软弱围岩隧道短台阶开挖快速施工工法的制作方法

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种针对云南地区软弱围岩隧道的安全、快速的短台阶施工工法。

背景技术：

云南省西双版纳地区由于板块运动比较活跃，褶皱、断裂等构造体系规模大、延伸性远，分布广。受地质构造影响，地质岩性以ⅳ、ⅴ级软岩为主，且均具有易风化剥落、遇水软化崩解、失水收缩开裂的特性。该类岩体在施工扰动及长时间暴露下易发生坍塌，施工安全风险大。传统的隧道流水作业施工工艺采用依次施工组织方式，即前一个工序完工后才开始下一工序,一个工序紧接着一个工序依次的施工下去,直至完成全部施工工序。此种工艺效率低，围岩封闭时间长，加剧了围岩风化崩解，不利于掌子面稳定，施工安全风险大。且由于循环进尺短、循环时间长等原因也导致施工工期长、工期成本高。

技术实现要素：

为克服传统隧道流水施工工艺所存在的以上问题，本发明提供一种针对软弱围岩隧道施工的安全、快速的短台阶开挖施工工艺，该工艺可提高掌子面稳定性，同时缩短工序循环作业时间，减弱因围岩暴露为导致的围岩风化崩解及施工过程中对围岩的扰动，降低施工安全风险。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：提出了一种软弱围岩隧道短台阶开挖快速施工工法，具体包括以下步骤：

（1）上台阶开挖：根据开挖断面尺寸，确定上台阶高度及长度，在开挖过程中进行喷浆支护；

（2）回弹料清理及钻孔施工准备：挖机对喷浆结束后所残留的拱脚回弹料进行清理，并挖齐台阶断面；同时开挖班到场开始准备钻孔施工所需的机具，准备进行钻孔施工；

（3）进行钻爆施工：开挖班打设炮孔，并按要求装药起爆，炮孔长度、角度、间距、装药量等均应严格按照设计确定的爆破参数进行施作；

（4）上台阶清渣及立架作业准备：响炮后，挖机到达掌子面进行排险和找顶，并将上台阶碴石扒渣至下台阶；同时立架班开始准备立拱作业所需材料，准备进行立拱作业；

（5）下台阶出渣及上台阶立架：挖机扒渣结束离开掌子面后，装载机将立拱所需材料及台架吊至上台阶；随后装载机在下台阶开始出渣，上台阶同时立架；

（6）下台阶立架及上台阶超前支护施工：上台阶立架与下台阶出渣同时结束后，下台阶立架与上台阶超前支护施工同时进行；同时，湿喷机械手达到掌子面开始接管，准备喷浆作业；

（7）喷浆施工：下台阶立架及上台阶超前支护施工完成后，立即进行喷浆作业，直至喷浆完成；

（8）重复步骤（2）～（7），直至完成软弱围岩隧道开挖。

所述上台阶高度为3～4m，长度为3～5m，下台阶左、右侧错开1.8～3m。

所述步骤（6）中下台阶立架时，挂设钢筋网与打设锁脚同时进行。

本发明的短台阶开挖快速施工工法能够充分利用隧道内的空间资源进行平行作业，将传统施工工艺中的依次施工组织方式改为采用平行施工组织方式，即采用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，简化施工工序，缩短工序作业循环时间，减少对围岩的扰动，提高掌子面稳定性，降低施工安全风险，同时降低工期成本。

附图说明

图1为本发明施工过程中的横断面图；

图2为本发明施工过程中的纵断面图；

图3为本发明施工过程中的爆破设计图一；

图4为本发明施工过程中的爆破设计图二；

图中：1-初期支护钢架，2-开挖台架，3-超前小导管，4-纵向连接筋，5-掏槽眼，6-扩槽眼，7-底板眼，8-压顶眼，9-二圈眼，10-周边眼，11-掌子面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

实施案例

玉磨铁路(玉溪-磨憨)起于云南省玉溪，途径普洱、景洪，止于磨憨口岸。作为泛亚铁路中线的重要组成部分，是云南省乃至中国通向老挝、缅甸、泰国、马来西亚、新加坡的重要国际大通道的连接线，长507.4公里。曼么二号隧道斜井（下面简称“斜井”）位于正洞线路右侧，长1200m，坡度为9.5‰，斜井采用无轨双车道运输，断面尺寸7.5m（宽）×6.2m（高）。斜井围岩以灰、灰黑色页岩、泥岩夹砂岩为主。岩质软，围岩存在差异风化，弱风化带为主，局部为强风化带。薄层状为主，层理不明显，岩体破碎，节理裂隙发育。围岩受节理裂隙切割呈块状，松散破碎，围岩开挖后易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌。掌子面常有地下水渗滴，为v级围岩。

在该地区进行隧道短台阶开挖快速施工包括以下步骤：

（1）根据开挖断面尺寸，确定上台阶高度为3.37m，长度为3.5m，下台阶左、右侧错开1.8m。上台阶高度和长度的确定，主要目的是在掌子面11响炮后挖掘机能将上台阶的渣快速扒出，上台阶立架与下台阶出碴同时完成，加快施工进度；同时减小掌子面11的凌空面，保证围岩稳定。

（2）挖掘机对喷浆结束后所残留的拱脚回弹料进行清理，挖齐台阶断面。此过程由开挖班班长进行指挥，为钻机提供充足的空间，保证钻孔的位置及角度，同时开挖班到场开始准备钻机、钻杆等机具，准备进行钻孔施工。

（3）进行钻爆施工，开挖班手持气腿式凿岩机打设炮孔，共6把钻机，其中上台阶4把、下台阶两把，并按要求装药起爆。炮孔深度根据钢架间距及围岩情况而定，一般为1.5～2.5m。周边眼10之间的间距为45cm、二圈眼9之间的间距为70cm、二圈眼9和周边眼10的距离为55cm，掏槽眼5、扩槽眼6间距为50cm（梅花形布置），底板眼7之间的间距60cm。掏槽眼5距断面中线120cm，掏槽眼5角度为69°，扩槽眼6角度为72°、78°。

（4）响炮后，挖机到达掌子面11进行简单的排险和找顶，并将上台阶碴石扒渣至下台阶；同时立架班2人配合装载机开始倒运拱架、钢筋网等材料，其余人员到场开始接风、水管线，准备钻机、风镐等机具，准备进行立拱作业。

（5）挖机扒渣结束离开掌子面11后，装载机将立拱所需材料及开挖台架2吊至上台阶。随后装载机在下台阶开始出渣，上台阶同时立架。

（6）上台阶立架结束后即进行超前支护施工，超前支护采用φ42超前小导管3，每环28根，每根3.5m。共使用4把钻机进行施工。下台阶出渣结束后，下台阶开始进行立架施工，为加快下台阶立架速度，挂设钢筋网与打设锁脚同时进行。上、下台阶施工同时进行，互不干扰。下台阶立架同时，湿喷机械手达到掌子面开始接管，准备喷浆。

（7）立架及超前支护施工完成后立即进行喷浆作业，直至喷浆完成。

（8）重复步骤（2）～（7），直至完成软弱围岩隧道开挖。

短台阶开挖快速施工工法要取得成效还需满足以下要求：

（1）想要缩短工序循环时间，除了平行施工外，还要保证工序零衔接，这要求现场领工员必须认真负责且经验丰富，对现场施工人员及机械灵活调配，合理安排，保证现场施工有序进行。

（2）短台阶开挖快速施工工法另一个特点是资源强度大，作业强度高。这要求施工后勤保障必须到位，现场机械设备需及时进行维修保养。同时，施工作业人员需能够承受恶劣的施工条件以及超高的作业强度。