隧道台阶法开挖应注意的问题分析.doc

1、隧道台阶法开挖应注意的问题分析【摘要】：重庆双碑隧道是穿越歌乐山镇复杂的地面和地下环境下进行的，该工程为今后类似的隧道台阶法开挖实践提供了很多借鉴之处。本文就双碑隧道的工程概况出发，叙述了该工程一些在施工过程中抑制围岩变形，保护地面上下建筑的一些措施。由此，对隧道台阶法开挖应注意的一些问题给予了分析并提出了一些对策。 【关键字】：台阶法；隧道；开挖；变形；分析 中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号： 在隧道及地下工程的施工中，常常会用到台阶法。台阶法施工需要多步开挖、多次爆破，在作业中上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴，可以平行进行，不仅可以适应稳定性较差的岩层环境，还可以降低人工

2、作业强度，提高工作效率。但是，在施工中反复发生应力再分配对围岩造成的扰动破坏，如此，在每步开挖的过程中，隧道周边变形都在发生着，并最终凸显，给工程的进行造成危害，严重的还可以引发严重的地质灾害。工程安全问题不容忽视，有必要探讨一下台阶法在隧道开挖应用中需要注意的问题。在此，我们以重庆市双碑隧道工程为参照，借鉴其中的施工经验。 一.工程概况 重庆双碑隧道隶属于重庆市沙坪坝区，经过歌乐山镇，全长4.373km，线路隧道工程设计为分离式双洞单向三车道。该工程以位于重庆市沙坪坝区，由于所处地段复杂，给施工带来了诸多不便。该隧道工程具有浅埋、超大断面、地面建筑林立、环境要求高、施工难度较大、对施工技术要

3、求高等特点。为开挖该条隧道，运用了大量的先进技术，既提高了施工效率，也较好地保障了工程质量，在工程后期没有出现沉降现象，使临近的建筑物也得到了有效的保护。 1.1 双碑工程难点 双碑隧道所处区域岩层走向平缓，地下岩质坚硬，整体性好，局部见砂质粘土，地下可见少量滞水。隧道地面沿线建筑物多，并且以住宅建筑为主，距离双碑隧道开挖边界净距少于 15m，地面最低处距离隧道开挖顶面只有 19 米，对施工造成很大的干扰。 1.2 初期支护体系 双碑隧道工程地质围岩条件较好，方便进行大断面开挖作业。但是，这种大断面和浅埋的状况，也给开挖时围岩的稳定工作和降低施工对环境不利影响的要求造成了挑战。为此，双碑工程在

4、初期的支护体系中采用了网格栅支撑结构，这种支撑结构对围岩的稳定性较强，而且能够方便快速施工。除此之外，还对隧道侧壁的导坑用型钢进行临时支撑。 1.3 微震爆破技术与综合减震 双碑隧道周边地表临近有较多的建筑物，是人员密集区。在施工中，需要认真考虑这些大型建筑和施工隧道之间的影响，严防坍塌现象，减少对民众的日常工作造成的不必要影响。为此，双碑隧道在施工中采用了微震防爆破技术。该技术爆破规模小，震动强度低，开挖成形质量易于控制，且爆破效果容易满足规范的要求。在双碑隧道复杂的施工环境下，最为适宜。根据设计要求，爆破振动波速需要控制在 1.52.0/s 的范围内，这样，方便将爆破公害控制在安全规程要求

5、之内。施工中具体采用的是基于光面爆破技术基础之上的微震爆破技术。在施工中，又采用了空孔减震技术，将之与松动爆破技术灵活结合，并控制相邻起爆时间，进一步减小爆破产生的振动，将双碑爆破产生的爆破危害降到最低。1.4 地下既有人防洞穴的开挖技术（没有人防洞穴） 双碑隧道的工程路线，需要经过一个既有的人防洞穴群。洞穴的存在，对隧道工程的支护结构产生了很大的影响，也是地下隧道施工中经常遇到的问题。而双碑隧道对于这种地下环境的巧妙处理，给以后的隧道施工作业提供了有益的借鉴。 在开挖之前，双碑隧道工程即对人防洞进行了处理。对于未能与隧道洞室贯通的人防洞，用锚喷支护加固后做混凝土回填，使之与周边围岩一起形成一

6、个支护结构。对于与隧道洞室贯穿的人防旧洞，先勘测出人防洞与隧道的相交处并进行锚喷支护，将人防洞内的锚杆支护和隧道的初期支护体系联结为一体后，找出隧道初期支护体系外的人防空洞部分，将之用混凝土进行回填。 二.施工中遇到的可借鉴问题及分析 1.隧道初期支护体系位移 根据双碑隧道布置的 26 个监测断面的实测结果显示，隧道变形受到开挖过程进展的明显影响。在各开挖部中表现为，撑子面通过后 1020天左右，变形趋于稳定；在下一开挖部接近时，又产生明显变化；直到期初支护体系形成后渐趋稳定。 另外，根据实测结果来看，在隧道洞段发现了水平收敛和拱顶下沉的最大值，即高层建筑容易对隧道产生影响，可能导致变形问题。

7、 2.地表沉降 对隧道进行开挖，可能会造成地表的横向沉降。双碑隧道在开挖过程中以隧道中轴线为准，纵向每隔 10m 布置一排观测点，以 5m 为测点间距，对地表的沉降情况进行了监测。最终测量出的地表沉降值为 0，也就是说双碑隧道的开挖并没有引起地表及建筑物的沉降。 .3 围岩变形的抑制 在双碑隧道的挖掘中，对格栅拱应力选取个点进行测量后显示，格栅拱应力基本呈现出一个对称的分布，且所受应力均比较小，如图 5 所示。格栅拱应力随开挖部的展开而呈现出变化。在二次衬砌的完成后，应力显著减小，并渐趋稳定。这说明了二次衬砌可以对格栅拱上的围岩压力起到分压的作用，从而对围岩变形起到抑制作用。 图 1 格栅拱应

8、力分布图 同样，在锚杆轴力监测中，实测结果反映锚杆轴力较小，基本为受拉的状态。这说明锚杆在抑制围岩变形上起到一定的作用。 临时钢是隧道闭合支护结构体系的一个组成部分，承担了部分格栅拱应力，从而起到一定的支撑作用，达到稳定围岩、控制沉降、保证洞室内安全的作用。在双碑隧道实测中显示，临时钢的最大内应力竟然达到了 98MPa，这个数据接近了期初支护格栅拱的最大应力。反映了临时钢的良好支撑效果。 三.台阶法开挖应注意到的问题及其对策 1. 在隧道的开挖过程中，需要保护各种临近的地面建筑物安全，做到少扰民并严防洞室坍塌。因此最好选择利于快速施工的好期初支护体系，必要时按照规范要求施做二次衬砌。 2. 在

9、数据监测和风险预防工作方面，应做信息的反馈及时、准确，严格监控，不断跟进了解围岩应力变化情况，根据详实的监测数据反馈来指导施工。同时，做好事故风险应急预案，增强地下隧道开采过程中的突发事件应对能力，保证隧道施工安全、有序地进行下去。 3. 隧道开挖尽可能地减少对围岩的扰动，对于环境复杂的地区，可以采用微震爆破技术，做好减震辅助，必要时采取一定的加固措施，以保证岩层稳定和支护结构的安全，使隧道工程作业安全高效。 4. 上台阶开挖引起的拱顶变形是主要的变形方式，在施工中可以采用二次衬砌、锚杆轴力、临时钢支撑等来适度抑制拱顶围岩变形。 5. 在地质条件较差的土层中施工的时候，需及时运用注浆加固技术对

10、地质进行保护，对于孔洞部分可以参照双碑隧道施工过程中的使用的锚喷支护技术，对隧道期初支护外的既有孔洞进行混凝土回填。 6. 还需注意地下水文情况，以防止给工程的施工和今后使用造成不便。 台阶法是双碑隧道工程中所使用到的一个重要的方法之一。它给我们今后的类似工程施工提供了一个良好的借鉴实例。在施工过程中，做好信息化实时监控反馈及综合减震措施，采用振动强度小的爆破技术，通过精确控制和有效管理，可以有效地保证工程作业安全、质量良好，还可以有效提高施工效率。 【参考文献】 1 周素亮; 李厚友台阶法在地铁暗挖隧道试验段中的应用 J 路桥科技 2012.6 2 马显红 杉树坳隧道台阶法开挖初期支护变形规律分析 J 铁道建筑 2012.1