1、工程概况
明垭子隧道位于陕西省石泉县城关镇至曾溪乡，分左右双洞，洞室间距约40m。我标段左线进口桩号ZK211+780，出口桩号ZK214+255；右线进口桩号YK211+815，出口桩号YK214+310。左线隧道长2475m，右线隧道长2495m，均属特长隧道，最大埋深320m，开挖中揭露围岩为强风化碳质板岩夹灰岩，节理裂隙发育，裂隙水较丰富，明垭子隧道存在偏压，开挖后短时间内发生较大的变形，初期支护型钢发生扭曲、弯折。喷射混凝土出现大面积开裂、剥落、掉块，局部联结板处断裂，部分初期支护侵入二衬限界，离掌子面后30米变形收敛开始加剧。隧道变形给隧道施工带来极大的安全隐患，严重影响隧道施工进度，如何解决隧道变形加快隧道施工进度是本项目的重点及难点。
2、原施工方案
进洞200米采用常规的两台阶施工，上、下台阶以起拱线分界，上下台阶相距40-50米，仰拱距下台阶10米左右。
3、三台阶施工方法及施工工艺
3.1总体施工方法
3.1.1采用三台阶开挖，围岩软弱地段上台阶留核心土施工。 3.1.2一衬仰拱采用I20a工字钢、C20喷射砼封闭成环。
3.1.3一衬仰拱、二衬仰拱、仰拱填充利用仰拱桥分段顺序施工。每段施工长度5米，与掌子面保持37米距离。
3.1.4小边墙分段施工，每段长度5米，与掌子面保持45米距离。 3.1.5土工布防水板采用6米长防水板台车施工，与掌子面保持51米距离。 3.1.6二衬钢筋采用6米长钢筋台车施工，与掌子面保持57米距离。 3.1.7二衬采用9米长衬砌台车施工，与掌子面保持66米距离。 具体布置见附页“明垭子隧道施工示意图”。 3.2主要施工技术及工艺
三台阶施工采用三台阶同步开挖，围岩软弱破碎时上台阶预留核心土，中、
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下台阶左右侧错开2米开挖，及时施工仰拱和填充。
每循环进尺控制在1m～1.5m以内。
支护参数：Ф50×5小导管超前支护，I20a钢支撑、Ф22锚杆及C20喷射砼初期支护。
施工过程中，严格执行“管超前、严注浆、强支护、勤量测、早封闭、弱爆破”十八字方针。
3.2.1台阶设置
（1）上台阶。开挖高度为3.5m。台阶长度左侧长5米，右侧长7米。围岩软弱破碎时预留核心土（核心土高度为1.75m，上口宽为3.8m）。
（2）中台阶。高度3.09m。开挖滞后上台阶5m，两侧同时开挖。每次开挖进尺与上台阶相同，开挖时左右侧错开2m。
（3）下台阶。高度2.64m。开挖滞后中台阶5m，两侧同时开挖。每次开挖进尺与中台阶相同，开挖时左右侧错开2m。
图1 三台阶布置示意图
3.2.2标准施工作业程序
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（1）上台阶开挖
在拱部超前支护施工后，沿隧道开挖轮廓线环向开挖上台阶。开挖进尺控制在每循环2～3榀钢拱架。开挖后立即初喷3～5cm混凝土封闭，并架设I20a钢架。按照设计要求施作锁脚锚杆和系统锚杆，喷射C20混凝土。 （2）中台阶开挖
开挖进尺控制在每循环2～3榀钢拱架，开挖后立即初喷3～5cm混凝土封闭，并架设钢拱架，按照设计要求施作锁脚锚杆，喷射C20混凝土。 （3）下台阶开挖
开挖进尺控制在每循环2～3榀钢拱架。开挖后立即初喷3～5cm混凝土封闭，并架设钢拱架，按照设计要求施作锁脚锚杆，喷射C20混凝土。 （4）隧道仰拱开挖
围岩较好时，仰拱与下台阶同时开挖；围岩软弱破碎时，仰拱单独开挖。仰拱按每循环5m组织施工。采用人工配合机械开挖，人工清底，并及时施工仰拱衬砌和填充。
3.3初期支护施工
钢拱架提前按照设计要求和开挖台阶高度分段现场加工成型，依据掌子面围岩地质情况确定每次安装钢拱架的榀数。按照设计要求施工锁脚锚杆，严格按照标准焊接牢固，固定钢拱架后迅速喷射混凝土，完成初期支护施工。
3.4仰拱、填充施工
采用挖掘机开挖、人工配合清底迅速开挖仰拱到位，结束后立即进行仰拱型钢钢架安装，喷射C20混凝土，使仰拱和初期支护封闭成环共同受力。之后绑扎钢筋，浇筑C25混凝土施工二衬仰拱，然后施工仰拱填充。
3.5衬砌混凝土施工
隧道采用整体式移动模板台车进行洞身混凝土的浇筑，混凝土采用集中拌制、罐车运输、泵送入模，采用附着式振捣器和插入式振捣器联合振捣，并洒水养护。
3.6施工监测控制
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量测紧跟隧道开挖和支护作业进行布点和检测，量测数据采用工程类比法及时进行分析总结。并根据检测结果调整支护参数和开挖循环进尺，保证施工安全。 （1）量测项目
监控量测项目见下表1。
表1 隧道监控量测项目表
序号 1 2 3 监控量测项目 洞内、外观察 初期支护水平收敛 初期支护拱顶下沉 量测方法和手段 现场观察、地质罗盘仪 水平收敛仪 精密水准仪 量测精度（mm） 备注 0.1 0.1 （2）测点布置
隧道监控量测测点布设见下图2。
隧道断面
拱顶观测点A测量基线测量点布设说明 1、在上部弧形导坑开挖并初期支护完成后，布设拱顶下沉观测点A和第一条净空线B-B'。 2、中台阶开挖并施作上部拱墙初期支护后，布设第二条净空测量基线C-C'。 3、下台阶开挖并施作下部拱墙初期支护后，布设第三条净空测量基线D-D'。 4、所有初读数均在开挖后12h内取得。 5、测点埋设元件必须伸入围岩40cm。
隧道中心线CDBB'C'D'
（3）量测数据分析
各个量测点取得初始读数后，依据掌子面围岩情况，根据位移速度和量测断面与开挖工作面的距离确定观测频率，当量测数据突变时，加大量测频率。经过多个断面围岩量测，将量测数据进行汇总、分析和整理。一般情况下初期支护极限相对位移如下：拱顶相对下沉最大值0.4%（拱顶下沉值减去隧道下沉值与原拱顶与隧底高度之比），拱脚水平相对净空变化最大值0.8%（拱脚测点间水平净空变化值与其距离之比）。参照《公路隧道监控量测技术规范》的要求，指导和
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控制施工过程中的每个阶段。经过大量的施工监控量测数据的离散性和回归分析，能够反映施工各个阶段围岩的稳定状态情况。施工各个阶段的位移和时间变化曲线见下图3。
位
移下台阶开挖施工初期支护仰拱开挖仰拱闭合正常曲线中台阶开挖施工初期支护图3 施工各个阶段的位移和时间变化曲线
3.7洞内排水设施
时间洞内外的排水对于隧道围岩的稳定性影响极大，由于明垭子隧道左右洞均为反坡施工，施工前必须做好洞内外的排水系统。洞内开挖时，可根据洞内水量情况采用集水坑抽排措施确保洞内围岩稳定。在下台阶适当位置挖一2×1×1.5m集水坑，开挖面渗水通过两侧水沟汇入集水坑，边沟距离边墙距离1米左右，防止流水浸泡边墙脚软化围岩，然后通过Ф150钢管排出洞外。
4、三台阶快速施工机械配套技术
1、人员配置
开 挖 班 34人（13台风钻） 立 架 班 30人 喷 浆 班 40人 运 输 班 18人
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搅 拌 站 12人 钢筋加工班 10人 仰拱及二衬班 45人 其 它 10人 合 计 199人 2、施工主要施工机械设备配置见下表2
表2 施工主要机械设备配备表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 机械名称 挖掘机 装载机 自卸汽车 混凝土喷浆机 风动凿岩机 风镐 混凝土罐车 电焊机 规格型号 PC300 ZL865 20T KPS-II 6.0m3/h YT－28 G10 6m3 BX1-500 500A 单 位 台 台 台 台 台 把 台 台 数量 1 2 6 5 15 4 10 4 备注 1台备用 2台备用
5、现场施工管理
5.1点炮。挖掘机、装载机、汽车同时在洞口等待。
5.2点炮后，电工开通风机通风排烟（综合班要将风筒尽可能移至掌子面）；挖掘机立即开往掌子面，领工员通知立架班开始上班。
5.3挖掘机到达掌子面后，在上台阶扒碴。
5.4上台阶碴子扒完后，挖掘机转入中台阶扒碴，立架班立即拼装临时台架，同时将型钢钢架从掌子面后部转移至上台阶。临时台架拼装完后，上台阶立架；上台阶测量采用激光导向仪（激光导向仪安装之前，技术员利用前一榀钢架初步定位，再用仪器复核）。挖掘机在上台阶、中台阶扒碴时、装载机在下台阶配合出碴；工人将风水管路拉至上台阶。
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5.5上台阶钢架立完后，开始加固钢架、施作锁脚锚杆、系统锚杆，最后施工超前小导管；
5.6中台阶碴扒完后，两台装载机出碴，中台阶开始立架（技术员在后面架设仪器检查，并复核上台阶钢架），搅拌站开始打喷浆料。
5.7装载机出完碴后，挖掘机清底，一台装载机退出，一台装载机在附近等待。
5.8挖机清底后，装载机将四台喷浆机安放到位。挖机清底时，喷浆料的汽车必须在掌子面等候。
5.9超前小导管施工完后，上台阶喷浆，中台阶、下台阶钢架立好后，喷浆班喷浆。
5.10最后一车喷浆料到位后，装载机在掌子面等待。中台阶、下台阶开挖班工人将风水管路接到开挖面附近。
5.11喷完浆后，装载机将喷浆机转移至后面，掌子面打钻。
5.12掌子面开始打钻时，开挖班安排工人到炸药库领炸药。如果围岩非常软弱，上台阶只是局部处理，中下台阶用挖机开挖，领炸药的时间还要提前。
5.13掌子面炮眼打完后，开始装药、联线。开挖班同时将上台阶临时钢架拆除，同时将风水管路转移至掌子面后部。
5.14点炮
6、质量保证措施
1、钢架加工后必须进行试拼，连接板位置准确，垂直度满足要求。现场安装钢拱时拱脚必须置于稳固基底上，必要时用混凝土块做衬垫。
2、锚杆长度、角度必须符合设计要求。锁脚锚杆必须弯制90°弯头，严禁现场烧焊弯头；系统锚杆除允许加工弯头（不超过总数的50%）外的必须用锚垫板密贴岩面，并与钢架焊接。所有锚杆孔内必须满塞锚固剂。
3、钢筋网纵横向搭接宽度必须满足1～2个孔眼的要求，并且焊接牢固；铺设钢筋网要求紧贴岩面。
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4、钢架下必须垫木板，增大承载面积，防止拱架下沉。
5、喷完浆后，回弹料及时用风镐凿除，严禁用挖掘机挖除，避免挖掘机机造成型钢钢架变形。
6、严格控制超挖，及时调整爆破参数，确保开挖掌子面圆顺，减小围岩的剪切效应，并缩短喷浆时间。
7、安全保证措施
7.1.1施工前对全体作业人员进行培训，增强施工人员安全意识； 7.1.2施工时必须选用经检验合格的料具，防止机械事故的发生； 7.1.3施工作业平台必须搭设牢固，平整；
7.1.4注浆作业人员必须按要求配带防护用品，不得直接接触浆液； 7.1.5施工的各班组间，应建立完善的交接班制度，并将施工、安全等情况记载于交接班的记录簿内。工地值班负责人应认真检查交接班情况；
7.1.6所有进入隧道工地的人员，必须按规定配带安全帽等安全防护用品，遵章守纪，现场有专人指挥；
7.1.7与施工无关人员严禁入场；
7.1.8在钻孔作业中，要采取措施防止孔口喷水突泥，如有发生应及时处理； 7.1.9严格控制开挖进尺，每循环开挖进尺不能超过1.5m（开挖进尺为最后一榀钢架到炮眼眼底的距离），防止塌方；
7.1.10爆破后及时撬帮、找顶，对有垮帮、掉块迹象的要及时清理； 7.1.11架立钢架时，防止倾覆伤人。
7.1.12加强超前地质预报工作，及时调整开挖进尺；
7.1.13加强量测及断面测量，及时反馈隧道变形情况和调整支护参数。
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明垭子隧道施工示意图
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