中铁十五局集团第五工程有限公司天津市300133
三车道大断面高速公路洞口段软弱围岩施工中，传统的施工方法有双侧壁导坑法、CD法等，特别是单向出洞的中短隧道，应用特别广泛，但这些施工方法进度慢、工效低、存在一定的局限性，如:限制了大型施工机械的使用，基本靠人工配合小药量火工品爆破开挖，工效低、速度慢，难以满足建设工期等要求；拆除临时支护时，正洞初期支护会因突然卸载而出现大的变形，特别在低埋深的洞口段存在安全风险；各分部开挖面循环衔接性差，相互干扰大，施工质量得不到充分保证；临时支护反复拆除，成本投入大等。
借鉴近几年我公司在大断面隧道施工的经验，规避传统施工方法的局限性，以加快隧道施工进度、保证隧道施工安全、提高施工质量、减少采用超前大管棚支护过程中钻孔及注浆对周围大气及水系的破坏。洞口段采取此方式出洞，减少修建场地、便道的数量，减少资源浪费，符合“零开挖理念”的要求，在由中铁十五局施工的汕湛高速惠清项目TJ6标采用了三台阶加临时仰拱法隧道出洞的工法，通过对工艺流程、施工步骤、控制要点、劳动组织、机具设备等分析，突出三车道隧道大断面洞口段软岩隧道施工的技术特点总结完善形成本工法。
一、三台阶加临时仰拱法工法特点
施工利用空间大，便于机械操作，可以多个作业面同时施工。可以统筹安排施工，工效较高；当地质条件发生变化时，可以及时转换施工工序，调整施工方法，避免窝工；软弱围岩下利用上台阶预留核心土法开挖施工，利于减小对围岩的扰动，保证开挖作业面稳定；在围岩变形较大或突变时，保证安全和满足设计要求的前提下，可尽快缩短施工时间；为初期支护工序在时间和空间上创造了条件，减少洞口临建设施的修建，避免洞口大开挖，符合“零开挖理念”的要求。
二、采用三台阶加临时仰拱工法出洞隧道的工程概况和原设计情况
长山埔2号隧道隧道穿过构造剥蚀低山地貌区，为小净距分离式隧道，左线隧道起迄里程K88+369～K88+865，长496m，进口端洞门采用削竹式，洞口设计标高250m,出口端洞门采用端墙式，洞口设计标高240m，坡度-1.7%，隧道最大埋深约84m。
隧道计划采用进口端（汕头端）单向掘进。左线Ⅲ级围岩长195m，占40.88%；Ⅳ级围岩长186m，占38.99%；Ⅴ级围岩长96m，占20.13%。其中K88+831--K88+861原设计为双侧壁导坑法，距离隧道出洞还有30米时采用三台阶加临时仰拱工法。
2.1原设计方案
ZK88+831～ZK88+861段属于Ⅴ级围岩，长度30m，洞口浅埋段，围岩主要由坡残积粉质粘土、强风化花岗岩组成，局部为中风化岩，强度低，遇水易软化崩解。原设计开挖工法为双侧壁导坑法，洞口段超前支护为ф108超长管棚，洞内超前支护ф50超前小导管加固。
三、现场调查情况
3.1洞身段施工过程地质分析
距离隧道出洞洞口还剩30米，洞内掌子面围岩主要为中风化花岗岩，围岩裂隙较发育，岩体较破碎-破碎，多呈裂隙块状～镶嵌碎裂结构，开挖面局部裂隙发育较密集或发育强风化软弱破碎夹层，雨期局部呈淋雨状-线流状出水，围岩等级V级。
3.2洞口段地质情况分析
隧道出口自然边坡较陡，植被较发育，覆盖层较薄，出露岩性为花岗岩，岩质坚硬，开挖深度内为强～中风化岩体，目前坡体整体稳定。下部中风化岩体共发育2组节理。节理与坡面呈大角度相交或为逆向坡，对边坡稳定性影响不大。未形成对边坡稳定性产生影响的结构面组合。
⑴开挖①部台阶，并及时施作初期支护，即喷4cm厚喷射混凝土，架立钢架；
⑵钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部临时仰拱设置临时钢架，喷混凝土；
⑶上台阶施工至适当距离后，开挖②部台阶，接长钢架，及时施做初期支护及临时仰拱钢架和喷射混凝土；
⑷拆除上部临时钢架和喷射混凝土，开挖③部台阶，及时封闭初期支护；
⑸浇筑IV部仰拱；
⑹浇筑V部隧底仰拱填充；
⑺根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板一次性浇筑VI部衬砌；
（1）注浆小导管采用Φ50热轧无缝钢管，壁厚5mm，管节长度4m，管口段0.5m范围内钢管不开孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径10mm，小导管注浆压力建议为0.5～1MPa，注浆过程中注浆压力应逐级缓慢提升，当地下水较大时则压注水泥-水玻璃浆液，水泥浆水灰比1:1，水泥浆与水玻璃体积比1:0.5，水玻璃浓度35波美度，注浆压力不变；
（2）注浆结束标准：
①注浆压力逐步提升，当达到设计终压（1.0MPa）并继续注浆10min以上；
②有一定的注入量，与设计的注入量大致相近，注浆结束时的进浆量一般在20~30L/min以下；
（3）隧道注浆段的注浆孔全部注完后，必须要进行注浆效果检查和评价，不合格者应补钻孔注浆，检查方法如下：
①对注浆过程中的各种记录资料综合分析，注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求；
②根据注浆前后地层声波速度的大小对比来判断浆液填充的密实程度；
③亦可以从隧道的挖掘情况直接检查注浆质量，修正注浆参数。
（4）为确保超前小导管的打设方向，可在钢架上打孔，外插角12°，使钢管从钢架腹部穿过，钢管尾部与钢架焊接，施工中必须保证注浆质量。
五、选择三台阶加临时仰拱工法理由和效益分析
5.1选择三台阶加临时仰拱工法理由
(1)经现场实际勘查，长山埔2号隧道左线出洞口位置地形为陡坎峭壁，山体整体植被茂密，单向出洞为最大程度的保护了洞口生态环境，贯彻洞口“零开挖”理念，扎实推进绿色公路示范工程建设。
(2)长山埔2号隧道左线出口场地太小，严重影响施工进度，不能满足进度要求；
(3)经验揭露长山埔2号隧道右线三台阶加临时仰拱的开挖工法单向出洞安全；
(4)通过分析监测量测数据和超前地质预报报告得出结论，掌子面围岩还是比较稳定，结合我公司多年施工经验，采用三台阶加临时仰拱的开挖工法出洞相对比较安全；
(5)综合多种因素，从技术角度考虑，在确保安全、质量的前提下，对该段的支护形式和开挖工法进行了优化。
5.2综合指标对比
（1）开挖综合进度对比
隧道开挖综合进度指标见下表。
表5-1隧道开挖综合进度指标表
经对比分析，三台阶加临时仰拱法施工进度明显优于双侧壁导坑法。
（2）安全质量对比
①双侧壁导坑法断面分块多，施工相互干扰大，且双侧壁导坑上缘尖而窄，成形、出渣及施作系统锚杆很困难；而三台阶加临时仰拱开挖法分块少，各部开挖及支护自上而下，步步成环，及时封闭，各分部封闭成环时间短，临时仰拱能有效阻止支护结构的水平收敛，减少隧道围岩变形。且三台阶法上、中、下台阶同时进行施工互不干扰，施工空间大，施作方便，系统锚杆的施工质量容易得到保证。
②三台阶临时仰拱法就是将大断面划分成自上而下三个小单元进行开挖，缩小开挖断面；采用临时仰拱就是使每个小单元及时封闭成环，形成环向受力，有效的发挥初期支护整体受力效果，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变形，阻止支护结构变形。
③双侧壁导坑法需对侧壁导坑靠核心土一侧进行临时支护，支护采用Ф22药卷锚杆（带钢垫板）、I18钢拱架和Ф50超前注浆小导管，工序多，繁杂，进度缓慢，而三台阶加临时仰拱法没有侧壁导坑，只需要临时仰拱支撑，施工速度快，工期能得到保障。
④双侧壁导坑法临时支护待监控量测证明围岩稳定后才可拆除，拆除难度大，而且对已稳定围岩进行第二次扰动，有安全隐患，而三台阶加临时仰拱法下台阶和中台阶拉开10m，下台阶对中台阶能起到核心土作用；中台阶和上台阶拉开10m，中台阶对上台阶起到核心土作用，安全上得到保证。
5.3经济效益分析
1、取消洞口洞口管棚、套拱；
2、取消30米XS-Va围岩双侧壁导坑支护；
3、变更30米洞口管棚段XS-Va围岩超前支护中的，将管棚变更为双层超前φ50mm以内注浆小导管；
4、变更30米洞口管棚段增设临时仰拱和喷射C25混凝土支护；
5、增设30米XS-Va围岩上、中台阶的φ22mm药卷锁脚锚杆。
6、合计减少造价5.21万元
长山埔2#隧道左洞洞口段变更（30米XS-Va围岩+洞口管棚、套拱）
5.4环保分析
采用三台阶加临时仰拱施工方法，施工进度明显加快，对周边围岩造成的扰动减小，更好的保证了洞口围岩稳定性。并且采用双排超前小导管支护，降低了采用超前大管棚支护过程中钻孔及注浆对周围大气及水系的破坏。洞口段采取此方式出洞，减少修建场地、便道的数量，减少资源浪费，符合“零开挖理念”的要求。
六、质量保证措施
6.1从质量的预控和动态控制上保证
(1)本工法以《公路隧道施工技术规范》《公路隧道施工技术细则》《公路工程质量检验评定标准》进行质量控制。
(2)出洞前，对总体工程进行质量策划及质量计划，对关键工序、重点及难点进行预控。做好技术交底工作，使操作人员明确施工方法、操作要点和质量标准要求。
(3)根据围岩情况，尽量采取机械配合人工的方式进行，如需爆破，施工过程中优化爆破参数，尽量减少爆破对围岩的扰动。短进尺，强支护的原则。严格控制开挖各台阶之间的距离，核心土进行标准预留，尽快加强开挖完成段的仰拱闭合、二衬施工，合理满足安全步距要求。
七、安全保证措施
7.1安全保证体系和安全制度保障措施
(1)在施工过程中严格执行《中华人民共和国安全生产法》和《安全生产条例》等相关法律法规严格按照《安全生产强制性手册》中安全管理“八严禁”和隧道施工“八不准”“隧道施工安全九条规定”的原则进行组织施工，
(2)项目建设全过程中全面推行安全生产“一岗双责”，落实安全生产责任制度，履行安全职责，加强班组安全标准化管理，创建“零事故班组”，创建“六个工程”之“平安工程”。
(3)在洞口施工前，应先清理洞口上方及侧方可能滑塌的岩堆体、危岩体等，增加主洞防护网，确保洞口施工安全。
(4)进行班前安全教育，出洞段软弱围岩段，安排专职安全员和隧道工程师对开挖前、开挖后、洞内、洞外的情况进行检查，结合超前地质预报和监控量测数据进行分析，
(5)开挖支护管理。必须强化施工工序和现场管理，确保支护到位，严禁支护滞后和安全步距超标。
(6)地质超前预报。预报工作要与隧道施工进度相结合，并贯穿施工的全过程，做到全程预报。
(7)监控量测。根据设计方案做好施工过程的监控量测，及时掌握围岩动态，确保施工安全。监控量测数据超标立即停工撤人，严禁冒险施工作业。