什么是隧道施工的台阶法?

隧道施工就是要挖除坑道范围内的岩体,并尽量保持坑道围岩的稳定。显然,开挖是隧道施工的第一道工序,也是关键工序。在坑道的开挖过程中,围岩稳定与否,虽然主要取决于围岩本身的工程地质条件,但无疑开挖方法对围岩稳定状态有直接而重要的影响。

因此,隧道开挖的基本原则是:在保证围岩稳定或减少对围岩扰动的前提条件下,选择恰当的开挖方法和掘进方式,并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法和掘进方式时,一方面应考虑隧道围岩地质条件及其变化情况,选择能很好地适应地质条件及其变化,并能保持围岩稳定的方法和方式;另一方面应考虑坑道范围内岩体的坚硬程度,选择能快速掘进,并能减少对围岩扰动的方法和方式。

隧道施工中,开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。因此,在选择开挖方法时,应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析,采用恰当的开挖方法,尤其应与支护条件相适应。

台阶法

根据台阶长度不同,划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种,如图6-2-1所示。

施工中采用哪一种台阶法,要根据两个条件来决定:第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求,围岩越差,要求闭合时间越短;第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。对软弱围岩,主要考虑前者,以确保施工安全;对较好围岩,主要考虑如何更好地发挥机械设备的效率,保证施工中的经济效益,因此只考虑后者。

1.长台阶法

长台阶法开挖断面小,有利于维持开挖面的稳定,适用范围较全断面法广,一般适用Ⅰ~Ⅳ级围岩。在上、下两个台阶上,分别进行开挖、支护、运输、通风、排水等作业线,因此台阶长度长。但台阶长度过长,如大于100m时,则增加了支护封闭时间,同时也增加了通风排烟、排水的难度,降低了施工的综合效率。因此长台阶一般在围岩条件相对较好、工期不受控制、无大型机械化作业时选用。

图6-2-1 台阶法类型

2.短台阶法

短台阶法适用于Ⅲ~Ⅴ级围岩,台阶长度定为10~15m,即1~2倍开挖宽度,主要是考虑既要实现分台阶开挖,又要实现支护及早封闭。上台阶一般采用小药量的松动爆破,出渣采用人工或小型机械转运至下台阶。因此台阶长度又不宜过长,如果超过15m,则出渣所需的时间显得过长。

短台阶法可缩短支护闭合时间,改善初期支护的受力条件,有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大,不能全部平行作业。

3.微台阶法

微台阶法是全断面开挖的一种变异形式,适用于Ⅴ~Ⅵ级围岩,一般台阶长度为3~5m。台阶长度小于3m时,无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护作业;台阶长度大于5m时,利用爆破将石渣翻至下台阶有较大的难度,必须采用人工翻渣。微台阶法上下断面相距较近,机械设备集中,作业时相互干扰大,生产效率低,施工速度慢。

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