高速公路隧道单侧壁导坑法转三台阶法施工方案

高新闯GAO Xin-chuang

（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，日照 276826）

1 工程概况

1.1 工程简介

平安洞1 号隧道穿过丘陵地貌区，为双洞八车道分离式隧道，本标段左线起迄里程ZK48+961～ZK49+919，长958m，坡度1.96%，最大埋深215.4m；右线起迄里程K48+930～K49+895，长965m，坡度1.96%，最大埋深205.3m。

1.2 地质概况

平安洞1 号公路隧道主要由Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩及Ⅲ级围岩组成。Ⅴ级围岩：主要由全～强风化砂岩组成，岩石节理裂隙发育，岩体极破碎，强度低，遇水易软化；Ⅳ级围岩：主要由中～微风化砂岩组成，中微风化岩强度高，岩石节理裂隙较发育，岩体较破碎，局部破碎；Ⅲ级围岩：主要由微风化砂岩组成，局部夹中风化岩，微风化岩强度高，岩石节理裂隙稍发育，岩体较完整。其围岩分布与比例见表1。

表1 平安洞1 号隧道围岩分级与比例统计

1.3 技术标准

①建筑限界净宽：19.25m，净高：5.0m；②隧道内轮廓宽度：20.25m，高度：12.30m，内轮廓面积：197.2m2；③隧道开挖轮廓宽度：22.07m，高度：14.02m，开挖轮廓面积：243.0m2。

1.4 施工控制要点

①地质超前预报，围岩监控测量以及贯穿控制测量技术；②地址灾害与应急处理措施；③环境保护与水土保持技术与措施。

2 超前预报及总体监测工作

2.1 超前预报

本次预报范围为K49+738～K49+713 段（先行右导洞），推断结果为：探测范围内其余部分围岩情况与掌子面揭露所见基本相似，大面主要为灰色微风化砂岩，局部夹杂中风化砂岩，岩体较破碎，主要呈碎块状结构，局部夹杂层状结构，节理裂隙较发育，感观强度较高，掌子面未见明显渗水点。K49+738～K49+713 段原设计为Ⅳ级围岩，采用S-Ⅳd 衬砌类型；预报初步判定为Ⅳ级（好）围岩，与原设计围岩级别基本一致。三台阶法施工适用于Ⅳ级围岩较好段或Ⅲ级围岩较破碎段，根据超前预报情况，平安洞1 号隧道右洞出口具备了三台阶法施工的地质条件。

2.2 监控量测情况

①K49+756 断面监控量测情况。此断面距掌子面约1倍洞径，对监控量测数据进行线性回归分析如图1、图2。

图1 平安洞1 号隧道K49+756 周边位移与时间关系图

图2 平安洞1 号隧道K49+756 拱顶下沉与时间关系图

K49+756 断面周边位移累计值为10mm，平均速率为0.38mm/d；拱顶下沉累计值为11mm，平均速率为0.42mm/d；该断面累计位移值远小于设计预留变形量，监测过程中未出现急剧变形，近期呈缓慢变化趋势，可正常施工。

②总体监控量测情况。对总沉降量和总收敛值对应的隧道进尺（埋深），以及总沉降和收敛时间对应的隧道进尺（埋深）进行曲线分析如图3、图4。通过分析，可得出结论为：监控量测总变形量随入岩深度的增加和围岩级别的提高呈减小趋势，最终趋于稳定，不再变化；目前掌子面为Ⅳ级较好围岩，埋深随进尺极具增加，推断掌子面前方监控量测的变形情况会得到有效控制，综合考虑安全、进度等因素，在K49+738 处由单侧壁导坑法改为三台阶法施工。

图3 平安洞1 号隧道右洞出口总沉降-时间关系曲线图

图4 平安洞1 号隧道右洞出口总收敛-时间关系曲线图

3 单侧壁导坑法转为三台阶法方案实施步骤

单侧壁导坑法转为三台阶法。将单侧壁导坑法的两个上导坑洞室开挖齐平，中、下导坑洞室及时跟进，与上导坑形成微台阶后暂停施工，上下导坑距离≤5m，挂网喷射混凝土封闭掌子面，拆除侧导坑初期支护临时钢拱架，上台阶整体开挖掘进，中下台阶跟进，按三台阶法施工。工法转换过程中，注意预留中部的斜坡道，利于行车和出渣。

3.1 步骤一

首先将单侧壁导坑法的两个上导坑洞室跟进齐平，即先行上导坑掌子面暂停施工，喷射C25 混凝土封闭，中下导坑跟进形成微台阶，上下导坑距离≤5m；后行上导坑掘进至先行上导坑掌子面里程，完成上导坑两个洞室向一个洞室的转变。

3.2 步骤二

后行中、下导坑继续掘进，与先行中、下导坑齐平，形成微台阶，上下导坑距离≤5m。

3.3 步骤三

施作好上、中、下导坑的锁脚锚管，拆除侧导坑初期支护临时钢拱架，用洞渣回填出上台阶施工平台，进行三台阶的上台阶施工。

3.4 步骤四

上台阶继续向前掘进，台阶长度达到一定距离（L-40m）后，开挖中、下台阶；先跳槽开挖一侧中、下导坑并及时支护，再开挖另一侧中、下导坑并及时支护，左右侧初期支护交错落底，避免两侧拱脚同时悬空；开挖过程中，隧道中部保留斜坡道，便于行车和出渣，并形成完整的三台阶法。

4 三台阶施工工法

三台阶法适用于Ⅳ级围岩较好段或Ⅲ级围岩较破碎段，衬砌类型为Ⅳc、Ⅳd 和Ⅲa、Ⅲb 的围岩拟采用三台阶法施工，施工工序如图5。

图5 三台阶法施工工序示意图

4.1 开挖、支护顺序

I—拱部超前支护；2—上台阶1-1 开挖（根据围岩情况，可预留核心土）；Ⅲ—上台阶1-1 初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；4—中台阶2-1 开挖；V—中台阶2-1 初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；6—下台阶2-2 开挖；Ⅶ—下台阶2-2 初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；8—中台阶2-3 开挖；Ⅸ—中台阶2-3 初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；10—下台阶2-4 开挖；Ⅺ—下台阶2-4 初期支护（安装钢拱架、挂钢筋网、安装锚杆、喷混凝土）；12—下台阶2-5 开挖；13—仰拱3-1 开挖；ⅩⅣ—仰拱3-1 初期支护（安装钢拱架、喷混凝土）；ⅩⅤ—浇注主洞仰拱；ⅩⅥ—敷设防水板，采用智能二衬台车全断面一次模筑二次衬砌混凝土。

4.2 施工要点

①图中仰拱施工区域、防排水钢筋施工区域根据现场施工局部可动态调整，但是必须满足：初支封闭成环距掌子面距离≯86m；仰拱衬砌距掌子面距离≯118m；二次衬砌距掌子面距离≯190m。②隧道初期支护应在开挖后立即施作，二次衬砌根据监控量测结果综合分析，适时施作。③严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤监测、早封闭”的原则。④施工过程加强监控量测，若发现变形较大应及时采取相应措施保证施工安全。⑤若施工过程中发现有围岩失稳现象，应及时喷射混凝土封闭，加设锚杆，架立钢支撑等措施，以加强支撑。⑥上台阶长度取40m，考虑爆破堆渣长约20m，出渣车长8.8m，预留错车掉头空间10m，合计约40m。⑦加强对机械设备的维护与保养，以确保相关设备的正常运转。⑧加强施工现场管理与人员调度，做好员工的上岗培训工作，杜绝无证上岗。

5 应急措施与建议

5.1 加强监控量测

施工过程中，加强监控量测工作，转为三台阶初期，每5m 布置一个断面，监测频率2 次/天，通过监控量测数据分析，对施工工法的可行性进行验证。

5.2 掌子面预加固措施

施工过程中，若掌子面围岩发生突然变化，监控量测值发生突变或达到预警值，在保证开挖工法-三台阶法不变的情况下，加强超前预加固措施，采用9m 长Φ51×8 自进式管棚+喷射混凝土封闭掌子面+掌子面玻璃纤维锚杆进行处治。

5.3 加强锁脚措施

三台阶法每处台阶在拱架上打设2 根Φ50 锁脚小导管，长L-4.0m，每环12 根。

5.4 优化系统锚杆

系统锚杆采用Φ25 涨壳式预应力锚杆，环向间距100cm，纵向间距同拱架间距。

6 小结

隧道高速工程与其他工程相比具有其隐蔽性、施工复杂性、地质条件和周围环境的不确定性等突出特点，从而加大了施工技术难度，提高了施工风险，因此如何做好施工安全管理，是项目部工作的重点。为了有效地降低安全风险，杜绝安全事故，要牢固树立“要我安全”到“我要安全”的施工安全观，将安全管理的各种规章制度落到实处，做到奖罚分明，强化安全责任制。