隧道三台阶七步开挖法施工技术

1 三台阶七步开挖法施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF—SD-0108—2011

第五工程有限公司刘建萍

1 前言

1.1工艺工法概况

1995年，德国采用拱部、台阶和仰拱三层七部暗挖—复合衬砌技术开挖面积达265m2的最大的高速公路三车道隧道—恩格贝格山底公路隧道开始.1997年日本在修建神户鸣门线舞子隧道过程中,采用TBM、SlitDrill法与四（六)部中壁NATM机械开挖，三车道和停车带(四车道）开挖面积为148.33m2~186.51m2.在国内，2005年至2008年间，弧形导坑三台阶七步开挖施工工艺在黄土隧道Ⅳ级围岩地段得以成功的运用.该工艺规避了侧壁导坑法、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，大大提高了施工效率。

1。2工艺原理

大断面黄土隧道施工按照“新奥法"原理。开挖后立即进行初期支护,保证在最短时间封闭围岩，及时完成仰拱，使型钢成环，根据量测数据确定最佳二衬施工时间，尽早完成二衬施工。

2工艺工法特点

2.1根据黄土隧道的断面尺寸、埋深和黄土的含水量等特性，并结合目前国内施工机械设备实际情况，经过不同步长工况下监控量测数据对比分析，形成了大断面黄土隧道弧形导坑三台阶七步开挖工法的各个步距要求。

2。2初期支护由钢拱架、钢筋网片、锚杆、锁脚锚管、超前小导管、喷射微纤维混凝土等组成。

2。3大断面黄土隧道采用新奥法施工，合理安排工序衔接，可加快施工进度，缩短工期。

2.4采用监测信息化技术指导施工，使施工及成本始终处于受控状态.

3适用范围

本工艺工法适用于土质围岩的大断面铁路、公路隧道深埋段(Ⅳ级围岩）施工。

4主要引用标准 2 4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417）、《铁路工程测量规范》（TB10101）、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60）、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1)。

1 铁路隧道大断面隧道三台阶七步

开挖法施工方案

第一章 总 则

一、 为保证铁路大断面隧道施工安全和质量，规范开挖作业程序，加强过程控制，提高施工进度，制定本作业指南。

二 、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”）是以弧形导道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。

三、三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100~180㎡，具备一定自稳条件的IV、V级围岩地段隧道的施工。

四、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.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。

五、采用三台阶七步开挖法施工应尽量缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护 2 体系。

六、采用三台阶七步开挖法进行大断面隧道施工除应符合本作业指南要求外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。

第二章 施 工 准 备

一、施工调查前应查阅设计文件和资料，制定调查提纲。施工调查内容应包括工程概况、施工条件、地形地质及其他与工程相关内容。调查结果应编写施工调查报告。

二、施工调查应结合三台阶七步开挖法的特点，按照建设项目的规模和工期要求，有针对性地编制实施性施工组织设计和施工作业指导书。

三、采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应进行施工技术交底，作业人员应进行岗前培训和安全教育，特殊工种的作业人员应持证上岗。

四、 施工机械配备应满足正常施工要求。实施中，可根据施工进度要求分期、分批组织上场。

五、 隧道施工机械配套应针对隧道大断面的特点，以实现机械化均衡生产为目标，配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2~1.5倍。

三台阶七步开挖法在浅埋软弱围岩大断面隧道中的应用

摘要 介绍三台阶七步开挖法在浅埋软弱围岩大断面隧道施工中容易出现的问题以及处理方法，为三台阶七步开挖法在同类隧道中的应用提供了一些可借鉴的经验。

关键词 三台阶七步开挖法大断面浅埋软弱围岩隧道施工技术

中图分类号：u45 文献标识码：a 文章编号：

1工程施工概况

高枧槽隧道位于沪昆客专云南段曲靖北～嵩明区间，隧道进口里程d1k1074+255，出口里程d1k1074+890,隧道全长635m。隧道最大埋深约40m，最小埋深10m。全隧均为ⅴ级围岩，围岩以全风化及强风化泥灰岩为主。本隧按速度目标值350km∕h客运专线隧道设计，每延米开挖量为154.61m3 。

考虑到三台阶七步开挖法可充分发挥大型机械效能、加快施工进度、降低造价，选择该工法进行施工。

2施工中出现的问题

隧道从进口独头掘进，自d1k1074+510开始，上、中、下台阶揭示围岩主要为全风化泥灰岩，洞内地下水不发育，但受地表降雨影响严重，下雨后土体含水率增大，承载力下降。根据监控量测资料显示，最大日沉降量位于d1k1074+585， 7月14日一次沉降116mm，累计最大沉降量位于d1k1074+560，达86cm。开挖支护过程中初支整体沉降较大，钢架封闭成环后沉降立即得到控制。隧道

地表多处发生沉降、开裂，从d1k1074+510地表一直跟随掌子面开挖发生开裂，裂缝为纵向裂缝和环向裂缝，纵向裂缝在隧道右侧距隧道中心7m左右，纵、环向裂缝均跟随掌子面发展，最大地表裂缝宽度达10cm。沉降观测点最大沉降量达到54cm。

3原因分析

三台阶七步开挖法施工工序为：首先开挖上台阶弧形导坑，并预留核心土，立钢架进行喷锚支护；其次交错开挖中台阶并立钢架进行喷锚支护；接下来按同样方式交错开挖下台阶并进行支护；然后挖除断面中部预留的核心土，并开挖仰拱，施做初期支护和仰拱混凝土；最后在监控量测的基础上及时施做二次衬砌。从工序看，虽说三台阶七步开挖法对隧道断面进行了分部开挖，但上中下台阶开挖后只是对隧道拱墙部位施做初期支护，横向上并没有临时支撑，也就是支护没有及时成环，在围岩软弱、自稳能力差的情况下，施工过程中若拱脚不稳，容易造成初期支护整体下沉变形。

施工技术交底

施工单位名称：中国建筑股份有限公司武黄城际铁路二标项目经理部一分部

交底日期： 编号：HBCJ WHSG2JD-ZY-

工程名称 魏家庄隧道 里程/桩号 DK14+460～DK15+200

设计文件图号 施工部位 开挖爆破

技术交底内容：

爆破工艺流程、爆破方法、爆破注意事项。

技术措施：

1. 光面爆破工艺流程

工艺流程见光面爆破工艺流程图。

2.光面爆破工艺

⑴爆破设计

爆破设计的目的在于避免超欠挖和达到预期的循环进尺，并尽可能节省工料消耗。爆破设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、数目、深度和角度，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。

⑵放样布眼

周边眼要沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合要求。辅助炮眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴的需要。钻眼前，用红铅油准确地绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。 检查分析爆破效果 起爆出碴 连接起爆网络 装药堵塞 调整线装药密度 计算装药量及装药结构 清孔作业 钻孔施工

调整孔距及药量 放样布眼 爆破设计

光面爆破工艺流程图 ⑶定位开眼

按炮眼布置正确钻孔，掏槽眼和周边眼的钻孔精度要高，开眼误差控制在3cm和5cm以内。

⑷钻眼

司钻工要熟悉炮眼布置，要能熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要由有较丰富经验的老钻工司钻，以确保周边眼准确的外插角，尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm。同时，要根据眼口的位置、岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。周边眼与辅助眼的眼底在同一垂直面上，掏槽眼要加深10cm。炮眼的深度和角度要符合设计要求。掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；辅助眼眼口排拒、行距误差均不得大于10cm；周边眼眼口位置误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。