基于軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱肚穩(wěn)定性及其控制技術

簡單闡述在軟弱圍巖地層條件下隧道施工過程中臺階法的運用,并根據目前存在的一些問題進行分析,概括出導致拱腳沉降現象出現的影響因素,并且針對這些因素提出提高其穩(wěn)定性的控制手段.

本文針對鐵路隧道施工流程中的細化工序進行分析，其間配合數值驗證技巧，對軟弱圍巖隧道臺階法施工中拱腳穩(wěn)定性控制手段實現科學總結。驗證資料體現為：實際施工流程中拱角沉降和水平收斂作用明顯；施工過程中的大部分變形問題主要由拱角結構圍巖屈服作用引起，尤其在臺階施工法機理中，此類結構的破壞效果會隨著臺階高度提升而引起拱腳局部位置失去平衡效用，同時這類隱患長期放縱還會導致整體剪切失穩(wěn)結果。因此需要利用現場拱腳變形效果作為線索依據，分別選取不同關節(jié)節(jié)點實現長、短等臺階施工方案，并透過各類高度模式下極限位移的最終結果進行對比觀察，提煉出改善環(huán)節(jié)中的必要基礎穩(wěn)定條件，為后期施工人員安全和施工質量提供切實保障，避免不必要的經濟成本投入。

為了適應我國經濟和社會的高速發(fā)展,交通基礎設施建設也不斷走向了完善,而道路隧道施工技術也實現了質的飛躍,其中針對軟弱圍巖隧道施工的臺階法應運而生。臺階法是目前軟弱圍巖隧道施工領域的常用技術,其施工效果同時也引起了社會和業(yè)內的廣泛關注。文章結合臺階法施工技術的工藝特點和工藝流程,分析臺階法施工過程拱腳沉降機制和軟弱圍巖隧道拱腳穩(wěn)定技術。

通過對隧道軟弱圍巖地段變形規(guī)律的歸納,概括當前控制軟弱圍巖變形的對策,結合都貴德勒隧道施工實踐,就臺階法施工軟弱圍巖隧道時如何保證拱腳穩(wěn)定性提出幾點思考建議,以期能為類似工程提供參考。

本文主要簡單介紹了軟弱圍巖隧道臺階施工工程的相關內容，對軟弱圍巖隧道拱腳變形的特征進行了分析，探討了軟弱圍巖隧道臺階施工中拱腳穩(wěn)定性的有效控制技術，以保障軟弱圍巖隧道臺階施工水平，提高其施工質量和效益。

以新建武廣鐵路客運專線xxtjⅴ標成鏡塘隧道施工為例,介紹了軟弱圍巖地質(ⅳ、ⅴ級)大斷面客運專線隧道三臺階環(huán)形開挖法的施工技術。實踐證明:此項技術較好地完成了武廣客運專線境塘隧道施工任務,為今后類似工程提供了有益的借鑒和指導。

針對大斷面淺埋隧道穿越圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育、圍巖完整性差的復雜地質,簡述了ⅴ級圍巖大拱腳臺階法施工工藝、施工質量控制要求,總結了大拱腳臺階法在軟弱圍巖地質隧道中取得的成功經驗和良好的實踐效果,以期指導工程實踐。

針對鐵路客運專線大斷面山嶺隧道,穿越圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育、圍巖完整性較差的復雜地質,在總結傳統三臺階施工工法的經驗基礎上,貴廣鐵路隧道開挖采用大拱腳臺階法施工工法施工,在總結施工實踐的成功經驗基礎上形成了本工法。主要闡述大拱腳臺階法工序流程、施工工藝、操作方法、施工質量控制的技術要求,成功應用在隧道施工中保證了工程質量和安全,提高了施工效率,降低了成本、節(jié)約了資源,為今后類似隧道工程施工提供借鑒經驗。

在隧道施工過程中,評價圍巖穩(wěn)定性是一項重要工作。結合廣東某隧道工程狀況,利用有限元軟件模擬了隧道的動態(tài)開挖過程,分析了開挖過程中圍巖應力和應變的變化規(guī)律,并對施工過程中位移量較大及應力集中現象比較明顯的部位進行了劃分,確定了施工現場重點監(jiān)測和支護區(qū)域,確保施工過程中圍巖的穩(wěn)定性和安全性。

————————————————————————————— 隧道臺階法施工工藝 山西中南部鐵路通道zntj-4標隧道設計開挖施工方法ⅲ、ⅳ級 圍巖采用臺階法施工；深埋ⅴ級圍巖采用三臺階法，并增設臨時仰拱， 每兩榀設一道；淺埋、斷層破碎帶ⅴ級圍巖結合超前預加固措施采用 三臺階（臨時仰拱）法。為更準確的進行臺階法施工，保證隧道施工 安全質量，按照鐵道部、晉豫魯鐵路通道股份公司近期文件和參照設 計圖紙、施工規(guī)范、技術指南，編制我標隧道臺階法施工工藝。 一、編制依據 1、鐵建設〔2010〕120號《關于進一步明確軟弱圍巖及不良地 質鐵路隧道設計施工有關技術規(guī)定的通知》； 2、鐵建技〔2010〕352號《關于進一步加強鐵路隧道設計施工 安全管理工作的通知》； 3、中南鐵籌〔2010〕56號關于印發(fā)《山西中南部鐵路通道線 下工程施工技術規(guī)定》（試行）的通知； 4、晉豫魯鐵工〔2011〕64

隧道臺階法施工詳解 1、長臺階法 臺階長度l≥5b，b為洞室的寬度。甚至可以上臺階先貫通，即為“半斷面法”。 特點：進度快，僅次于全斷面法。 適用于：ⅲ～ⅰ級圍巖。 上臺階先貫通在現實中存在風險尤其是山體呈現偏壓狀態(tài)時尤其小心，做好兩側洞口以避免洞內 變形量過大。 2、短臺階法 臺階縮短：（1～1.5）b≤l＜5b, 特點： ①支護閉合時間加快，圍巖穩(wěn)定性增加； ②臺階縮短加大了對下臺階施工的干擾。 適用于：ⅳ、ⅴ級圍巖 當長臺階法出現支護變形量過大的時候，應該停止掌子面施工，下臺階跟進落底形成短臺階模式。 只要設計支護強度沒問題，下臺階落底之后能十分有效的控制圍巖的變形。它掘進慢的原因就在 于仰拱緊跟其后。圍巖等級為4級的時候單次開挖進尺不宜大于2m，當圍巖為5級的時候一次 進尺不得大于兩品拱架1m-1.5m具體情況視圍巖而定。 3、超短臺階法 上

以昆明西北三環(huán)崗頭隧道為例,較系統地介紹3線大跨隧道軟弱圍巖臺階法施工經驗,重點闡明臺階斷面的設計要點和施工工藝控制要點,強調超前地質預報和監(jiān)控量測的重要性,總結臺階法成功的關鍵因素及其對管理上的要求,可為類似工程施工提供參考。

本文根據實例詳細介紹了大斷面淺埋軟弱圍巖隧道采用三臺階七步施工技術的具體施工方法、施工工藝以及控制要點。該法在解決隧道施工難度大、施工工期緊等方法具有良好的作用，確保整個隧道工程施工的安全高效的開展。

以石太鐵路客運專線活寶山隧道施工使用三臺階法鉆爆開挖為例,介紹了軟弱圍巖三臺階法的鉆爆開挖、支護、噴錨等施工工藝,并與crd法作了簡單比較,指出三臺階法在大斷面軟弱圍巖中能夠保證安全,且降低造價,縮短工序循環(huán)時間,具備較大的優(yōu)點,值得推廣應用。

超大斷面軟弱圍巖隧道施工過程中,采用臺階法施工方案容易引起大面積塌方,但是可以有效縮短施工工期,從安全性的角度出發(fā),臺階法施工特別是作為臺階法核心問題的臺階高度選擇值得進一步分析。依托蘭渝鐵路兩水隧道,采用三維數值仿真手段,分別建立臺階高度取h/3,h/2,2h/3和最大寬度處模型,模擬了鐵路隧道在極軟弱圍巖中采用臺階法施工選擇不同臺階高度的施工過程,對比不同臺階高度下隧道的拱頂沉降、水平收斂和掌子面擠出變形,揭示了臺階法施工過程中圍巖力學效應的演化規(guī)律,并最終得出最優(yōu)臺階高度,為工程施工提供參考。

30 隧道臺階法施工作業(yè)流程圖 上臺階測量來畫開挖輪廓線布炮眼 鉆炮眼 裝藥爆破 清危排險 初噴混凝土 通風灑水 出碴 噴射（鋼纖維）砼到設計厚度 立鋼架支撐及施作錨桿 開挖下臺階噴錨支護 模筑混凝土 穩(wěn)定性安全檢查 監(jiān) 控 量 測

采用有限元數值分析方法,對新寶塔山隧道的ⅳ級圍巖段臺階法動態(tài)施工過程進行模擬分析,得到每一步開挖過程圍巖的位移場和應力場以及支護結構的內力,通過數值計算結果可以對隧道施工過程中圍巖的狀態(tài)進行預測,進而指導施工方案及開挖順序的確定,同時通過對支護結構內力的分析判斷其設計參數是否合理可行。分析和實測結果表明:新寶塔山隧道的ⅳ級圍巖段采用臺階法施工過程中圍巖基本穩(wěn)定,支護結構設計參數選擇是合理可行的。

梯子巖隧道是新建渝黔鐵路的重要控制性工程,隧址區(qū)地質條件復雜。該隧道能否順利安全施工,關系到渝黔鐵路的如期竣工通車。文章在詳細分析隧址區(qū)工程地質條件的基礎上,研究總結該隧道臺階法施工的爆破技術,提出針對梯子巖隧道不同圍巖性質的光面爆破參數,包括周邊眼間距、周邊眼抵抗線、炮孔深度、相對距離和裝藥集中度等。根據該隧道的實際情況,文章提出爆破施工放線布眼時要考慮預留下沉量,為了嚴格控制超欠挖,提出正確的炮眼位置和開挖周邊輪廓線。

軟弱圍巖隧道臺階法五步開挖施工工法 1、前言 隧道通過軟弱圍巖地段時，由于圍巖的整體強度低，自穩(wěn)能力差， 隧道開挖后自穩(wěn)時間短，甚至沒有自穩(wěn)時間，隧道開挖后拱頂及局部 應力集中過大易出現坍塌冒頂，隧道結構極易失穩(wěn)，給施工帶來極大 的困難。我局在恩施鳳凰山隧道施工過程中，結合施工能力和現場實 際地質條件，依據新奧法原理改進施工方案，采用上下臺階預留核心 土分五步進行開挖支護，拱部和邊墻分別采用組合模板臺車襯砌。該 施工工藝具有以下特點：1、減少了對周邊圍巖的擾動，且臺階之間 可平行穿插作業(yè)；2、開挖面穩(wěn)定，作業(yè)較為安全；3、機械利用率高， 施工周期短。通過四川涼山州官地水電站對外交通公路e標段煤炭溝 隧道、杭瑞高速雞口山隧道等軟弱圍巖隧道的施工，總結了成功的經 驗，取得了良好的經濟效益的社會效益，并形成本工法。 2、工法特點 2.0.1將監(jiān)控量測技術、數據處

針對特大斷面隧道穿越煤系含炭質頁巖夾層的地層,而且圍巖破碎,節(jié)理發(fā)育,圍巖完整性較差,為了保證隧道安全、快速施工,結合現場施工實踐,介紹了針對ⅴ級圍巖應用大拱腳臺階施工工法施工,并加強圍巖量測,超前地質預報,勤檢測瓦斯的技術措施,總結了大拱腳臺階法在軟弱圍巖地質隧道中取得的成功經驗和良好的實踐效果。

針對某臺階法開挖的淺埋隧道,利用有限元軟件midasgts對隧道變形進行了建模分析,并跟蹤施工現場進行動態(tài)監(jiān)控,對隧道的變形特征進行了總結,為類似工程的施工提供了指導。

根據臺階法施工隧道的圍巖變形特點與隧道位移監(jiān)測的實際需要提出一種公路隧道圍巖變形預測模型,即斷面開挖后兩周以內利用四維新陳代謝gm(1,1)模型進行短期預測,該期間通過控制每天變形量以達到指導開挖與支護的目的;兩周以后利用回歸分析法進行遠期預測與最終位移量預測,該期間主要通過控制最終下沉量以達到指導開挖與支護的目的。結合京化高速黃羊山3號隧道的實際監(jiān)測數據利用模型中的兩種預測方法進行預測,預測結果證實了本模型的合理性和可行性。