软岩隧道快速施工工艺.doc

兰渝铁路LYS-X标XXX隧道
软岩隧道快速施工工艺
1. 软岩隧道快速施工推广的意义
为总结我局软岩隧道建设数年来的实践经验，进一步规范软岩隧道施工的各项工序操作，提高施工管理水平和生产效率，实现软岩隧道标准化快速施工，在现行标准、规范的基础上，结合大量现场施工经验，特编写本标准化模块，以期更好地为软岩隧道标准化快速施工服务。
2. 工程概况
1）新建XX至XX铁路XX（不含）至XX段（不含）XXX-X标XXX隧道，位于XX省XX市，起于X县（XXX镇）止于X县（XX镇）线路基本呈北向南走向。该隧道设计为两座单线，为全线第二长隧道，也是全线控制性重点工程之一。起止里程为DKXXX+XXX～DKXXX+XXX(右线隧道DyKXXX+XXX～DyKXXX+XXX),全线长XXXXXX m（右线长XXXXXXm）。
XXX隧道为双洞单线，正洞开挖面积为80.77m2，采用上下台阶法开挖，上台阶长度4~6米，台阶高度4~5米。
2）软岩隧道开挖施工目前重要有台阶法、台阶分部开挖法、导坑法等。台阶法是我国最常用的软弱围岩隧道开挖方法，是全断面开挖方法的一种改善，一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型，合用于Ⅲ～Ⅴ级围岩的单双线铁路隧道开挖，其施工规定如下：
(1)上下台阶之间的距离，应能满足机具正常作业，并减少翻碴工作量。
(2)当顶部围岩破碎，施工支护需紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰。
(3)台阶不宜多分层，装碴机械应紧跟开挖面，以减少扒碴距离。
台阶法开挖施工重要涉及超前支护、上台阶开挖、上部立拱喷锚、下台阶开挖、边墙喷锚、仰拱开挖、仰拱初支、仰拱灌注和拱墙衬砌等工序。流程如图2-1所示。

图2-1 软岩隧道台阶法施工工序图
3. 软岩隧道快速开挖步序及工艺
软岩隧道采用上下台阶法进行施工，上台阶底部位置根据地质情况拟定，一般情况下在起拱线及其以下位置。台阶高度控制在3.5~4.5m，台阶长度一般控制在5~6米以内，且不宜大于隧道开挖宽度的1.5倍，初支设有钢架时，开挖下台阶要左右错进，错开间距一般为1.5～2.0m。
开挖施工时，可使上下台阶实行平行作业，实现快速化开挖施工。上断面立拱和钻掏槽眼、辅助眼与下断面出碴同步进行，上断面喷浆与下半断面立拱、钻眼等工序同步进行，台阶法开挖平行作业流程见下图。
响炮
通风排烟
找顶、扒碴
测量放线、画炮眼、进台架
上断面立拱、钻眼、打锚杆

下部出碴

下断面立拱、钻眼、打锚杆

上断面喷砼

下断面喷砼

退台架及其他设备

装药

图3-1 台阶法平行作业施工工序流程图
（1）响炮后通风排烟
上下台阶光面爆破后，为了将爆破产生的烟尘尽快排出，隧道内进行大约10~15min的独头压入式通风。通风时，每个掌子面配备一套独立的通风设备，洞口配备一台SDF(C)-NO12.5风机，通过φ150cm或φ170cm的PVC拉链式软风管与风机连接，风管出风口距掌子面30m左右，这样既能保证掌子面通风，又能保证响炮时风管不受损。
（2）找顶、扒碴
在隧道内进行通风排烟后，安排两人进行人工找顶，其中一人找顶，一人负责安全。找顶完毕后采用反铲进行扒碴，扒碴时以平整出上台阶为准，此工序大约需要1小时。
（3）进台架、测量放线、画炮眼
在上半断面找顶、扒碴工序完毕后，通过人工指挥反铲进行台架安设。台阶结构即要稳固，又要轻便，提供一个施工操作平台，且要便于施工与吊运。XXX隧道出口使用台架共1层，其主体结构为I12工字钢或者φ159钢管，台架高度2.5米，长度3.0米，宽度5.0米，顶部加两个折叠网板，折叠网板宽度0.8米，折叠网板为施钻拱腰两侧周边眼提供操作平台。台阶起到架立拱架，挂设拱架、钢筋网片，施做上台阶拱顶周边眼，二圈眼等作用。
台架安设的同时，测工进行测量仪器架设，待台架安设完毕后进行测量放样，围岩破碎，隧道架设拱架时只需控制拱架的中线以及高度，围岩整体性较好，隧道开挖无需拱架时要画出周边眼炮孔位置，测量误差控制在±5cm之内。测量放线时间约为15min~20min。
（4）下部出碴与上断面立拱、钻眼、打锚杆同步作业
为了尽也许地节省施工时间，下断面出碴与上断面立拱、钻眼、打锚杆进行同步施工作业。一个开挖班人员为15~16人，负责掌子面开挖立拱，机具吊运，高压风水管线布设。下断面的出碴由运送分队负责，运送分队配备两台装载机，7台运送车，当上台阶扒碴时，运送分队准备好装载机、运送车停靠在仰拱施工完地段，上台阶扒碴完毕，挖机撤离掌子面，运送设备立即进行出碴作业。2台装载机配备4名司机，7台运送车配备14名司机，在洞内三岔口断设立值班室，指挥车辆进出，司机和值班人员24小时值班。
1）上半断面立拱、钻眼、打锚杆
开挖班15人，立拱时由4人站在台架上，4人在台阶下，其别人准备开挖机具，搬运支护材料。上断面施工先行解决欠挖，架立拱架，挂设网片、连接筋并打设锁脚锚杆，与此同时打设上台阶超前小导管及系统锚杆，然后钻眼。
上台阶高度4.5米，架立1榀拱架，进尺1.2米，该拱架由3节组成，拱脚每处打设2根锁脚锚杆，长度3.0米，由Φ22钢筋加工而成。拱架以及纵向连接筋在洞外加工场加工，连接筋套管在加工场焊接在拱架上，套管长度10cm，环向间距1.0米。套管提前焊接优点：现场便于安设，节省开挖时间，同时套管在场外焊接，可以保证施工质量。
钻孔采用人工手持风钻钻孔，上台阶钻眼施工共需10人和6把风钻进行。钻孔时，需风量为20m3/h，考虑到供风站距掌子面距离，风管中间由钢管过渡到橡胶软风管，风压损耗较大，配备为两台型号为P950E－160kw移动式空压机进行供风，钻孔外插角由循环进尺以及初支厚度拟定。钻孔时间约为1h ～1h20min。
上台阶每循环钻孔８０～９０个，钻孔深度1.3米，周边眼间距0.5m，周边眼与二圈眼距离0.6m，掏槽采用斜眼掏槽，掏槽眼与扩槽眼之间的间距控制在30～50cm，掏槽眼间距60～80cm，底板眼间距80cm左右。周边眼线装药量控制在0.15kg/m，掏槽眼线装药量控制在0.6～0.7kg/m，掘进眼的线装药量控制在0.4～0.5kg/m，底板眼线装药量控制在0.6～0.7kg/m，单位炸药控制在0.6～0.7kg/m3。
2）下部出碴
出碴时，每个掌子面采用一台SEM650装载机进行装碴，7台红岩运送车通过斜井把碴料运至洞外。在此工序，出碴量约42m3，大约需要1h30min，其中装满一车时间约为４～５min。
本道工序总作业时间约为1h40min。假如机械正常，下台阶出碴较快，工序完毕时间以下台阶完毕为准，下台阶出碴完毕后即可派４人到下台阶立拱，上台阶风钻手完毕上台钻眼后转移至下台阶施工。
（5）下断面立拱、钻眼、打锚杆与上断面喷砼同步作业
1）下半断面立拱、钻眼、打锚杆
下台阶高度４.５，每循环进尺1.2米，拱架左右错进，错开1~2榀拱架，每榀拱架打设2根锁脚锚杆，长度3.0米，由Φ22钢筋加工而成。，立拱时间约1小时。下台阶立拱的同时进行钻眼施工，钻孔约40个，人员及机械配备与上台阶施工相同，为同一开挖班。
上台阶施工完毕后，开挖班人员转移至下台阶施工，同时喷浆班人员进场，喷浆班人员１３人，１名班长，３名喷浆手，３名喷浆机操作手，其余人员打杂。摆设喷浆机，喷浆盘，挂设风水管，接好喷浆管准备上台阶喷浆。
开挖班下台阶施工完毕后进行拆卸风钻，风水管，整理机具，为下台阶喷浆让出场地，开挖班收拾完机具后下班，下个循环由下个开挖班施工。
2）上断面喷砼
上断面配置三台喷浆机，每个喷浆班1３人，喷射C25砼，需风量为24m3/h，此时，下台阶进行开挖作业，需要配置两台型号为P950E－160kw移动式空压机供风，喷射砼厚度以拱架内侧为准，保证初支面平顺，钢支撑之间部位的混凝土不得超过钢拱架内缘。上台阶喷砼时间约为1h。
（6）下半断面喷砼
下断面喷砼施工人员以及机械设备同上断面，喷砼时间大约40min。
（7）装药
下台阶喷浆完毕后，通风10分钟，下台阶喷浆同时告知开挖班爆破人员６人去炸药库领用炸药，其余开挖班人员准备开挖材料（拱架、连接筋、网片、锚固剂）装车。开挖班6人进行上下台阶同时装药。装药时，采用2#岩石乳化炸药，药卷直径为φ32，周边眼装药1卷，掏槽眼装药4卷，本道工序时间约1h。
（8）退台架及其它设备
上台阶装药的同时进行喷浆机械的撤离，喷浆班人员１２人把高压风水管整理撤出掌子面，由喷浆班班长一人指挥反铲调离喷浆机。喷浆机具撤离完后喷浆班下班。值班电工１人负责撤离掌子面照明设备。上下台阶装药完毕后撤离台阶，由开挖班班长指挥反铲吊离台架，台架退后掌子面30米。
（9）循环时间
软岩隧道快速化施工循环时间大约为６小时３0分～８小时３０分。
4. 其它工序
在软岩隧道施工中，还涉及仰拱、防排水和二次衬砌施工，这些工序基本都可独立于隧道开挖各工序进行，故不占用整个循环时间，但开挖与其它各工序间需要互相协调，以保证施工快速化进行。
括仰拱、防排水和二次衬砌施工人员属于衬砌分队，由现场领工员负责统一安排协调，领工员３名，24小时轮流值班。
4.1 仰拱施工
仰拱施工时，仰拱与掌子面安全步距不大于40米，其施工工序为：移动仰拱栈桥就位→仰拱开挖→仰拱初期支护施工→仰拱钢筋绑扎→仰拱衬砌砼灌注→仰拱填充砼灌注→砼养护→进入下一循环。
仰拱通过栈桥进行施工，栈桥由I30b工字钢加工而成，长度12米，单幅宽度112cm，承重50T。为了保证两台出碴车在掌子面有足够的错车空间，仰拱栈桥距掌子面下台阶距离为２５～３０米，每个掌子面需要配备2~3副栈桥。为保证仰拱与开挖的同步施工，仰拱开挖施工响炮与开挖响炮同步，仰拱出碴时为喷浆或装药时间，仰拱栈桥前移时间避开出碴时间。
仰拱初支采用Ｃ２５喷射砼，仰拱拱架完毕后进行初支砼施工，一次施工长度4~6米。仰拱初支施工完毕后进行仰拱砼浇筑。
4.2 防排水施工
防排水施工一方面根据支护断面拟定施工台架高度，并根据施工需要进行台阶划分，以便于防排水施工时保证施工安全。
防排水施工一方面进行初支基面解决。初支基面应平整，无空鼓、裂缝、松酥，并用喷射混凝土或砂浆对基面进行找平，外露钢筋头进行切割解决，并用锤铆平，用砂浆进行摸平。
拱墙每6～10m设1环φ50环向透水盲沟，在地下水丰富地段环向盲管适当进行加密，两侧边墙外侧泄水孔标高处设纵向贯通的直径φ80透水盲管各1道，该盲管通过三通接头与环向盲管边墙泄水孔连通，盲管外用土工布进行包裹并用扎丝捆好，盲管采用窄防水板条进行挂设，挂点间距不大于50cm。
防水板铺设应超前二次衬砌1~2个衬砌长度，形成“初期支护表面整修→防水板挂设→防水板质量检查→二次衬砌钢筋施工→钢筋检查→二次衬砌施工”的流水作业线。防水板采用无钉孔铺设，即先将无纺布固定到预定位置，然后手动电热熔接器加热，使防水板焊接在固定无纺布专用热熔衬垫上。热融垫固定点拱部间距0.5~0.8m，边墙0.8~1.0m，下部1~1.5米，呈梅花形排列。
土工布挂设两幅间搭接宽度不小于50mm，土工布挂设与喷射混凝土表面密帖，且铺设应平顺，无隆起，无褶皱。
防水板固定采用热风焊枪，使防水板融化后与塑料垫圈粘结牢固，焊接应严密，无漏焊、假焊、烤焦、焊穿、外露固定点等现象。两幅防水板间接缝采用爬焊机进行粘结，防水板接缝搭接宽度不小于15cm，且焊缝宽度不小于2cm，焊缝贯通，无漏焊、断焊、烤焦等现象。
环向施工缝采用背贴式止水带加中埋式止水带进行。纵向施工缝采用钢边止水带加遇水膨胀止水带。背贴式止水带铺设在混凝土接缝处，并半埋入混凝土，外露部分平整顺直。中埋式止水带安装时使用钢筋卡将止水带对折成直角，并固定在端头模板上，中埋式止水带外露混凝土面居中顺直。钢边止水带安装时使用铁丝固定在仰拱钢筋上，并拉直无弯曲起伏，钢边止水带搭接长度30cm,搭接处采用铆钉进行锚固。
4.3 二次衬砌施工
二次衬砌施工时，二次衬砌与掌子面安全步距不大于90米。
施工工艺流程见下图。
台车就位
台车就位
安装止水带和端模
涂刷脱模剂
泵送砼入模
洒水养生
脱模
养生
施工准备
调整锁定

绑扎钢筋
洞外拌合
运送砼进洞

图4-1 施工工艺流程示意图
正洞拱墙砼浇注采用自制走行式钢模板台车，台车长度为10.5m。拱顶的３个灌注口设立灌注管，以便于和砼输送管连接，其余灌注口采用活动盖板，可灵活打开或关闭，既可作灌注口又可作振捣口和观测口使用。灌注口和台车联接处作加强解决，和台车的接缝要严密，保证二次衬砌成形效果，二次衬砌每组施工长度不大于10.4米，保证台车端头搭接长度，避免搭接过短导致搭接处跑模漏浆和挤坏搭接处混凝土。
拱墙砼为钢筋砼，为保证砼的流动性，坍落度宜为16～18cm，粗骨料采用4.75～31.5mm的级配良好的碎石。砼浇注时由下而上分层对称灌注，每层灌筑高度不超过40cm，采用人工插入式振捣器充足振捣。操作时要轻提轻放，以免破坏防水层和背贴式止水带。每层的浇注顺序应从砼已施工端开始，以保证砼施工缝的接缝质量和便于排气。
混凝土拆模一般在15小时后进行，拆模后混凝土立即进行养护，采用专人洒水，养护时间不少于14d。
二次衬砌采用防水砼，抗渗等级不得低于P8，防水等级为一级。初期支护与二次衬砌之间拱墙设EVA防水板加土工布，防水板厚度不小于1.5mm；防水板幅宽2～4米，土工布重量≥350g/m2，环向施工缝设立中埋式橡胶止水带和背贴式止水带，变形缝在地层显著变化处、明暗交界处设立，采用背贴式橡胶止水带加中埋式钢边止水带。
Ⅴ级软岩段衬砌采用C35钢筋混凝土，环向采用Φ22钢筋，纵向采用Φ14钢筋，箍筋采用φ8盘条，钢筋间距20cm，衬砌厚度45cm，衬砌与初支之间铺设350g/m2土工布和EVA防水板。
5. 软岩隧道快速化施工方法总结
５.1 本项目的现场施工情况以及效果总结
（1）本项目采用混岗架子队组织模式，实行上下台阶平行施工作业，开挖班与支护班合并，优化了资源配置，节约了时间。
（2）设立循环时间奖，根据经验总结出每循环施工需要的时间，制定一个标准时间，假如该循环节约了时间，以每分钟6元计量。调动了工人积极性，减少不必要误时，达成快速施工的目的。
（3）快速施工大大缩短了施工工期，节省了人工费、机械费等，提高了生产效率，从而减少了施工成本。
（4）Ⅳ级软岩每循环进尺1.2m，月施工进度约120~140m，Ⅴ级软岩每循环进尺0.8米，月施工进度约为80~90m左右。
（5）该项目从开工至今未发生施工事故，由监控量测，隧道收敛变形最大为10cm，能保证隧道的施工安全。
５.2 我公司在以往项目的施工情况
（1）2023年~2023年XX客运专线为双洞单线隧道，隧道开挖面积为90m2，隧道全断面为千枚岩，变形较大，采用类似的施工组织，提前1年时间竣工，进度最高纪录为160米/月。
（2）2023年~2023年，XXX铁路XXX隧道为单洞双线隧道，开挖面积140 m2，隧道全断面为砂岩夹泥岩，属于黄土隧道。采用类似的施工组织，最大收敛变形为15cm，进度最高纪录为155米/月。
５.3 该施工组织的前景
目前铁路市场扩张不久，考虑到成本，由于机械开挖投入较大，大部分隧道施工采用人工开挖，在这种情形下该施工组织方法能提高施工进度，缩短工期，保证隧道施工安全，前景广阔。