隧道是道路交通中常见的一种设施，在以往隧道施工中，为了安全快速的掘进，一直延用的是短台阶法，但在短台阶法施工中，上、下导台阶在交叉施工过程中存在相互干扰大，影响施工进度、造成机械人员窝工等缺点。本文是一篇环境工程编辑部投稿的论文范文，主要论述了隧道微台阶开挖施工方法的探讨。
摘要：本文根据笔者在德上高速A6标怀玉山隧道工程的施工体会，主要介绍了采用微台阶开挖施工工法确保Ⅳ、Ⅴ围岩安全快速的掘进，降低施工成本，力求在安全、低成本、短周期进行隧道开挖掘进，避免由于开挖台阶过长，初期支护未及时封闭成环造成的隧道塌方，为今后类似隧道工程进洞施工提供参考。
Abstract： According to the author's construction experience on the Deshang high-speed railway A6 Huaiyushan tunnel engineering， this paper introduces the use of micro level excavation construction method to ensure the safe and fast driving of Ⅳ andⅤ surrounding rock， reduce construction costs， conduct the tunneling boring in a safe， low-cost and short cycle situation， and avoid the collapse caused by too long excavation stage and not timely closed looped initial support， to provide a reference for future similar tunnel entrance construction project.
关键词： 隧道工程,微台阶开挖,施工技术
Key words： tunnel project;micro level excavation;construction technology
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)12-0155-03
0 引言
为了解决这些问题，确保怀玉山隧道的施工进度和节约施工成本，避免传统的上、下台阶法在施工过程中相互干扰大、开挖台阶过长、初期支护未及时封闭成环造成隧道塌方的弊端，采用微台阶开挖施工工法，严格按“短开挖、强支护”的原则，利用一个开挖台架完成上下台阶的钻孔、装药，同时爆破、同时出碴，以此缩短工序间的衔接时间，同时给后续工序提供更大的空间，缩短了掌子面与仰拱、二次衬砌之间的距离，为今后类似隧道工程施工开挖提供参考。
1 工程概况
该标段施工的怀玉山隧道右线起止里程为YK21+013～YK22+700，共1687m，其中采用微台阶法开挖共计863m，怀玉山隧道左线起止里程为ZK21+002～ZK22+700，共1698m，采用微台阶法开挖共计853m。围岩多为强风化花岗岩，因而隧道施工必须遵循“安全第一”的原则，按照“弱爆破、短进尺、强支护、早衬砌”的施工方法进行施工。
2 施工方法及技术措施
2.1 施工总体方案 为了使隧道安全、快速的掘进，避免由于开挖台阶过长、初期支护未及时封闭成环造成隧道塌方，严格按“短开挖、强支护”的原则，采用微台阶开挖施工方案，即在怀玉山隧道Ⅳ、Ⅴ级施工时，根据设计图纸及现场实际情况，采用一个开挖台架并在开挖台架上增设拼装式悬臂平台来完成台阶的钻孔、爆破、出渣、支护，以此缩短施工工序之间的衔接时间，缩短掌子面与仰拱、二衬之间的距离，进行安全快速的洞身开挖。
2.2 各工序施工方法
2.2.1 工艺流程 如图3-图6。
2.2.2 微台阶施工方法
2.2.2.1 Ⅳ级围岩每循环开挖进尺2m，Ⅴ级围岩每循环开挖进尺0.8m。
2.2.2.2 上台阶可超前3-5m，利用一个开挖台架完成上下台阶的钻孔、装药，同时爆破、同时出碴。爆破采用光面爆破。
2.2.2.3 开挖轮廓线的确定。隧道开挖轮廓线考虑隧道设计内轮廓尺寸、初期支护及二次衬砌设计厚度及预留周边围岩变形量确定;隧道采用构件支撑，开挖时预留支撑沉降量，以保证衬砌设计厚度。
2.2.2.4 钻爆施工。中线、水平控制点布设：为便于检查开挖断面的尺寸及形状，在施工中设置控制点。中线施工控制点在直线地段每10米设一个，曲线地段每5米设一个，中线控制点应设在拱顶处，水平施工控制点每10米设一个。中线、水平基点布设：距开挖面每50米埋设一个中线桩，每100米设一个临时水准点。钻眼前定出开挖断面中线、水平线，用红油漆准确绘出开挖断面轮廓线，并标出炮眼位置，经检查合格后方可钻眼。(表1)
①定位开眼。人工搭建施工平台配多台风动凿岩机钻眼，其轴线与隧道保持平行。就位后按炮眼布置图正对钻孔。对于掏槽眼和周边边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差控制在5cm内。(图7)
②钻眼。按照不同孔位，将钻工定点定位。要求钻工熟悉炮眼布置图，具有熟练操作凿岩机械的能力，尤其是钻周边眼，应该安排经验丰富的老钻工实施，并安排专人进行指挥，必须保证钻周边眼工作的顺利安全实施，且满足相关的施工要求。另外，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。
施工时控制好炮眼的角度、深度、密度，使之符合设计要求，是保证光爆质量的关键之一，为此，需符合下列精度要求：1)掏槽眼：眼口间距误差和眼底间距误差必须小于等于5cm。2)辅助眼：眼口排距、行距误差都必须小于等于5cm。3)周边眼：沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差应小于等于5cm;眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm;眼深误差不宜大于100mm。 内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼宜采用相同的斜率。
如果开挖面凹凸较大，应根据实际情况调整炮眼深度，同时对药量进行相应调整，保证除了掏槽眼之外的炮眼底都在同一垂直面上。
③清孔及成孔检查。钻眼完成后，严格成孔检查。依照相关的规范要求进行检查并做好记录，一旦发现不符合规范标准的炮眼重钻，必须采取有效的修正措施，只有在检查符合规范标准的基础上才能进行装药爆破，同时要求装药前，用高压风、水将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。
④装药。装药分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”，要定人、定位、定段别，依照相关规范要求进行装药。
⑤出碴。隧道出碴根据现场施工条件及弃渣场距离，本工程配斗容3m3装载机一台装碴，挖机清底，自卸汽车10台运输。钢架加工可采用工厂化制作方案，亦可在现场加工制作。现场加工可在工点按1：1胎模热弯制成，加工后要试拼，允许误差为：沿隧道周边轮廓偏差为±3cm，平面(翘曲)偏差±2cm。接头连接，要求每榀之间可以互换;钢筋钢架的腹部八字形单元可在工厂压制，运至现场后再分段胎模焊接而成。
2.2.2.5 钢架安装。钢架在初喷砼后安装，要求尽量与围岩靠近，但需留2～3cm间隙作混凝土保护层。钢架安装确保两侧拱脚必须放在牢固的基础上。安装前必须保证底脚处的干净整洁;拱脚标高不足时，应设置钢板进行调整，必要时可用混凝土加固基底，禁止用土、石回填;拱脚高度应低于上半断面底线15～20cm，当拱脚处围岩承载力不够时，应向围岩方向加大拱脚接触面积。钢架严格按设计架设，应严格控制中线及标高，钢架安装允许偏差横向和高程均为±5cm，倾斜度不得大于2°。分片钢架在开挖面组装成整榀钢架，每节连接螺栓应拧牢固。钢架立起后，根据中线、水平将其校正到正确位置，然后用定位筋固定，并用纵向连接筋将其和相邻钢架连接牢靠，钢架与壁面间用钢楔或混凝土垫块楔紧。
2.2.2.6 初期支护喷砼。上下台阶可同时进行喷浆支护。喷射混凝土应采用湿喷工艺进行施工。湿喷机工作时要求系统风压不小于0.5MPa，风量不小于10m3/min，工作风压一般控制在0.4～0.5MPa。施工要点：
喷射作业分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过6m。
一次喷射厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，初喷厚度不小于4～6cm。
首层喷砼时，要着重填平补齐，将小的凹坑喷圆顺。岩面有严重坑洼处采用锚杆吊模喷砼处理。
喷射作业应以适当厚度分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷表面已蒙上粉尘时，受喷面应用高压风水清洗干净。
作业开始时，应先送风，后开机，再给料，待砼从喷嘴喷出后，再供给速凝剂;结束时，先关闭速凝剂计量泵，之后停止供料，待喷嘴残留的少量砼和速凝剂完全吹净后，再停风。
喷射机的风压，应满足喷头处的压力在0.1MPa左右。喷射作业完毕或因故中断喷射时，必须将喷射机和输料管内的积料清除干净。
喷头距岩面距离以0.6m～1.2m为宜，与受喷面基本垂直，喷射料束与受喷面垂线成5°～15°夹角时最佳;喷射时，应使喷射料束螺旋形运动。
当岩面普遍渗水时，可先喷砂浆，并加大速凝剂掺量，在保证初喷后，按原配比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施，将水引导疏出后，再喷砼。
钢架与壁面之间的间隙应用混凝土充填密实;喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖。
喷混凝土终凝2h后，喷水养护，养护时间不少于7d;气温低于+5℃时，不喷水养护。
2.2.3 微台阶施工时注意事项 当进行微台阶施工时为保证施工安全质量，特别注意以下几点：
2.2.3.1 装药：为控制超欠挖，应按光面爆破控制装药量，周边眼采用间隔装药方式。
2.2.3.2 起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼，底板眼可较常规装药量大，目的是起到抛碴作用。
2.2.3.3 喷射砼：采用湿喷砼不仅可以保证喷射砼的强度质量，还可以有效降低粉尘和回弹量。
2.2.3.4 初期支护完成后，要布设监控测量点，对开挖支护完成后的断面经常进行量测，如有异常及时补测，及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。
2.2.4 安全措施 采用微台阶法施工时，由于是上下台阶平行推行，在下台阶开挖前应该保证上台阶已经发挥作用的初期支护一切正常，所有的步骤都严格按照相关的规范标准进行。另外，要求上台阶最少有一榀钢架在下台阶开挖后不形成悬空，只有这样才能保证该方案的顺利实施，只有在施工的过程中严格控制和管理各项施工工序，保证每项施工工序都符合相关的规范标准，避免不安全因素的出现。
因掌子面存在个别工序间的交叉作业，一个作业面内可能存在人员、机械同时施工的情况，必须严格规定人员进出线路;开挖台架移动过程中，要求周围10米范围内无人。最好选择比较平顺的道路，在移动的过程中尽量保证台架不动。
专业性很强的工种必须经过相关部门培训，取得相应资格证书才能上岗，比如电工、电焊工、爆破工等;为保护作业人员安全，应焊接安全防护网在台架作业平台周边;作业台架照明采用36V安全电压;要求进入作业面的作业人员穿着规定的服装，严禁穿着违禁服装;爆破15min后，检查人员才能进入掌子面检查，并且只有在确定安全的情况下才能开展下一步的工作，即安排专人清除松动石块;要求射砼全体工作人员都必须配戴口罩，喷射手还应该配戴脸部防护罩，因为其在作业的过程中很容易受到那些回弹小石子的伤害，也正因为如此要求喷射点5m范围内不得站人。
2.2.5 环保措施 依照相关规定标准排放施工引起的“废烟、废气、废水”及堆放废物。
隧道内所有排出洞外的水都必须经过严格的处理，符合相关规定标准后才能排入指定地表水体。
爆破后会产生很多的粉尘污染物，这时应该及时进行通风、洒水，最大程度地减少其对人体造成的损害;为了提高喷射砼强度质量、减少回弹，喷射砼应采用湿喷工艺，如此可有效减少喷射砼粉尘对人体造成的损害。
3 结束语
通过采用微台阶法开挖，缩小各工序衔接时间差，加快施工进度，减少了人员、设备窝工。采用微台阶法开挖每月可多开挖20m左右，同时节约了单位产值的劳动力和机械成本采用微台阶法开挖隧道，可给后续工序创造更多的作业空间，仰拱距掌子面的安全距离完全可控，安全管理、文明施工等都得到极大的提高。
参考文献：
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖法技术通论[M].安徽：安徽教育出版社，2004.
[2]JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2004.
[3]JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
相关期刊简介：《环境工程学报》创刊于1980年，是由中国科学院主管，中国科学院生态环境研究中心主办的学术性期刊。以研究报告和学术论文为主，突出学术性与技术性，亦刊登少量高水平的特约综述。
