隧道三台阶七步开挖法技术交底

隧道三台阶七步开挖施工技术交底编制单位:中交二公局贵广铁路工程指挥部第一经理部

工序名称

隧道三台阶七步开挖

（适应于隧道正洞Ⅴ级围岩的开挖施工）

日期

1 隧道三台阶七步开挖施工

1.1 工艺原理和特点

隧道开挖前，首先完成洞口截水沟、洞口土方及边仰坡防护施工。洞口土方采用挖掘机配合装载机自上而下分层施工，大型自卸汽车运输，并及时做好坡面防护，开挖一段（台阶）防护一段（台阶）。先施做护拱混凝土，然后施做暗洞超前大管棚，随后进入暗洞施工。

铁路大断面隧道三台阶七步开挖法(以下简称“三台阶七步开挖法”)是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。

1.1.1三台阶七步开挖法具有下列技术特点：

⑴施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。

⑵在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。

⑶适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

⑷在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。

⑸当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。

1.1.2三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：

⑴以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破，各分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环；

⑵仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；

Ⅴ级围岩I型加强复合式衬砌三台阶法开挖断面示意图

图2 Ⅴ级围岩三台阶开挖断面示意图

Ⅴ级围岩三台阶开挖施工工序示意图如图3所示

图图3 Ⅴ级围岩三台阶七步开挖法施工工序示意图

Ⅰ-超前支护；1-上部弧形导坑开挖；Ⅱ-上部初期支护；

2、3-中部两侧开挖；Ⅲ、Ⅳ-中部两侧初期支护；4、5-下部两侧开挖；Ⅴ、

Ⅵ-下部两侧初期支护；6-1、6-2、6-3-上、中、下部核心土开挖；7-仰拱开挖；Ⅶ-仰拱初期支护；Ⅷ-仰拱及填充混凝土；

Ⅸ-拱墙二次衬砌

1.2.3三台阶七步开挖法施工流程见“图4”。

三台阶七步开挖法控制要点

Ⅰ、根据隧道的水文地质条件，严格按设计要求做好超前支护，控制好

超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，防止围岩松弛，保证隧道开挖

在超前支护的保护下施工，确保隧道施工安全。在断层、破碎带、浅埋段等

自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强，以确保安全。

Ⅱ、弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，以人工开挖为主，

机械开挖为辅，人工配合挖掘机从台阶上向下刨土。开挖后应及时支护；其

他各分部平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封

闭成环；临时仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系。

图4 三台阶七步开挖法施工流程图

2 综合超前地质预测预报

本线隧道地质情况复杂，存在偏压、围岩质软、断层等不良地质，需结合施工地质工作予以查明。为此，要求针对本线大断面隧道的具体情况，开展综合超前地质预测预报，尤其存在破碎带时，必须提前做好超前地质预报工作，确保隧道安全通过。

施工中应该将几种预报手段综合运用，取长补短，相互补充和印证。综合监测结果，及时提出对不良地质的处理措施，以降低施工风险，确保工程质量和运营安全。

超前地质预报若发现前方地质情况与设计不符时要及时通知设计单位到现场核实，以便及时采取有效的设计变更方案。

①常规地质法

常规地质法适用于为近期开挖、支护提供预报（设平导时视超前正洞的长度）。开挖面围岩级别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、地下水等情况进行观察和测定后，绘制地质素描图，通过开挖后利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方的地质情况，据以指导施工。

②超前水平钻孔

采用超前水平钻机钻进过程中钻速和钻碴的变化对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。通过超前钻探取芯测定含水率为主要手段确定下一步施工方案。

3 爆破施工

我管段隧道的爆破作业，均采用光面爆破。爆破作业应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺和爆炸材料进行钻爆设计。钻爆设计应根据爆破效果不断优化爆破参数。

钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求等。钻爆设计土应包括炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要经济指标和必要的说明。

爆破参数应通过试验确定。当无试验条件时，可参照表1、表2选用。

表1 光面爆破参数

岩石类别周边眼间距

E（cm）

周边眼抵抗线

W（cm）

相对距离

E/W

装药集中度q

（kg/m）

极硬岩50～60 55～75 0.8～0.85 0.25～0.30 硬岩40～50 50～60 0.8～0.85 0.15～0.25 软质岩35～45 45～60 0.75～0.8 0.07～0.12

表2 预裂爆破参数

岩石类别周边眼间距

E（cm）

至内排崩落眼间距

（cm）

装药集中度q

（kg/m）

极硬岩40～50 40 0.3～0.4 硬岩40～50 40 0.2～0.25

软质岩35～40 35 0.07～0.12

注：1.表中所列参数适用于炮眼深度1.0～4.0m,炮眼直径40～50mm,药卷直径20～25mm。

2 当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值。

3 周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值。软岩在取较小E值时，W值应适当增大。

4 E/W：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。

5 表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其它类型炸药时，应修正。

周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求，硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏5～10cm。底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破。辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴需要。周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10～20cm。当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上，炸药可选用岩石硝铵炸药。

4 安全、质量控制措施

⑴加强对技术及施工人员的培训，提高全体参建人员的安全、质量意识。

⑵岩石隧道坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工。

⑶严格按照设计文件规定的开挖方法进行施工，否则应按照变更程序申请改变施工方案。

⑷在隧道开挖前，对隧道地表中线附近范围进行勘察，对地表冲沟、深井、滑塌、陷穴、地表附着物等不良地质情况进行统计，并按里程桩号逐一登记、拍照，施工中应加强监控量测工作，严格按设计方案施工，确保隧道安全、顺利通过。

⑸每循环进行测量放样，严格控制超欠挖。定期对测量控制点进行检查、复核，避免由于隧底下沉、上鼓、不均匀变形及人工或机械碰撞等原因对控制点的损害。

⑹边墙、仰拱等的地基承载力必须满足设计要求。软弱地基处理方法和施工质量应符合设计要求。隧底开挖前应进行施工工艺设计。

⑺开挖后应按设计要求的量测项目及频率进行围岩量测，及时反馈量测