隧道三台阶开挖施工工法

隧道三台阶法开挖施工工法

智文忠、程鹏、崔乐超

1.前言

大断面软岩隧道施工中，传统的施工方法有双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，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，基本靠人工开挖，工效低、速度慢，难以满足客运专线工期要求；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，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。而目前国内大断面软岩隧道施工中，我们往往会面临以下问题：对工期紧迫性的要求，需组织快速施工；工程水文地质复杂，可变性大，须选择一种能适应地质变化而迅速过渡的施工方法；能较大限度地发挥大型施工机械的优势，以求最佳的施工进度；把长期施工实践所积累的作业习惯融合于施工方法中，做到高工效，易掌握，达到快速形成施工能力的目的等要求。

借鉴近几年大断面隧道施工的成功经验，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、提高施工质量为目的，在重庆沿江高速公路隧道施工中，提出了三台阶七步开挖法施工的工艺流程、施工步骤、控制要点、劳动组织、机具设备等，突出大断面软岩隧道开挖施工的技术特点，总结完善形成本工法。

2.工法特点

2.1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；

2.2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；

2.3适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷；

2.4在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右侧错开开挖，利于开挖工作面稳定；

2.5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；

3.适用范围

本工法适用于开挖断面为I级公路二车道和三车道，具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。不适用于围岩地质为流塑状态、洞口潜埋偏压段（但经过反压处理或施作超前大管棚后可采用）。

4.施工工艺

“三台阶七步开挖法”，是在隧道开挖过程中，是以弧形导坑开挖预留核心土为基本模式,分上、

左右错开开挖下台阶，施作初期支护

开挖上、中、下台阶预留的核心土

分段开挖隧底，施作初期支护 施作仰拱填充

施作仰拱 围岩稳定性评判、修正支护参数

测量放样 3～5m

≥1.0m

超前支护47

2

1

7

6-11

超前支护

初期支护

16-26-324

135

2～3m 2～3m 2～3m 2～3m

4-6m

15-25m

3

5

栈桥

1

2

4

7

1

35

16-16-2

6-3

核心土

162

43

56

6

1

3

5

6-116-26-3247仰拱

仰拱填充

注：1、上台阶开挖高度不小于上台阶开挖跨度的0.3倍，

一般为3.0-4.0m。

2、中下台阶开挖高度为隧道总开挖高度（不含仰拱）减去上台阶开挖高度后平均分配，一般为3.0-3.5m。

3、上台阶核心土长度（隧道纵向）3.0-5.0m,高度1.5-2.5m,宽度为上台阶开挖跨度的L/3-L/2。

栈桥7

初期支护施工步骤：

第1步：施作超前支护后，开挖拱部弧形导坑，预留核心土，施作拱部初期支护； 第2、3步：开挖左右侧中台阶并施作初期支护； 第4、5步：开挖左右侧下台阶并施作初期支护； 第6步：分别开挖上、中、下台阶核心土；

第7步：开挖隧底并施作仰拱初期支护封闭成环。

中、下三个台阶七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开开挖，分部及时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，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。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程施作仰拱

图5.1-1施工工艺流程图 5.2三台阶七步开挖发施工步骤

施工步骤见附图5.2-1，开挖透视见附图5.2-2，施工工序见附图5.2-3

第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，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1.5 m ，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30cm 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，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm 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。附图5.2-1开挖步骤图

附图5.2-2开挖透视

附图5.2-3施工工序图

第4、5步，左、右侧下台阶开挖：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，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm 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，开挖上、中、下台阶预留核心土：分别开挖上、中、下台阶预留的核心土，开挖进尺超前支护

上部孤形导坑开挖，施手初期支护

满足

断面检查 左右错开开挖中台阶，施作初期支护