关于康家坳隧道Ⅳ级围岩施工方案的探讨

张小卫

摘要：本文介绍常安高速公路康家坳隧道采用常规的机械化配套设备，采用台阶施工法，通过合理组织，创造了在Ⅳ级围岩中较快的施工速度。

关键词：高速公路隧道工程；Ⅳ级围岩；台阶法快速施工

Abstract: This paper describes very safe highway Kangjiahui Au Tunnel conventional mechanized equipment, the use of the step construction method, rational organization, created in the surrounding rock of Grade Ⅳ faster construction speed.

Key words: highway tunnel project; grade Ⅳ surrounding rock; rapid construction of the step method

中图分类号: U452.1+2 文献标识码：A文章编号：

在公路建设中，隧道工程一般都是整个公路工程中最关键、最需要控制的工程，是施工中的重点和难点，加快隧道施工速度对加快整个公路建设速度，减少施工成本具有重要意义。一般Ⅳ级围岩的稳定性都不是很好，不宜采用全断面法施工，先进的施工设备、技术都不同程度地受到限制，因而较围岩稳定性较好的Ⅲ、Ⅱ类围岩难于组织快速施工，我们在常安高速公路康家坳隧道Ⅳ级围岩的施工中，采用较常规的机械化作业线，通过合理组织，创造了月成洞120米的好成绩。

主要进度指标：

1 、工程概况

湖南省益阳市常安高速公路康家坳隧道，全长322米，按山岭重丘高速公路标准设计，隧道设计建筑界限10.75米，其中行车道宽2×3.75米，两侧人行道宽分别为0.75和1.0米，建筑限高净高5米。人行道净高2.5米。隧道平面线形为直线，纵坡为单面坡，从进口至出口为上坡，坡度为2.90%。

开挖断面为半圆直墙拱，衬砌结构按新奥法原理设计，采用复合衬砌结构形式，初期支护以锚杆（＋钢筋网＋格栅拱架）及喷砼组成联合支护体系，二次衬砌采用模筑砼结构，初期支护与二次衬砌之间设防排水夹层。

2、工程工质及水文地质概况

2.1.工程地质

康家坳隧道围岩类别主要为Ⅳ和Ⅴ级，其中Ⅳ级围岩241米。区域性地质构造为单斜构造，岩层主要为易破碎强风化板岩，岩体多呈厚层状及中厚状结构，岩石质软易分化崩解，节理裂隙发育，没有大的断裂构造及不良地质现象。

2.2.水文地质概况

隧道处于隔水层中，岩石含水性、透水性差，工作区无大的地表水。水文情况较简单。

3、主要施工技术与组织管理

3.1.严格按照新奥法组织施工

Ⅳ级围岩的稳固性不是很好，严格遵循新奥法的原理组织施工，施工的基本原则是：少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭，其施工程序如下框图：

新奥法施工程序

本人在省内的张清公路老木峪隧道施工时，由于没有严格按新奥法程序组织施工，在软弱地层中均出现过大的塌方现象，花费了大量的人力、物力处理塌方，处理塌方时间长达几个月，从而增加了施工费用，减慢了施工速度。

在康家坳隧道的施工中，通过直观、可靠的对周边收敛、拱顶下沉等量测数据准确评价围岩和支护的稳定状态，及时确定二衬的最佳时间，或及时采取措施对初期支护进行加固，在Ⅳ级围岩施工中未出现过大的塌方现象，确保施工安全和顺利进行，从而提高了施工速度。

3.2.施工方法

本隧道Ⅳ级围岩的岩性软弱,离地表较近,只有20~66m。开挖不适宜采用全断面开挖法,经方案比较和借鉴类似围岩条件的施工经验，采用正台阶法开挖，上台阶超前下台阶20 m~45 m，上台阶开挖高度为5.21 m，即便于铲车作业,又使底部刚好达到隧道拱基线。二次衬砌采用全段面整体式钢模衬砌台车,泵送砼的施工方法。

3.2.1.开挖

3.2.1.1.上台阶开挖

普通地下爆破往往不能得到表面平整的隧道轮廓，容易产生超挖和欠挖，对围岩的扰动较大使围岩因爆破的扰动减低稳定性，甚至在爆破后即发生塌方现象，给施工带来困难和加大了工作量，不利于实行快速施工。

康家坳隧道上台阶开挖采用2#岩石硝铵炸药，非电毫秒雷管实行光面爆破技术。使用7台YTP-26凿岩机同时打眼，顶部眼在长×宽×高=7.0m×3.0m×4.0m的作业平台上进行操作，下部眼则在底板上进行操作，打眼之前由技术人员根据爆破图表，用油漆画出轮廓线和炮眼，并且将人员、凿岩机、风水管、分风分水闸门编组，分区、定位、定人、定时作业。这样保证了光面爆破炮眼“平、直、齐”的要求。

通过施工技术人员根据现场的地质情况，反复摸索出爆破的最佳参数，确定周边眼距E=50cm，周边眼采用间隔空气柱装药结构。起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底板眼，辅助眼由里向外逐层起爆，上台阶炮眼深度2.4m，每循环109个炮眼，采用斜眼掏槽，掏槽眼比其他炮眼加深0.2m，爆破参数具体见炮眼布置图。

坚持正规循环作业，严格按作业图表施工，这是实施快速施工的重要措施。

Ⅳ级围岩正台阶法施工循环作业图表

3．2．1．2下台阶开挖

传统的正台阶法，无论短台阶法还是长台阶法，都是上台阶开挖初支几十米以后，再停止上台阶作业来一次性进行下台阶的开挖初支作业。因此，采用此法施工，上台阶每月停止作业10天以上，根据我们在以往隧道施工的经验，下台阶一次开挖的施工方法即使在Ⅳ级围岩施工中，也很难突破每月进100m的速度。

我们根据康家坳隧道开挖宽度有11.75米的特点，下台阶分左右两幅交错作业，右台阶开挖时，左幅台阶通车，左台阶开挖时，右幅台阶通车，不影响上台阶的作业。下台阶开挖滞后上台阶20m~45m，左右两幅交错作业的距离为15m~25m，主要是为了减少铲车装车的移动距离。下台阶每循环进尺3.0m，炮眼利用率为100%。

通过下台阶左右两幅交错作业的措施，使上台阶和下台阶做到平行作业。从而节约了循环时间，加快了施工速度。

3.2.2初期支护

Ⅳ级围岩的初期支护为钢筋网（φ8，@20cm）+锚杆（φ25mm ,@1.0m中空注浆锚杆，L=3.0m）+喷射砼（δ=25cm，C20），每次爆破出渣以后，即进行初喷砼，然后铺设钢筋网、打锚杆，最后采用2台喷射机同时喷射砼至设计厚度。

铺设钢筋网和打锚杆时，进行部分凿岩作业，这样可以缩短打眼工作所占每一循环的时间，从而减小循环时间。

3.2.3二次衬砌

二次衬砌的施工速度应与开挖速度相匹配，否则会出现因衬砌跟不上开挖，而被迫停止开挖工作面等候衬砌的局面。我们在张清公路老木峪隧道的施工中，采用自制9米长的小模板台车配以人工浇注砼的二衬作业方式，其平均月进尺只有60多米，而开挖速度在90多米，使衬砌工作面滞后开挖工作面过长，出现塌方现象，不得不停止开挖工作面，临时增加一台衬砌台车才满足施工要求。

康家坳隧道二次衬砌滞后开挖工作面60m~120m，吊挂防水板台车超前衬砌台车12m~20m。整体模板台车长12m，采用集中拌合站配制砼，3台JC6砼输送车运料，HBT60输送泵送料至台车，输送泵每100m~200m前移一次，每模浇注时间为18~20小时。每3天可完成一模12m，月进尺120m。其月进速度与开挖速度相匹配，仰拱超前二衬20~40m，分左右两幅浇筑，以利各工作面平行作业。

3.3施工队的劳动组织

劳动组织是隧道施工工作中的重要问题。组织得合理与否的标志是每个人的技术是否能充分发挥，工时是否能充分利用，是否有利于各工作之间的团结协作。

为保证一次成巷，组织快速施工，我们在康家坳隧道的施工中在劳动组织上采取综合工作队，把开挖、衬砌及其他辅助工序的工种人员组成一个综合性的施工队伍，统一指挥、协同作战。全队设上台阶开挖两个班，每班14人，共28人；下台阶开挖两个班，每班7人，共14人；衬砌三个班，每班7人，共21人；机运等辅助人员18人，全队共81人。实行“三班”制作业。

3.4地质与测量

用三台激光指向仪导向，并及时跟上导线测量，保证了断面及坡度的质量。地质及时提供施工参考的岩种、岩性和水文资料。

3.5通风、防尘

隧道施工通风，尤其是长大隧道施工的通风更为重要，爆破、转载机、汽车运输产生油烟，机具运转、装渣、钻眼、喷浆会产生有害气体和灰尘。有害气体及粉尘如不及时排除，对施工人员有极大危害，降低工作效益。

康家坳隧道采用55KW风机，φ1000胶质风筒进行压入式通风，达到了满意的通风效果。

4.洞内施工平面布置与主要施工机械设备

4.1 洞内施工平面布置

为了使上台阶开挖与下台阶开挖、衬砌、仰拱（铺底）工作平行作业，其平面布置至关重要，否则会相互影响，而减慢施工速度。

康家坳隧道采用的施工平面布置如下图示：

建立钻爆、防排水、装渣运输、二次模筑衬砌、通风等独立又相互配套的作业线，是全面完成隧道快速施工的关键。其中一条作业线与其它作业线不匹配，都会影响整个施工速度。

本隧道施工采用常规的机械化配套，具体如下表：

隧道主要机械设备配备表

5.几点体会

5.1实践证明，采用正台阶法施工，下台阶分左右两幅错开开挖，使上台阶开挖、下台阶开挖、仰拱（铺底）、二衬平衡作业，是实现Ⅳ级围岩快速施工的有效方法。在确保安全的前提下，使吹洗炮眼与凿岩平行，延深风、水管与装渣平行，打锚杆与凿岩平行，吊挂防水板与二衬浇筑砼平行等多工序平行作业，是缩短作业循环时间，提高施工速度的重要措施。

5.2为缩短出渣时间，应采用10吨以上的大功率的汽车进行运渣。

5.3建立和健全各种规章制度，如安全检查制度，对口交接班制，明确各班应完成的工作指标，交接班时一律交空工作面，技术人员负责技术质量，每循环检查质量，画轮廓线，实行岗位责任制、经济承包制，使人人明确职责，自觉遵守纪律，这是实现隧道快速施工的重要保障措施。

参考文献：

黄成光著《公路隧道施工》人民交通出版社2001

王毅才著《隧道工程》人民交通出版社2000

蒋树屏著《公路隧道设计规范》人民交通出版社2004.11

于书翰 杜谟远著《隧道施工》人民交通出版社1999.6

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。