陈小华

（中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司， 福州 350013）

1 工程概况

福州市轨道交通 6号线樟岚停车场出入场线线路出芦岐站后，先沿东南方向延伸，后转向西南方向，进入樟岚停车场。出入场线沿福泉快速路及樟岚村山峦，线路平面最小曲线半径250m。出入场线全长1250.443m，矿山法段全长1062.445m，矿山法段设置3个工作面。1#盾构井位于芦岐站大里程，与芦岐站～梁厝站区间共用，盾构井尺寸为17.9mx48.8m，基坑深23.28m，围护结构上部采用1000mm厚吊脚墙；2#原设计为竖井变更为斜井，位于出入场线中部，采用矿山法施工，斜井长165.171m，最大坡度10%；3#洞门位于樟岚停车场端，采用明挖法施工；变更后斜井设计为7m宽双车道斜井,如图1所示，斜井使用时间约为2年，施工完成后按设计回填封闭处理[1]。

图1 变更设计斜井平面布置图

2 短台阶法施工技术概述

地铁矿山法隧道施工中因设计断面较小，施工组织难度大及出碴作业空间受限，传统的开挖方法大多采用上台阶、下台阶带仰拱分两步开挖或者采用上台阶、下台阶、仰拱分三步开挖，此两种开挖方法均存在施工进度慢，施工成本大，爆破开挖多次扰动开挖轮廓周边围岩，存在围岩掉块、坍塌、较大沉降等施工安全风险；本项目根据工程特点及周边爆破作业环境，优化了进洞方案并且调整了爆破开挖施工工艺，采用上、下台阶带仰拱一次开挖施工技术。

2.1 施工工艺简介

1.上、下台阶带仰拱一次开挖施工，同时装药起爆、同时装运出碴，随后同步施做上、下台阶初期支护,如图2所示。

2.仰拱初期支护施工段控制在距离掌子面 35m范围内封闭全环，可以与掌子面平行作业，互不冲突，有效的提高了施工进度，并能确保施工安全。

图2 短台阶带仰拱一次开挖施工示意图

2.2 台阶高度与长度

结合施工图设计以及以往铁路隧道短台阶法施工经验，提高小型机械设备在地铁小断面中施工运用的优势，减少仰拱单独开挖对其他工序造成的施工干扰，提高上、下台阶、仰拱初期支护的施工组织工效等因素控制台阶开挖高度和长度。

台阶高度：上台阶主要考虑挖掘机扒碴高度，提高出碴作业速度，台阶高度确定为3.89m，使用开挖台架施工；下台阶带仰拱考虑工人施钻、立拱架操作方便，其台阶高度不宜太高，高度确定为2.66m。

台阶长度：考虑上台阶施工作业空间，爆破后挖掘机扒碴效率[2]，开挖台架停放位置等因素，确定上台阶长度均为3～5m，实际施工时按照5m考虑，下台阶至仰拱初支封闭成环端头，宜控制在 30m，以保证装载机装碴及自卸车有充分的操作空间，每循环开挖进尺 2榀钢架间距，下台阶左右侧错开开挖，杜绝钢架同时悬空。

2.3 主要设备、机具配置

上台阶人工手持风钻利用开挖台架打眼，下台阶（带仰拱）人工手持风钻站在仰拱回填区打眼，人工立拱架，湿喷机施做初期支护。

具体设备机具配置表,如表1所示。

表1 主要设备、机具配置表（单个作业面）

2.4 主要劳动力配置

具体劳动力配置表,如表2所示。

表2 主要劳动力配置表（单个作业面）

2.5 施工循环时间

具体循环时间表,如表3所示。

表3 循环时间表（按进尺2m）

3 主要施工工艺流程

本文主要以Ⅳ级围岩断面,循环进尺按 2m为例来介绍地铁小断面隧道采用短台阶带仰拱一次爆破开挖施工工艺流程，Ⅳ级围岩断面尺寸，如图3所示。

图3 Ⅳ级围岩断面图

①上、下台阶及仰拱同时爆破，挖掘机修路至上台阶扒碴，初喷混凝土，装载机下台阶配合定制自卸车出碴（侧翻40装载机，前斗宽2.95m+厂家定制自卸车，后斗宽1.9m，并排作业）,如图4所示。

图4

②上台阶扒碴完毕，挖掘机修路，装载机进台架、测量、运送拱架；上台阶立拱，装载机下台阶出碴,如图5所示。

图5

③上台阶立拱架，打设锁脚锚管，下台阶完成出碴，仅在中部垫碴设置下台阶至上台阶坡道，供装载机运送拱架及钢筋网片使用,如图6所示。

图6

④上台阶继续立拱，打设超前锚杆，下台阶开始立拱，上、下台阶同步立拱作业,如图7所示。

图7

⑤上台阶立拱完成后退台架，同时上台阶喷射混凝土，下台阶打设锁脚锚杆（管）结束，上台阶喷射混凝土结束后立即进行下台阶喷射混凝土,如图8所示。

图8

⑥上台阶进台架，挖掘机挖隧底洞碴至边墙两侧，清理仰供初支工作面,预留部分回填恢复道路用，多余的洞碴用出碴车拉出洞外,如图9所示。

图9

⑦上台阶打眼、装药，仰拱初期支护进行立拱喷射混凝土作业,如图10所示。

图10

⑧仰拱初期支护喷射混凝土封闭完成后，挖掘机翻碴修路恢复下台阶道路；上台阶装药完成后，退台架，下台阶及仰拱打眼、装药；上、下台阶带仰拱一起连线爆破。爆破完成后进入下个循环,如图11所示。

图11

结合以上施工工艺流程，地铁矿山法小断面隧道Ⅳ级围岩短台阶带仰拱一次开挖施工技术，每循环进尺2.0m，每月按有效施工时间25天考虑，每天1.5个循环，平均月进尺为：25×2×1.5=75m。

4 短台阶施工总结

通过在樟岚停车场出入场线矿山法隧道的实践性施工，城市地铁矿山法隧道爆破施工极易对周边建筑物、环境、周围居民生活造成影响，为减少火工品管理部门规定了爆破作业时间且不允许夜间爆破施工的影响；通过施工过程中加强施工组织，隧道Ⅳ级围岩短台阶带仰拱一次开挖每天达到既定的1.5个循环，超前既定的施工进度要求，短台阶带仰拱一次开挖施工技术适用于硬岩地质，其主要优点有以下几个方面：

①带仰拱一次开挖法开挖减少了爆破作业对围岩的扰动次数，围岩后期整体自稳性相对较好。仰拱可早日封闭成环，形成整体受力系统，降低了施工的安全风险，有效的控制了收敛和沉降。

②短台阶带仰拱一次开挖法要求现场组织机动灵活，通过工序的紧密衔接，人员、设备的合理安排，减少单个工序的时间来减少围岩的风化，确保施工安全，同时提高施工进度，工效方面优于传统三台阶法。

③短台阶带仰拱一次开挖法，将仰拱初期支护纳入短台阶工序管控，及时将支护体系封闭，施工步距满足相关规定及要求，保证掌子面施工的连续性。

④仰拱初期支护及时封闭成全环后，避免了下台阶拱架拱脚长期被水浸泡及多次爆破开挖损坏拱架拱脚连接板及基岩的安全质量隐患。

⑤最大限度的加强施工组织及平行作业，同时减少仰拱单独开挖对其他工序造成的干扰，减少了循环时间，提高了施工效率[3]。解决了长期以来仰拱初期支护施工严重制约掌子面施工效率的瓶颈问题。

⑥下台阶带仰拱一次开挖，有利于底板眼外插角的精度控制，有效控制了仰拱超挖，提升了成形质量控制；

⑦下台阶两侧开挖必须错开至少2米（1个循环），杜绝造成同一榀拱架两侧拱脚同时悬空。

⑧仰拱喷射混凝土后，需要翻碴修路，初期支护混凝土强度不足，需要在初支面增加1cm钢板防护。

5 施工工效对比

按隧道斜井进洞单工作面施工 550米，因仰拱初期支护施工进度是制约全隧均衡生产的关键工序，按隧道Ⅳ级围岩平均综合进度指标为75米/月，需7.3个月即可施工完成；按以往竖井进洞，对比相邻工点施工进度，上、下台阶及仰拱分步爆破开挖支护，每天只能完成1个循环，需11个月施工完成；与地铁常规采用的施工方法相比，工期缩短约3.7个月，节约了施工固定成本投入。

6 结束语

综上所述，短台阶带仰拱一次开挖施工技术能够快速完成全环初期支护封闭，保证受力结构稳定，减少爆破开挖施工对开挖轮廓围岩的扰动次数，有利于充分利用围岩自稳能力，控制超挖，减少喷射混凝土回填。能够保证仰拱初期支护紧跟掌子面开挖施工，并为仰拱、二衬施工创造先决条件，加快隧道全工序施工进度，提高施工功效、均衡施工生产、有效缩短施工工期，降低了施工安全风险，提高了经济效益。