[0001] 本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种基于长大锁脚锚管技术的炭质千枚岩大变形隧道施工工法。

[0002] 西部地区山岭众多，地质情况复杂，隧道穿越炭质千枚岩地层时，由于围岩强度较低、节理发育、岩体破碎、岩质软弱、易风化软化，对施工的扰动反应十分敏感，极易在隧道施工中出现大变形等工程问题。如果不能及时、有效的控制变形的发展，将可能出现围岩大变形、初期支护结构开裂、结构尺寸侵限等工程质量问题，甚至发生“关门”、坍塌等安全事故，严重危害隧道工程的安全和质量。因此，选择合理的施工工法，有效控制炭质千枚岩隧道施工过程中的大变形是实现炭质千枚岩大变形隧道安全、快速、经济建设的关键。

[0003] 在千枚岩隧道工程中，三台阶加预留核心土的开挖方法以快速、灵活、稳定性较好等特点被广泛应用。在支护方案上，预应力锚索、多层拱架、长锁脚锚管、临时仰拱等超常规加强支护措施不断被应用。但针对炭质千枚岩大变形隧道，需兼顾变形控制效果和经济效益，故开挖方法的选择，开挖进度的控制，加强支护措施的选取及多种加强支护措施之间的组合，支护结构施作时机的确定等等都是炭质千枚岩大变形隧道施工工法中亟待解决的关键问题。

[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作的原理和特征等做进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明保护范围的限定。

[0034] 本说明书中使用了流程图或文字来说明根据本申请的实施例所执行的操作步骤。应当理解的是，本申请实施例中的操作步骤不一定按照记载顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

[0035] 1.前言

[0036] 西部地区山岭众多，地质情况复杂，隧道穿越炭质千枚岩地层时，由于围岩强度较低、节理发育、岩体破碎、岩质软弱、易风化软化，对施工的扰动反应十分敏感，极易在隧道施工中出现大变形等工程问题。如果不能及时、有效的控制变形的发展，将可能出现围岩大变形、初期支护结构开裂、结构尺寸侵限等工程质量问题，甚至发生“关门”、坍塌等安全事故，严重危害隧道工程的安全和质量。因此，选择合理的施工工法，有效控制炭质千枚岩隧道施工过程中的大变形是实现炭质千枚岩大变形隧道安全、快速、经济建设的关键。

[0037] 在千枚岩隧道工程中，三台阶加预留核心土的开挖方法以快速、灵活、稳定性较好等特点被广泛应用。在支护方案上，预应力锚索、多层拱架、长锁脚锚管、临时仰拱等超常规加强支护措施不断被应用。但针对炭质千枚岩大变形隧道，需兼顾变形控制效果和经济效益，故开挖方法的选择，开挖进度的控制，加强支护措施的选取及多种加强支护措施之间的组合，支护结构施作时机的确定等等都是炭质千枚岩大变形隧道施工工法中亟待解决的关键问题。本工法基于隧道围岩监控量测及断面扫描进行隧道变形分析，以制定隧道施工方案，并实现动态调整，可合理有效地控制炭质千枚岩隧道的变形，同时具有较高的经济效益。

[0038] 2.工法特点

[0039] 2.1应用关键部位的变形监测数据和高频的断面扫描数据，对隧道的变形和稳定性进行分析。依据隧道变形情况、稳定性状态及当前施工阶段，来指导具体的施工措施，具有多次联合支护的特征。

[0040] 2.2采用三台阶预留核心土的开挖方法，挖掘机开挖，严格控制台阶长度和台阶高度。上台阶长度控制为5‑10m，中台阶控制在10‑20m。降低中台阶开挖高度，控制为4m左右。

[0041] 2.3针对各阶段变形特征，制定多层次的支护方案，同时为支护措施提供足够的预留变形量空间。掌子面变形控制措施主要有：超前小导管注浆、预留核心土、掌子面喷射混凝土等；掌子面后方变形控制措施主要有：I20型钢、I22型钢、HW175型钢，多层拱架；拱脚变形控制支护措施：4.5m长φ50锁脚锚管、钢板及槽钢托梁支垫、型钢纵向拱架连接、6m长φ89大锁脚锚管、临时仰拱。预留变形量取60～100cm。

[0042] 2.4结合监控量测数据，在围岩的变形趋于稳定后进行下一阶段的开挖。具体为：上台阶开挖后，在上台阶的每侧拱脚处安装2根4.5m长φ50锁脚锚管，架设拱架并喷射混凝土，对围岩的变形进行持续监测。当拱顶下沉或上台阶的周边收敛连续3天小于5mm/d时，认为围岩基本稳定，可开挖中台阶；当中台阶开挖后，在中台阶的每侧拱脚处安装2根4.5m长φ50锁脚锚管，架设拱架并喷射混凝土，对围岩的变形进行持续监测，当拱顶下沉或中台阶周边收敛连续3天小于3mm/d时，认为围岩基本稳定，可开挖下台阶；下台阶开挖后，及时喷射混凝土、架设钢拱架，封闭支护结构，缩短仰拱跟进时机。

[0043] 2.5结合监控量测数据，当围岩变形速率较快时，加强隧道的支护结构。具体为：

[0044] 2.5.1上台阶施工。上台阶开挖后，及时喷射混凝土封闭围岩，在上台阶的每侧拱脚处安装2根4.5mφ50锁脚锚管，架设拱架并喷射混凝土，对围岩的变形进行持续监测。当拱顶下沉或上台阶的周边收敛连续3天小于5mm/d时，可开挖中台阶；当拱顶下沉或上台阶周边收敛10天后变形速率大于5mm/d小于10mm/d，需在上台阶补喷混凝土，之后开挖中台阶。当拱顶下沉或上台阶周边收敛10天后变形速率仍大于10mm/d，需加强上台阶的支护，补喷混凝土，在上台阶每侧拱脚处增设2根4.5m长φ50锁脚锚管，之后开挖中台阶，在中台阶开挖后直接架设双层拱架，防止围岩继续发生大变形。

[0045] 2.5.2中台阶施工。中台阶开挖后，及时喷射混凝土封闭围岩，在中台阶的每侧拱脚处安装2根4.5mφ50锁脚锚管，架设拱架并喷射混凝土，若上台阶已达到需要设置双层拱架的条件则直接对上台阶、中台阶整体施做第二道拱架，若上台阶变形较稳定未达到施做双层拱架的标准则对围岩变形持续进行监测。当拱顶下沉或中台阶的周边收敛连续3天小于3mm/d时，可开挖下台阶；当拱顶下沉或中台阶周边收敛10天后变形速率大于3mm/d小于8mm/d，需加强中台阶的支护，补喷混凝土，并在中台阶每侧拱脚处增设1根6m长φ89锁脚锚管，之后可开挖下台阶；当拱顶下沉或中台阶周边收敛10天后变形速率仍大于8mm/d，需加强中台阶的支护，补喷混凝土，在中台阶每侧拱脚处增设1根6m长φ89锁脚锚管，同时在上台阶、中台阶整体加设双层拱架，并架设临时仰拱封闭支护结构，之后可开挖下台阶，临时仰拱在下台阶开挖至相应位置时拆除。

[0046] 2.5.3下台阶施工。下台阶开挖后，及时喷射混凝土，架设钢拱架，封闭初期支护，并及时跟进仰拱。

[0047] 3.适用范围

[0048] 本工法适用于炭质千枚岩、泥岩、页岩等软弱、破碎、强风化围岩隧道施工。

[0049] 4.工艺原理

[0050] 4.1炭质千枚岩隧道围岩大变形机理。炭质千枚岩隧道发生大变形的原因主要是岩体强度低、岩质软、结构破碎，隧道开挖后，围岩应力状态发生改变，导致围岩产生大变形。控制炭质千枚岩隧道围岩变形主要途径有两类，一类是保护和改善围岩力学性能，如在隧道开挖前进行超前小导管注浆，改善掌子面前方的围岩力学性能，开挖后及时喷射混凝土封闭掌子面，阻止围岩进一步被风化等；另一类是为围岩提供足够的支护力，如加厚喷射混凝土层厚度、架设双层拱架，增设锁脚锚管等，阻止围岩发生大变形。另外在变形控制过程中，应使支护结构尽快闭合，以达到最好的支护效果。

[0051] 4.2变形监测分析与施工工法的选择。在隧道开挖过程中，实时分析围岩变形的监测数据。若围岩变形速率超过规定的标准范围，需对支护措施进行调整和改进，使其能满足控制围岩变形的要求。具体监测标准为：上台阶开挖后，拱顶下沉或上台阶的周边收敛连续10天后仍大于5mm/d，需要对支护结构进行调整和改进，仍大于10mm/d需要设置第二道拱架。中台阶开挖后，拱顶下沉或中台阶周边收敛连续10天仍大于3mm/d时，需要对支护结构进行调整和改进，仍大于8mm/d需要设置第二道拱架。

[0052] 4.3三台阶预留核心土机械开挖方法原理。预留核心土可对掌子面前方围岩提供支撑作用，同时减少施工对掌子面前方围岩造成的扰动，保护掌子面前方围岩的完整性；机械式开挖减少了对围岩的扰动，防止围岩裂隙进一步发育而导致的施工病害；短台阶和三台阶开挖，减少了掌子面围岩的暴露情况，加快了每一循环的支护速度，使支护结构能够尽快闭合，从而达到最佳支护效果；降低中台阶开挖高度，能够减少中台阶开挖过程对围岩的扰动，及时与上台阶的支护连接，共同支护，减少围岩变形。

[0053] 4.4支护结构的支护原理。隧道采用三台阶预留核心土法施工，其开挖及支护结构具有明显的阶段性特征。

[0054] 4.4.1超前支护。为了保证上台阶的顺利开挖及开挖后掌子面的稳定，常采用超前小导管注浆与喷射混凝土封闭掌子面等施工措施进行超前支护。超前小导管的作用机理为：小导管的一端连接初期支护结构，另一端锚固在前方围岩深处，形成简支梁结构，对掌子面围岩提供可靠的支护力；同时，通过小导管注浆可以使破碎岩体成为一体，形成支护拱，能有效改善围岩力学性能。喷射混凝土封闭掌子面的作用机理为：喷射混凝土封闭掌子面后，阻止围岩被风化和围岩裂隙的继续发育，防止掌子面发生滑塌等施工病害。

[0055] 4.4.2上台阶施工。在上台阶的施工过程中，为了防止掌子面及其前方围岩的变形，常见的施工措施为预留核心土开挖。预留核心土的作用机理：为掌子面前方围岩提供纵向支护力，防止了掌子面前方围岩的发生滑塌，同时为初期支护的安装提供操作空间。为了阻止围岩继续发生大变形，需在初期支护的拱架处焊接型钢，其主要目的时为了增加初期支护结构的纵向刚度，提高钢架支护能力；架设完拱架后，在拱架底部焊接钢板并使用槽钢托梁，旨在增大初期支护结构的承载能力，提升初期支护的支护作用。

[0056] 4.4.3中台阶施工。中台阶的施工过程中，为了防止围岩发生大变形，常安装锁脚锚管、架设临时仰拱与双层拱架。锁脚锚管是为拱脚提供锚固作用，为拱架分担拱脚处的荷载，提高支护承载力，加长管长和增大管径均能加强锚固作用，增强支护作用；架设多层拱架的作用在于整体增大的初期结构的支护刚度，使在变形量相同的情况下，提供更大的支护阻力；架设临时仰拱可以使拱形的初期支护结构尽早封闭成环，提高了初期支护结构的支护性能。

[0057] 4.4.4下台阶施工。下台阶施工中，及时安装拱架，使支护封闭成环，提高支护结构的支护阻力，阻止围岩发生大变形。

[0058] 5.施工工艺流程及操作要点

[0059] 5.1施工工艺流程

[0060] 见图1炭质千枚岩大变形隧道开挖施工流程，基于长大锁脚锚管技术的炭质千枚岩大变形隧道施工工法，开挖施工工艺流程如下：

[0061] (1)观察掌子面岩性及稳定性，判断掌子面是否能够自稳；

[0062] (2)是，则采用4.5mφ50超前小导管对拱部120°注浆；否，则采用4.5mφ50超前小导管对拱部180°注浆；

[0063] (3)上台阶开挖；

[0064] (4)喷射砼、上台阶每侧拱脚处安装2根4.5m长φ50锁脚锚管、架设拱架；

[0065] (5)埋设观测点，持续观测围岩变形，进行围岩变形速率v分析；

[0066] (6)若v＜5mm/d，则中台阶开挖；若5mm/d＜v＜10mm/d，则先喷射混凝土，再中台阶开挖；若v＞10mm/d，则先喷射混凝土，并加设4.5m长φ50锁脚锚杆，再中台阶开挖；

[0067] (7)喷射砼、中台阶每侧拱脚处安装2根4.5m长φ50锁脚锚管、架设拱架；

[0068] (8)埋设观测点，持续观测围岩变形，进行围岩变形速率v分析；

[0069] (9)若v＜3mm/d，则下台阶开挖、施作仰拱；若3mm/d＜v＜8mm/d，则先喷射混凝土，并加设6m长φ89锁脚锚杆，再下台阶开挖、施作仰拱；若v＞8mm/d，则先喷射混凝土，并加设6m长φ89锁脚锚杆、增设双层拱架、架设临时仰拱，再下台阶开挖、施作仰拱；

[0070] (10)二衬施作。

[0071] 5.2操作要点

[0072] 5.2.1施工步骤

[0073] 对岩体破碎、风化程度高的大变形软岩隧道，进行“短进尺，强支护，快封闭”的施工方法，减少对围岩的扰动。开挖断面如图2(未发生大变形的隧道开挖横断面图)、图3(发生大变形的隧道开挖横断面图)所示。

[0074] 在隧道施工前，首先确定每级台阶的高度：上台阶需考虑简易排架施工所需空间、挖掘机正常作业的空间以及湿喷机械手达到最佳作业效率的施作空间，结合隧道开挖轮廓面的高度台阶高度确定为3.5m；中台阶需要考虑人工施钻，立拱架操作方便，台阶高度不宜过高，中台阶控制在4.0m；下台阶为设计高程基准线以下(包含仰拱)部分，高度3.5m。然后确定各级台阶的长度：综合考虑施工作业空间，机械爬挖效率，湿喷机械手停放位置及臂长等因素，上台阶长度控制在5‑10m，中台阶控制在10‑20m。具体施工步骤如下：

[0075] (1)超前支护：对已开挖的掌子面进行观测，观测掌子面的岩性、风化程度、层理厚度以及掌子面是否发生滑塌和溜渣。

[0076] 若掌子面围岩的岩性较好，风化程度不高且能够自稳，对隧道拱部120°范围内进行4m‑4.5m长Φ50超前小导管注浆，超前小导管搭接1m‑2m。若掌子面围岩的岩性较差、风化程度高、发生溜渣，对隧道拱部180°范围内进行4m‑4.5m长Φ50加密超前小导管注浆，在开挖过程中适当加大隧道开挖的预留量，开挖后立即喷射混凝土封闭掌子面。

[0077] (2)上台阶施工：在上台阶开挖后，喷射混凝土封闭围岩，在上台阶的每侧拱脚处安装2根4.5m长φ50锁脚锚管，架设拱架，喷射混凝土至设计厚度，埋设监测点，对拱顶下沉与上台阶周边收敛进行持续监测。

[0078] 当拱顶下沉或上台阶的周边收敛连续3天小于5mm/d时，可继续开挖中台阶，无需加强支护；当拱顶下沉或上台阶周边收敛10天后变形速率大于5mm/d小于10mm/d，需在上台阶补喷混凝土，之后开挖中台阶。当拱顶下沉或上台阶周边收敛10天后变形速率仍大于10mm/d，需加强上台阶的支护，补喷混凝土，在上台阶每侧拱脚处增设2根4.5m长φ50锁脚锚管，之后开挖中台阶，在中台阶开挖后需直接架设双层拱架。

[0079] (3)中台阶施工：在中台阶开挖后，喷射混凝土封闭围岩，在中台阶的每侧拱脚处安装2根4.5m长φ50锁脚锚管，架设拱架，若上台阶已达到需要设置双层拱架的条件则直接对上台阶、中台阶整体施做第二道拱架，若上台阶变形较稳定未达到施做双层拱架的标准，则喷射混凝土至设计厚度，埋设监测点，对拱顶下沉与中台阶周边收敛进行持续监测。

[0080] 当拱顶下沉或中台阶的周边收敛连续3天小于3mm/d时，可继续开挖下台阶，无需加强支护；当拱顶下沉或中台阶周边收敛10天后变形速率大于3mm/d小于8mm/d，需在中台阶补喷混凝土，在中台阶每侧拱脚处增设1根6mφ89锁脚锚管，之后开挖下台阶。当拱顶下沉或中台阶周边收敛10天后变形速率大于8mm/d，需加强中台阶的支护，补喷混凝土，在中台阶每侧拱脚处增设1根6mφ89锁脚锚管，增设双层拱架，并架设临时仰拱，封闭支护结构，复喷混凝土，之后开挖下台阶。

[0081] (4)下台阶施工：下台阶开挖后，及时喷射混凝土，架设钢拱架，封闭初期支护，并及时跟进仰拱。

[0082] 5.2.2施工注意事项

[0083] (1)当监控量测出围岩的变形速率较大时，应根据监测数据，及时选取相应的支护方式，防止初期支护出现破坏。

[0084] (2)要认真加固拱脚、施作锁脚锚管，若拱脚处围岩软弱破碎时，可采取必要的措施，如：注浆加固、增大锁脚锚管直径。扩大拱脚、增加垫板等，确定钢拱架的稳定。

[0085] (3)在初期支护基本稳定的条件下，清除锚杆及钢筋露头，补喷混凝土使其表面平整圆顺，然后铺设防水板，最后全断面模筑C30混凝土。

[0086] (4)隧道开挖后初期支护应及时施做并封闭成环，围岩封闭位置距离掌子面不大于30m，二次衬砌距离掌子面不大于60m。

[0087] 5.2.3监控量测

[0088] 如图4拱顶下沉及周边收敛量测点布置图所示，周边收敛位移量测是隧道施工监控量测的重要项目，收敛值是最基本的量测数据，必须量测准确，计算无误；相对收敛值指实测收敛量与两测点之间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比；周边收敛位移量测应持续到变形基本稳定后2～3周结束；一般情况下，周边收敛位移测点距开挖工作面应小于2m，测点埋设后，立即进行监控量测，应在下次开挖前进行监测满足三天；第一次量测的初读数是关键性数据，应反复测读，当连续量测3次的误差R≤0.18mm时(R根据收敛计而异)，才能最终确定为初读数；拱顶下沉量测断面间距、量测频率、初读数的测取等同收敛量测；拱顶下沉观测基准点应设在距离观测点3倍洞径以外的稳定点处；拱顶下沉量测断面每个断面布置1～3个测点，测点设在拱顶中心或其附近；拱顶下沉量测精度为±0.001mm，量测时间应延续到拱顶下沉稳定后；对量测数据进行分析处理，进行施工管理。

[0089] 监控量测必测内容及方法见表1。

[0090] 表1监控量测必测内容及方法

[0091]

[0092]

[0093] 6.材料与设备

[0094] 6.1建筑材料

[0095] 6.1.1初期支护

[0096] 喷射混凝土：采用C25早强混凝土。

[0097] 锚杆：系统锚杆全部采用HRB400Φ22螺纹钢筋药卷锚杆，为达到更好的锚固效果，所有锚杆必须设置垫板及螺栓。普通药卷锚杆单根母体抗拉断力应不小于150KN。

[0098] 钢拱架：HW175型钢架(临时竖撑)、I22b型钢架、I20b型钢架。

[0099] 6.1.2二次模筑衬砌

[0100] (1)拱部、边墙：采用C30防水混凝土，防水混凝土的抗渗等级≥P6，仰拱采用C30混凝土。

[0101] (2)仰拱回填：C15素石混凝土。

[0102] (3)超挖回填：洞身拱部、边墙、仰拱超挖部分均应采用C30混凝土回填。

[0103] 6.1.3沟槽身及盖板

[0104] (1)沟槽身：C30混凝土；

[0105] (2)沟槽盖板：C30混凝土盖板。

[0106] 6.1.4防水层

[0107] 防水层为EVA防水板+无纺土工布，EVA板厚1.2毫米(不包括无纺土工布)。

[0108] 6.1.5路面

[0109] 路面为弯拉强度5MPa的水泥混凝土面层。

[0110] 6.2主要机具设备

[0111] 主要机具设备见表2。

[0112] 表2主要机具设备统计表

[0113]序号 机具设备名称 规格型号 单位 数量 备注
1 侧式装载机 LG853B 辆 2 防爆性能
2 破碎锤 KWS1400 辆 1 防爆性能
3 挖掘机 PC200 辆 2 防爆性能
4 自卸汽车 16T 辆 4 隔爆性能
5 风动凿岩机 YT‑28 台 7  
6 拌和站 HZS60+750 套 1 套
7 湿喷机 TK500 台 2 防爆性能
8 防爆双液注浆泵 FBY‑50/70 台 2 防爆性能
9 钢模台车 12m 台 2 防爆性能
10 电焊机 AKH‑315C/D 台 16 防爆性能
11 钢筋弯曲机 GW40      
12 钢筋切断机 GQ40      
13 钢筋调直机 GT4‑14      
14 型钢弯曲机        
3
15 空压机 20m 台 6  
3
16 高压水泵 150m/h 台 1  

[0114] 7.质量控制

[0115] 7.1工程质量控制标准

[0116] 7.1.1洞身开挖

[0117] 施工中严格控制超欠挖，拱脚、墙角以上1m范围内断面严禁欠挖，平均超挖值按以下公式计算：

[0118] 平均超挖值＝超挖面积/设计开挖断面周长(不包含隧底)；

[0119] 平均和最大超挖值见表3。

[0120] 表3平均和最大超挖值(mm)

[0121]

[0122]

[0123] 以上最大超挖值指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离。

[0124] 开挖轮廓严格按照设计要求预留变形量，预留变形量大小根据现场监控量测信息进行调整；超挖部分必须回填密实。

[0125] 7.1.2临时支护

[0126] 临时仰拱采用与初期支护钢架同等规格的型钢，严格按照设计尺寸进行加工。

[0127] 临时竖撑支立时，顶部与拱顶顶紧，底部通过型钢或钢板、木楔等进行支垫，接触面接触要紧密，确保竖撑最大限度发挥其支撑作用。

[0128] 按照相关要求严格控制地撑与初支钢架焊接质量；回填土要满足设计厚度，地撑覆盖层厚度1m。

[0129] 7.2质量保证措施

[0130] 7.2.1施工前对测量仪器进行送检，技术监督部门检测合格后方能使用。

[0131] 7.2.2施工前对平面控制网及水准高程控制网按照技术规范要求进行复测、加密。

[0132] 7.2.3开工前，对工程设计意图、围岩地质特性以及主要施工方法进行技术交底，使施工、管理人员在熟知施工要求的情况下进行具体施工。

[0133] 7.2.4按照设计尺寸准确放样，严格控制超欠挖。

[0134] 7.2.5做好自检工作，对放样结果进行反复验证，确认无误后严格执行报检程序，检测无误后方能进行开挖作业。

[0135] 7.2.6严格按照放样结果进行开挖，对于机械无法开挖到位的地方采用人工凿除，严格控制超欠挖。

[0136] 7.2.7及时进行断面检测，发现问题及时处理。

[0137] 7.2.8加强施工过程控制，严格按照已批准的施工方案、方法、工艺技术参数和指标进行严密的监督控制。

[0138] 8.安全措施

[0139] 炭质千枚岩隧道开挖施工中，除应严格遵照隧道或地下工程相关技术安全规范与规程外，还应重点加强以下几点安全工作：

[0140] 8.1必须按照规定设置逃生通道，严禁在安全设施不到位的情况下施工作业。

[0141] 8.2必须证照齐全，严禁无资质施工、转包、违法分包和人员不经教育培训上岗作业。

[0142] 8.3必须按照标准规范和设计要求编制专项施工方案，确保按方案组织实施，严禁擅自改变施工方法。

[0143] 8.4必须强化施工工序和现场管理，确保支(防)护到位，严禁支护滞后和安全步距超标。

[0144] 8.5必须落实超前水文地质探测预报各项规定，监控量(探)测数据超标立即停工撤人，严禁冒险施工作业。

[0145] 8.6必须对有毒有害气体进行监测监控，加强通风管理，严禁浓度超标施工作业。

[0146] 8.7必须严格控制现场作业人数，掘进作业面应实施机械化作业，严禁超员组织施工作业。

[0147] 8.8必须按照规定严格民用爆炸物品管理，严禁在施工现场违规运输、存放和使用民用爆炸物品。

[0148] 8.9必须按照规定制定应急预案、配备救援装备，严禁事故发生后违章指挥、冒险施救。

[0149] 9.环保措施

[0150] 9.1建立健全管理组织机构。成立以项目经理为组长，项目部各职能部门、施工区以及施工队负责人为成员的文明施工和环保管理组织机构。

[0151] 9.2加强教育宣传工作，提高全体职工的文明施工和环保意识。

[0152] 9.3制定各项规章制度，并加强检查和监督。

[0153] 9.4加强文明施工管理，合理布置施工场地，合理放置各种施工设施。

[0154] 9.5在施工区和生活区设置污水处理系统，不将有害物质和未经处理的施工废水直接排放。并备有临时的污水汇集沉淀设施，过滤施工、生活排水。

[0155] 9.6对施工现场道路进行硬化，并经常进行洒水降尘工作，防止扬尘对周边环境造成危害。

[0156] 10.效益分析

[0157] 本工法无论是在施工速度、施工安全、保护隧道稳定性等方面均体现出极大的优越性。

[0158] 10.1技术效益分析

[0159] 10.1.1施工速度

[0160] 本工法能够及时调整各部分的施工方法和支护方式，各台阶可以平行作业，其综合施工速度比常规三台阶法施工提高了50％以上。

[0161] 10.1.2施工安全

[0162] 本工法根据现场实际情况，采用加密超前小导管预加固围岩，与岩体固结联合，形成超前支护体系，提高围岩自身的稳定性，抑制围岩松弛变形，提高了施工安全性。

[0163] 10.1.3隧道稳定性

[0164] 隧道开挖后，根据现场监控量测及时更改施工方式与支护方式，及时更改隧道的支护方式，保持了隧道的稳定性。

[0165] 10.2经济效益分析

[0166] 本工法与常规三台阶施工法相比，避免了隧道大变形、侵限等施工病害的，大幅降低了工程量，节省了时间，具有显著的经济效益。同时改善了施工作业环境，减轻了工人劳动强度，工效高，质量好，工期比原计划提前完工，施工达到了国内软岩大变形隧道施工的先进水平。

[0167] 11.应用实例

[0168] 11.1工程概况

[0169] 由陕西路桥集团有限公司承建的安康至岚皋高速公路AL‑C04合同段谢家坡隧道位于南秦岭构造带，受地质构造作用影响，地层挤压揉皱严重、节理裂隙发育、产状紊乱，质软易变形，其中右洞YK17+470‑430、YK17+770‑724，左洞ZK17+757‑711、ZK17+450‑408等区段采用施工图设计文件中所要求的开挖方法(图5所示)，过程中出现掌子面溜渣、滑塌、钢架扭曲、支护侵限等大变形病害，项目部采取了换拱、双层钢架支护、加设临时仰拱、锁脚大钢管等施工措施，并优化了开挖和监测方案，虽然对围岩及支护的变形控制起到了较好的作用，但极大地延误了施工进度、增加了工程建设成本。

[0170] 11.2施工情况

[0171] 三台阶施工是软岩大变形隧道施工中的重要施工方法，对此，结合隧道的监控量测情况，对三台阶施工法进行改进，优化施工方法具有重要意义。

[0172] 软岩隧道的施工中，隧道的大变形与侵限是隧道工程中的重点与难点。本工法结合现场观测情况，并利用隧道的现场监控量测数据，对隧道的施工方式与支护方式及时进行改进，保证了隧道施工的安全与隧道的稳定性。通过后期分析，隧道的安全性与施工速度均比常规三台阶施工方法优化，工程质量良好，得到了监理单位和建设单位的认可。

[0173] 11.3数据分析

[0174] 在安装监测点后，立即对拱顶沉降与拱腰及上台阶拱脚收敛进行监控量测，并对数据进行处理，根据实测数据指导下一阶段的施工。

[0175] 在施工期间，严格按照规范要求及频率进行监控量测，以下选取本工法施工段内K17+108断面拱顶下沉以及周边位移点的量测数据为例，具体见表4。

[0176] 表4 K17+108断面监控量测数据

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[0179] 由观测结果可知，该断面在上台阶施工后，拱顶的沉降速率在10天后仍大于10mm/d，根据施工工法，补喷混凝土后，加设锁脚锚管，拱顶沉降明显减小，且趋于稳定；开挖中台阶后，常规初期支护施做完毕后，增设锁脚锚杆，对上台阶、中台阶整体架设第二道拱架，并加设临时仰拱；变形趋于稳定后开挖下台阶，在开挖下台阶、拆除临时仰拱时，围岩变形增大，仰拱施作完成后，变形稳定。

[0180] 11.4结果与评价

[0181] 通过在隧道的监控量测基础上，对三台阶施工法进行了优化，优化后的施工方法比常规的施工方法更加安全、施工速度更快，既节约了施工经费、节省了施工时间、保证了工人的施工安全，又保证了隧道的稳定性、加快了隧道完成的工期。综上所述，本工法适用于炭质千枚岩大变形隧道，值得进一步推广。

[0182] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。