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摘要：本文结合某大型重载铁路大断面软弱围岩隧道工程的施工实例，从质量安全的角度对隧道施工工艺及控制要点进行研讨，并在今后类似工程实施提供参考并加以推广。
关键词：软弱围岩大断面隧道，质量安全，控制要点
1.引言
为强化软弱围岩隧道施工质量安全管控，及时解决施工过程中存在的难题，以初支快速封闭成环、“两紧跟”为抓手，以简化施工工序、提高施工质量、保证施工安全、加快施工进度为目的，从施工工艺、控制要点、设备使用、监控量测等进行研讨和总结，形成一套大断面软岩围岩隧道施工技术，有效减少对围岩的二次扰动以及初期支护滞后带来的质量安全隐患，提高大断面软岩围岩隧道施工质量安全管理水平。
2.工程概述
某重载铁路隧道位于河南省南阳市西峡县西坪镇，豫西秦岭东段，属丘陵地貌。隧道采用单洞双线型式，全长2160m，隧址区断层十分发育，受断层影响围岩呈土夹碎石状，岩质软，手搓易碎，断层附近K2S地层有渗水现象，其中Ⅱ、Ⅲ围岩590m，Ⅳ、Ⅴ软弱围岩1570m，软弱围岩占比达73%，存在极高的塌方风险。
3.施工工艺
对大断面软弱围岩隧道开挖，采用格栅钢架施工段落实行“两紧跟”措施，即格栅钢架紧跟掌子面，仰拱封闭紧跟下台阶，仰拱封闭成环离掌子面距离：三台阶法施工时按照1.5倍洞径控制，配合24m长大仰拱栈桥、湿喷机械手施工，保障了开挖、初支、仰拱施工工序有效衔接，实现隧道施工“快挖、快支、快封、快强”，保障隧道施工质量安全。施工工艺见图1：仰拱栈桥配合三台阶开挖施工工艺图。
图1 仰拱栈桥配合三台阶开挖施工工艺图
4.控制要点
4.1台阶高度控制
Ⅴ围岩采用三台阶法开挖，仰拱栈桥后方置于填充混凝土一侧，前引桥搭在中台阶上并确保搭接长度不少于3m，上台阶每循环进尺不应大于1榀钢架间距，上台阶高4m，长5m，中台阶高3.8m，长10～15m，下台阶（含仰拱）高3.6m，合理分配台阶高度，为机械化施工提供了保障。
4.2开挖及封闭成环距离控制
隧道施工过程中，严格按照“铁道部120号文”及“两紧跟”要求控制开挖进尺，Ⅴ围岩上台阶每循环进尺不应大于1榀钢架间距，预留1m×1.5m×2.5 m（高）核心土，中台阶不留中间土两侧对称开挖，下台阶一次开挖到位并控制1到2榀钢架间距。所有台阶开挖后均应紧贴开挖基面快速安装格栅钢架，喷射初支混凝土，严禁超挖，仰拱初支封闭成环离掌子面距离不大于1.5倍洞径。施工工序见图2：三台阶形成前开挖施工工序图。
图2 三台阶形成前开挖施工工序图。
台阶形成后，各台阶开挖、支护等作业平行进行，互不干扰，加快了施工进度，降低了施工风险，提高了施工质量。
4.3钢架连接部位混凝土质量控制
为防止隧道拱脚下沉，施工中采用具有强度高、轻便耐用、可多次循环使用的改性聚氨酯垫板、泡沫铝合金垫板支垫格栅钢架，并通过在格栅钢架拱脚加设钢隔板进行喷射混凝土和虚渣隔离，有效解决拱脚虚渣、连接板连接不密贴、拱架内空洞等问题，提高了初支混凝土施工质量。
4.4监控量测控制
以掌握初支变形、拱顶下沉、水平收敛、地表沉降等为抓手，采用变形总量、变形速率、初期支护表观现象和变形时态曲线等四项对隧道施工安全进行综合等级管理，以三级变形时态曲线特征图管理预警等级及时采取对应措施：正常（绿色）、预警二级（黄色）、预警一级（红色）。
测点应在开挖后及时埋设并读取初始读数，测点埋设须在开挖后12h内完成，初始读数须在测点埋设后8h内完成。
4.5其他质量安全保障措施
（1）推行班组长安全质量责任制，带领整个班组提高施工作业水平，保障隧道施工质量安全。
（2）配置相应的技术、安全、质量、测量人员进行全过程监控，全工序进行跟班作业。
（3）严格技术交底和教育培训，落实卡控标准，严肃问题库建立及销号，加强过程管控。
5.机型设备选型及控制
5.1采用24m长仰拱栈桥
隧道施工采用24米全液压轨行式仰拱栈桥，一次可施工仰拱长度不少于24m。长仰拱栈桥见图3：长仰拱栈桥侧视图。
图3、长仰拱栈桥侧视图
长大仰拱栈桥具有的优势：
（1）加快了施工进度。采用长大仰拱栈桥，加大了仰拱施工作业空间，便于仰拱基底清理、钢筋绑扎、混凝土浇筑等作业，加快了仰拱初支封闭成环进度。
（2）降低了安全风险。仰拱栈桥采用液压自行式，操作简便快捷，设备稳定性好，施工安全风险小。
（3）提高了施工质量。仰拱一次浇筑24m，减少了仰拱施工缝，降低了仰拱施工缝对不均匀沉降的影响，保证了仰拱及填充混凝土的整体稳定性。
（4）提高了施工工效。采用长大仰拱栈桥施工，仰拱施工只需2-3名工人进行模板定位，大大提高了施工工效，积极响应了“机械化换人，自动化减人”的理念。
5.2采用湿喷机械手作业
隧道初支施工采用湿喷机械手湿喷作业，通过开展QC攻关，总结出了机械手湿喷混凝土的作业参数（高压风0.5MPa左右，喷头距受喷面1.0～1.2m，角度尽量接近90°），并制定了机械手湿喷混凝土操作手册，确保了湿喷作业各环节有序可控。
（1）人员配置少，劳动强度低。每台机械手只需2人即可进行喷射混凝土作业。
（2）施工效率高。喷射混凝土机械手为自行式设备，能快速调整机位，无需接送风水管，喷射混凝土实际能力可达8-15m3。（3）作业环境得到明显改善。采用湿喷作业有效降低空气中粉尘浓度，保证作业工人的职业健康和施工安全。
（4）安全性更高。喷浆过程中，喷射操作手只需通过无线遥控器操作喷射位置和喷嘴角度，避免掌子面围岩较差而掉块伤人，喷射反弹料伤人等事故。
（5）质量更有保证。喷射混凝土附着力较好、密实度较高，喷射混凝土表面整度好。
（6）经济效益更好。机械手湿喷混凝土回弹率较小，一般可控制在15%左右，减少了施工浪费。
6.结束语
该隧道自2015年8月进洞以来，2017年6月已经全部施工完毕。施工中采用24m长大仰拱栈桥及湿喷机械手，落实“两紧跟”施工要求进行三台阶法施工，各部开挖及支护自上而下，步步成环，及时封闭，实现各工序平行作业，各分部封闭成环时间短，有效阻止支护结构的水平收敛，减少隧道围岩变形。积极响应了隧道施工“快挖、快支、快封、快强”的理念，解决了中、下台开挖工序多、干扰大、工效低的问题，回归“新奥法”施工理念，降低了关门坍方事故和因隧道支护不能及时成环，渗水浸泡拱脚而引起的坍方安全事故发生机率，确保了隧道施工质量安全，提高了施工效率，多次得到了建设单位、监理单位的好评。该工艺的成功实施，安全质量可控、施工进度快、环境影响小，具有较高的推广应用价值。
参考文献
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论文作者:邓磊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/19
标签：隧道论文; 围岩论文; 栈桥论文; 作业论文; 台阶论文; 混凝土论文; 钢架论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;