隧道三台阶七步开挖法作业指导书1

隧道三台阶七步开挖法作业指导书
一、总则
1、三台阶七步开挖法（以下简称“三台阶七步开挖法）是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三台阶七个开挖面，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。

2、三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100~180㎡，是根据以往大断面隧道施工的经验确定的。

该方法适用Ⅳ、Ⅴ级围岩，地质主要有砂岩、砂岩夹泥岩等；不适用条件有围岩地质为流塑状态、洞口浅埋偏压段（但经过反压处理或施做超前大管棚后可采用）。

3、三台阶七步开挖法具有下列技术特点：
（1）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。

（2）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。

(3)三台阶七步开挖法规避了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，及时调整闭合时间，方便机械化施工，利于施工工序转换。

适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

（4）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。

（5）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。

二、施工准备
1、在采用三台阶七步开挖法施工前，查阅大量设计文件和资料，结合三台阶七步开挖法的特点，按照隧道的规模和工期要求，有针对性地编制实施性施工组织设计和施工作业指导书，并进行详细的施工技术交底，对作业人员进行岗前培训和安全教育，从事特殊工种的作业人员持证上岗。

2、根据施工进度要求，施工机械、人员分期、分批组织上场。

针对大断面隧道的特点，人员和施工机械配套如下表：
根据隧道施工情况分析，单作业面施工作业人员配备见表3.2.1，并可根据施工现场情况及时调整。

三、施工工艺
1、施工工艺流程
三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：
（1）上部弧形导坑环向开挖，施作拱部初期支护；
（2）中、下台阶左右错开开挖，施作墙部初期支护；
（3）中心预留核心土开挖，隧底开挖，施作隧底初期支护。

每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施作仰拱，尽早封闭成环。

三台阶七步开挖法的施工工艺流程见图4.1.1.
图4.1.1 三台阶七步开挖法施工流程图
2、施工作业
（1）根据隧道的水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，保证隧道开挖安全。

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。

（2）弧形导坑应眼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，开挖后及时封闭成环；仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系。

（3）施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时指导调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；
（4）三台阶七步开挖法施工步骤见图4.2.4-1，开挖透视图见4.2.4-2。

第1不，上部弧形导坑开挖；在拱部超前支护进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为3~5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3~1/2。

开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖后立即初喷3~5cm混凝土。

上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30㎝高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第2、3步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3~3.5m，左、右侧台阶错开2~3m，开挖后立即初喷3~5cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30㎝高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第4、5步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3~3.5m，左、右侧台阶错开2~3m，开挖后立即初喷3~5cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30㎝高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

第6步，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

第7步，隧底开挖：每循环开挖长度宜为2~3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个遂底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4~6m。

（5）三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。

初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力，其施工工艺流程图见图4.2.5。

图4.2.5 初期支护施工工艺流程图
3、仰拱施工
（1）遂底开挖采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2~3m。

当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30~40m时，采用短距离跳槽进行遂底开挖。

（2）遂底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷3~5cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

（3）仰拱超前拱墙程锲衬砌，每循环浇筑长度宜为4~6m，仰拱采用浮放模板支架成型。

仰拱混凝土分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工和变形缝设置止水带。

仰拱表面平顺、不积水。

（4）仰拱填充混凝土在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。

填充混凝土强度达到5Mpa后允许行人通行，达到设计强度的100%后允许车辆通行。

仰拱填充表面坡度符合设计要求，平顺、排水通畅、不积水。

图4.2.4-1 开挖步骤图
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图4.2.4-2 开挖透视图
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4、监控量测
（1）老东山隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据运用工程类比法及时分析反馈，必要时根据分析结果及时调整支护参数，以保证施工安全。

（2）量测项目可分为必测项目和选测项目，必测项目见表 4.4.2，选测项目结合工程实际情况，按照《铁路隧道监控量测技术规程》的规定选取。

注：Ho —隧道埋深；b —隧道最大开挖宽度。

（3）净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定。

测点、测线布置详见图4.4.3。

图4.4.3 净空变化测点布置
A
B C D
B′C′D′
隧道中线
量测基线
拱顶观测点
1、上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护后，布设拱顶下沉测点A和第一条净空测量基线B—B′，在3~6h内取得初读数；
2、中台阶开挖并施作上部边墙初期支护后，布设第二条净空量测基线C—C′，在3~6h内取得初读数；
3、下台阶开挖施作下部边墙初期支护后，布设第三条净空量测基线D—D′，在3~6h内取得初读数；
4、其它量测项目在开挖后12h内取得初读数，最迟不得超过24h，且在下一循环开挖前完成；
5、拱（墙）脚净空变化、拱顶、地表观测点布设在同一断面，便于分析、比较。

（4）各测点取得初读数据后，应该按照位移速度和量测断面距开挖面距离选择量测频率（见表4.4.4）。

当出现异常情况视，应加大量测频率。

表4.4.4 测量频率
注：1、B—隧道开挖跨度。

2、当按照“位移速度”和“量测断面距开挖面距离”选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率高的实施。

四、施工控制要点
（1）隧道进洞前，及时做好洞顶及洞口防排水系统。

洞顶及洞口排水沟采用铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。

（2）三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。

工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。

1、初期支护及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右；
2、仰拱超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30~40m。

铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。

3、二次衬砌距仰拱保持2倍以上衬砌循环作业长度，但不得大于30m。

（3）在满足作业空间和台阶稳定的前提下，尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在3~5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3~1/2。

（4）三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，根据老东山隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度不得超过 1.0m；开挖后立即初喷3~5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。

（5）严格按设计要求施作超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固底层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。

（6）隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖，中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右错开距离宜为2~3m。

（7）钢架严格按照设计及规范要求加工制作和架设。

钢架应架设在坚实基面上，并加垫槽钢，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚土回填。

钢架应与锁脚锚杆焊接牢固。

（8）隧道超挖部位必须回填密实，严禁初期支护背后存在空洞。

必要时初期支护背后进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。

（9）完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。

当底层含水量大时，在上台阶开挖工作面附近开挖横向水沟，将水引至隧道两侧水沟排出洞外。

反坡施工时，设置集水坑将水集中抽排。

（10）确保隧道施工的洞内通风，保证作用环境符合职业健康及安全标准。

铜锣坪隧道进洞作用指导书
一、隧道概况
铜锣坪隧道位于广东省境内，进口里程DK323+658，出口里程DK328+215，隧道全长4557m。

隧道进口DK323+658至DK324+052.28段位于R-5500的左偏曲线上，DK324+052.28至DK325+545.75段位于直线上，DK325+545.75至DK327+362.00段位于R-7000的左偏曲线上，DK 327+362.00至DK327+609.12段位于直线上，DK327+609.2至DK325+300段为上坡，坡度为 3.0%，坡长1850m，DK325+300至DK328+200段为下坡，坡度为-3.0%，坡长为2900m，DK358+200至DK328+215段为下坡，坡度为-5.8%，坡长4500m。

隧道最大埋深231米。

隧道地处中低山丘陵区，丘坡自然坡度较平缓，植坡发育，洞身主要穿越全风化。

强风化及风化砂岩等。

隧道通过志留系下系及奥陶系上中下统的砂岩类地层，各段不均匀地夹有页岩及千枚岩，岩质软硬不均，风化差异很大，具有富水及隔水岩性，基岩裂隙水主要由大气降水补给，且对混凝土有轻度侵蚀性，最大用水量为2200m3/d。

隧道所处底层主要为志留系下统奥陶系上中下统的砂岩类底层，洞身主要穿越全风化泥质砂岩、弱风化志留系中下统变质石英砂岩夹页岩、变质石英砂岩及含砾砂岩、弱风化奥陶系中统泥质粉砂岩夹千枚岩、奥陶系下统变质石英砂岩、奥陶系上统泥质粉砂岩夹页岩，细粒结构，钙质胶结，岩质较坚硬，节理裂隙较发育，岩体呈角砾碎石状松散、块石状镶嵌结构。

二、施工准备
1、临建设施
进场后首先修筑临时施工便道（边道宽度 6.0m），架设施工供电线路，铺设供水管道。

平整场地，完成后修建临时生活、生产用房，安装和修建隧道供风、供水、发电、混凝土生产、钢构件加工等设备与设施。

临建设施平面布置图见附图1和附图2。

2、机械设备
隧道进洞前必须进场的机械设备有挖掘机、装载机、出碴车、发电机（高压电不具备情况下使用和停电备用）、电动空压机、内燃空压机（高压电不具备情况下使用）、风枪、搅拌机、注浆机、喷锚机、电焊机等，所有设备必须进行调试，并保证能够正常运转，其数量与工程相匹配。

3、原材料
进洞前物质部门需与各种原材料生产厂家或销售商取得联系，并需采购以下物资：φ108热轧无缝钢管（施作管棚）、φ22螺纹钢（砂浆锚杆、连接筋）、φ8圆钢（加工钢筋网片）、型钢拱架、P.o42.5水泥、5~10mm碎石、中粗砂、速凝剂、锚固剂、火工品等，试验室要对各种原材料取样并进行相应试验，同时必须配出喷射混凝土的配合比。

4、洞门及边仰坡开挖
开挖前先做好洞口段的防排水设施，然后根据设计断面自上而下分层开挖、分层防护，当地质不良时，须采取稳定边、仰坡的措施（采用喷射混凝土进行防护）。

明洞部分边坡坡比1：1.25（施工中可根据地质情况适当调整边坡坡比，但必须保证坡面在同一平面上，即坡比一至，同时要保证边坡的稳定性），仰坡比10：1，铜锣坪隧道出口均为Ⅴ级围岩，根据设计要求按三台阶法组织施工（台阶长度控制在3~5m之内），仰坡的开挖由上、中、下导来决定。

台阶洞门
及边仰坡开挖示意图见图1.
5、开挖轮廓线
隧道开挖断面应以衬砌设计轮廓线为基准，考虑预留变形量、测量贯通误差和施工误差等因素适当放大。

预留变形量根据设计规定或根据围岩级别、隧道宽度、埋置深度、施工方法和支护情况等条件决定。

Ⅳ级围岩预留变形量为8~10cm，Ⅴ级围岩预留变形量为10~15cm。