2、台阶法施工工艺工法

台阶法施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-SD-0102-2011

第五工程有限公司赵继平

1 前言

1.1 工艺工法概况

台阶法开挖是将隧道设计断面分成两次开挖（不包括仰拱），其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进的施工方法。台阶法开挖法是隧道施工中采用最多的开挖方法，主要适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩，同时在地质条件较差的Ⅴ级围岩也可采用台阶法开挖（Ⅴ级围岩在采取超前支护、临时仰拱等有效支撑手段且监控量测数据未发生的异常的情况下慎重使用）。台阶法施工围岩适应性强，便于挖掘机、装载机、自卸汽车等大型机械设备联合施工，施工进度快，稳定性好。

台阶法简单分为长台阶法、短台阶法、三台阶法，长台阶法上台阶长度35～50m，下台阶长度20m，整个断面分为上下两个台阶分别进行开挖、出渣、支护施工（在上台阶可使用多功能平台进行钻眼爆破和支护施工），相互干扰小，支护及时，施工进度快，月进尺可达120～150m现在较少采用；短台阶法上台阶长度为5～7m，一般适用于地质条件较差的Ⅳ～Ⅴ级围岩，上台阶洞渣需通过机械转运至下台阶，开挖及支护作业需人工搭设施工平台，上下两个台阶施工相互干扰较大，但利用及时施做仰拱封闭成环，缩短衬砌与掌子面距离，月进尺可一般为90～100m。本工法主要讲述上下短台阶法施工。

以双线铁路隧道为例，隧道设计开挖高度10.8m，开挖面积100.5m2，上台阶超前下台阶5～7m，上台阶进行钻眼过程中下台阶进行装碴及运输作业，爆破后由挖掘机将上部洞碴挖运至下台阶，上部安装钢架及打设锚杆过程中下部集中装碴运输，在装碴作业完成后施做下部两侧钢架及锚杆，上下台阶同时进行初期支护喷射砼作业，后部仰拱及衬砌紧跟开挖掌子面施工。

1.2工艺原理

将隧道设计断面分成两部开挖（不包括仰拱），其中下台阶随上台阶同步施工，同时仰拱、二次衬砌紧跟下台阶，由于下台阶距离掌子面距离较短，为后部仰拱及衬砌紧跟开挖掌子面创造了良好的空间作业环境，尤其适合于在围岩较差时初期支护及二次衬砌及时封闭成环。

2 工艺工法特点

地质条件较差时采取上下短台阶法施工，采用人工组装平台进行开挖、支护作

业，设备配置简单，上下台阶同时钻孔和起爆，达到隧道同时开挖掘进的目的，同时可保证开挖后及时完成初期支护，在快速施工的同时能够有效保证施工安全。上下短台阶施工时上下台阶相互干扰较大，施工中要解决好上下台阶施工干扰问题。

3 适用范围

本工艺工法适用Ⅲ、Ⅳ级围岩地段修建的铁路、公路隧道施工（Ⅴ级围岩在采取超前支护、临时仰拱等有效支撑手段且监控量测数据未发生的异常的情况下，可慎重使用台阶法施工）。

4 主要引用标准

4.1 《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214)、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)、《铁路隧道施工规范》

(TB10204)、《新建铁路铁路工程测量规范》(TB 10101)、《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》(铁建设[2007]189号)。

4.2 设计图纸、合同文件。

5 施工方法

隧道在Ⅲ、Ⅳ级围岩地段采用短台阶法施工，开挖采用光面爆破技术，组装临时平台配合人工YT-28风动凿岩机钻眼，初期支护采用格栅钢架+锚杆+钢筋网+喷射砼联合支护体系。

隧道开挖分为上台阶、下台阶、仰拱三个部分分部开挖：上台阶长度5～7m，每循环进尺2.4～3m（Ⅲ级围岩循环进尺3m，Ⅳ级围岩循环进尺2.4m，与格栅钢架间距相对应）；每循环进尺不超过2榀钢架间距，下台阶左右两侧错开间距大于2榀钢架间距；仰拱每次开挖及支护长度6m，每组仰拱填充砼浇筑长度12m，仰拱距掌子面距离不大于50m，衬砌距掌子面距离不大于90m。

6 工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

施工工艺流程见图1，工艺流程图见图2

图1 台阶法施工工艺流程图

图2 台阶法施工工序布置图

6.2 操作要点

6.2.1施工准备

1风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施、修建环保、水保设施。

2根据设计资料详细分析了解工程地质、当地水文地质情况，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工监控量测方案及沉降观测计划。

6.2.2施工步骤

Ⅲ、Ⅳ级围岩隧道采用短台阶法施工工艺，上下台阶采用人工钻眼，光面爆破

技术，装载机配合大型自卸车装渣运输，施做初期支护具体施工步骤如下：

1 上台阶开挖，开挖作业高度4.9m，挖掘机装碴，人工搭设简易作业平台，钻眼、装药、起爆，每循环进尺2.4～3m，安装格栅钢架、铺设钢筋网，并打设φ42锁脚锚管进行固定（长度3.5m），打设L系统锚杆，钢架底部不密实或悬空时，在钢架底部安装砼垫块。

2 利用上台阶挖掘机扒碴及安装钢架、铺设钢筋网时间同步在下台阶采用装载机配合自卸汽车出碴，出碴完毕后安装下台阶钢架、铺设钢筋网、打设φ42锁脚锚管进行固定（长度3.5m），打设系统锚杆。

3 上下台阶同时喷射砼封闭。

4 开挖仰拱，每循环开挖长度6m，施做初期支护，浇筑仰拱砼，每组仰拱砼浇筑长度12m。仰拱施工期间采用自制栈桥保持车辆通行。

5 整体液压模板台车就位（台车长度12m），灌注拱墙衬砌砼。

6.2.3监控量测

监控量测，可掌握围岩变化规律及支护结构的力学状态和稳定程度，判断支护参数设置是否合理，因此必须加强监控量测，切实做到“勤量测”。主要施工监测项目见下表1：

表1 监控量测项目表

注：B—隧道开挖宽度，υ—变形速速

7 劳动力组织

见表2某单工作面（双线隧道）劳动力组织表，供参考。

表2 单工作面（双线隧道）劳动组织表（三班）

8 主要机具设备

采用短台阶法施工可在围岩较差的情况下充分发挥上下台阶平行作业的特点，施工进度快，工期有保证。

根据机械工作能力和实际工作量，某单个工作面主要机械设备配备如表3，供参考。

表3 单工作面主要机械设备配备如表

9 质量控制

9.1易出现的质量问题

9.1.1爆破效果不理想，周边轮廓不圆顺，形成大的超欠挖。

9.1.2开挖进尺过大，周边超挖值大。

9.1.3下台阶开挖高度过高，不利于钻眼作业，炮眼方向不易与隧道线路方向平行，炮眼间距不能有效控制。

9.1.4喷射砼厚度不足、钢架未与隧道走向垂直，初期发生变形。

9.2保证措施

9.2.1周边眼采用Φ25小药卷竹片连接间隔装药，控制周边眼线性装药量不超过0.2kg/m。