚锚杆进行牢固焊接，减少拱架净空位移。

结束语

将台阶法应用到软弱围岩大断面隧道施工中，需要做好各项参数的控制，然后基于现场条件设计施工方案，作为每道工序落实的依据，争取提高工程施工综合效果。

参考文献

[1]左明,左茜,余红燏.软弱围岩大断面隧道台阶法施工技术研究[J].现代商贸工业,2016,37(14):192-193.

[2]陈真才.软弱围岩大断面隧道结构稳定性研究[D].西安工业大学,2016.

[3]朱永泽.软弱围岩大断面隧道施工方法研究[D].北京交通大学,2016.

[4]仲崇海.软弱围岩大断面隧道台阶法施工技术参数研究[D].北京交通大学,2014.