隧道工程资料：台阶法施工要点

- 23 -人、材、机准备施工准备 爆破设计施工测量 起爆（中）下台阶装药上台阶装药通 风出 碴初期支护量测台阶法（三台阶法）开挖施工工艺台阶开挖是先开挖断面的上半部分，待开挖至一定长度后同时开挖（中）下部分，上（中）、下部分同时并进的施工工艺。

在Ⅲ～Ⅳ级围岩铁路客运单线、双线隧道施工时一般采用台阶法，V 级围岩隧道在采用了有效的措施（如超前预注浆加固围岩）后亦可采用台阶法开挖。

一、 作业内容施工测量、地质预报、钻孔、装药、起爆、通风、出渣、初期支护、量测。

二、工艺流程图（见图 2.3.2-1）图 2.3.2-1 台阶法开挖施工工艺流程框图三、 工序步骤及标准（一）施工准备参见全断面施工。

（二）台阶法开挖施工程序施工测量→钻眼→装药→起爆、通风→初喷→出渣→设置锚杆、挂网→立架→复喷→下一循环。

（三）台阶法开挖施工步序示意图见图 2.3.2-2。

超前地质预报 （中）下台阶钻孔 上台阶人工钻孔- 24 -台阶法开挖支护断面示意图a.上部采用人工打眼，下部利用作 业台架人工打眼。

b.上、下部同时起爆， 通风后，初喷砼；c.挖掘机、装载机配合自卸 汽车出碴，进入下一循环。

图2.3.2-2 台阶法开挖施工方法示意图（四）施工要点1. 台阶长度应根据隧道断面跨度、围岩地质条件、初期支护形成闭合断面的时间要求、上部施工所需空间大小等因素来确定，台阶长度宜为 3~5m 左右，当拱部围岩条件发生较大变化时， 可适当延长或缩短台阶长度，如围岩较差，台阶长度可缩短为。

如采用三级台阶法，第一个台阶高度一般为2.5m 。

2. 上台阶的底部位置应根据地质情况确定，一般情况下，可在起拱线附近。

3. 上台阶使用钢架时，可采用扩大拱脚和施作锁脚锚管等措施，防止拱部下沉变形。

4. 下台阶应在喷射混凝土达到设计强度的 70％以上后开挖。

下台阶一次开挖长度不宜超过2 榀拱架间距。

当岩体不稳定时，应合理缩短进尺，先施工边墙初期支护，后开挖中间土体，左右错开或先拉中槽后挖边墙，并及时施工仰拱。

隧道爆破设计方案（台阶法）一、工程概述本合同段有四座隧道。

隧道区域处于构造剥蚀丘陵—低山地貌区，主要出第四系全新统残坡积碎石土、中元古武当山群片岩和上元古界震旦系上统灯组片岩。

本段内短隧道为Ⅳ、Ⅴ级围岩，中长隧道为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，其中Ⅳ级围岩采用台阶法爆破开挖（Ⅴ级围岩主要采取人工配合机械开挖，不需要爆破）、锚、喷、格栅、网、初期支护，全断面复合式衬砌。

爆破方法采用光面爆破。

二、光面爆破的特点光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。

据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低的成本，加快了施工进度。

根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，我标段的四座隧道中的Ⅲ、Ⅳ级围岩决定采用光面爆破施工。

三、光面爆破方案的确定目前，大断面隧道光面爆破施工有2种方法：一是预留光爆层法；二是全断面一次性开挖法。

根据施工现场的实际条件及围岩情况，本段隧道采用全断面一次性开挖法。

四、台阶法（Ⅳ级围岩）光面爆破设计方案（结合前文内容）1.光面爆破不偶合系数、装药直径公式：/k i D d d == 式中 D 一不偶合系数； dk —炮眼直径，mm; di —炸药直径，mm;a —爆生气体分子余容系数； P —爆生气体初始压力；cσ—岩石的三轴抗压强度；r —绝热指数，；在实际操作过程中，对于周边眼的药卷，我们采取将标准φ32mm 的2号岩石乳化炸药沿轴线对半切（相当于φ20mm ）。

这个数值与理论计算值相近，则实际周边眼不偶合系数D=dk/di =42/20=2.1，符合规范中软岩装药不耦合系数D=2.0-2.5的要求。

隧道工程进出洞施工方法及要点1.1.1设计优化根据项目进场后对洞口位置复勘的结果，焦树坪隧道出口地形与原设计严重不符，出口左右洞均位于陡峻峭壁位置，悬壁临河，现场地形十分复杂，具备山陡、沟深、谷窄、临路、近水等特点，隧道进洞施工条件极差。

图4-12 隧道洞口位置三维地形图隧道右洞洞口位于50m高陡峻峭壁位置，下临河道，与河道高差约50m，水平距离约43m，且洞口深入岩体6m，洞口段埋深约20m，隧道不具备直接进洞条件，围岩实际为中风化片麻岩，灰绿色、灰黄色，完整性较好，片麻状构造，节理裂隙较发育。

如按原设计方案施工，存在以下问题：（1）隧道洞口位于山体内，洞口边仰坡爆破开挖方量大，约2400m³，将对山体结构破坏严重，施工耗时较长，对其他工程干扰极大，安全风险极高。

（2）削坡后隧道洞口缺乏作业平台，受洞口场地限制，无法进行大管棚作业、正常进洞施工和二衬台车拼装等。

针对现场问题，通过动态的设计和合理的方案应用，彻底解决陡峻峭壁位置隧道进洞问题。

（1）将洞口大开挖设计优化为“隧道延长+倒削竹洞门”形式，为避免大规模的山体爆破开挖，实现隧道“早进洞”，将隧道暗洞进行3m延长，从而减少开挖方量，同时将洞门形式调整为倒削竹，避免了端墙式洞门墙趾对桥台背墙的影响。

焦树坪隧道右洞1:0.3便道营盘河大桥0#台图4-13 隧道洞口段调整后示意图（2）采用小型钻孔机具进行“分层分段爆破”技术，施作洞口5m 小平台；同时根据洞口围岩较好情况，通过动态设计将超前大管棚变更为双层超前小导管，利用洞口小平台，完成超前作业，保证进洞时间和安全；并采用洞渣进行多级挡墙砌筑和回填，扩宽洞前平台至13m ，解决陡峻峭壁位置进洞难题，实现了资源的合理利用。

（3）在洞前短平台问题（洞前平台仅13m ）上采用二衬台车“逐段拼装逐段进洞”技术，降低了交叉作业造成的施工干扰，解决了短平台二衬台车拼装难题。

1.1.2边仰坡施工1.1.2.1 分层分段爆破削坡流程图图4-14 分层分段爆破削坡施工工艺流程图1.1.2.2 测量放样按照变更后图纸中给定的洞口边仰坡坡率、平台宽度、明暗洞交界点、边仰坡起点设计高程、宽度，同时结合实际情况，进行洞口边仰坡开口线测量放样。

隧道台阶法开挖应注意的问题分析作者：冯晓魏来源：《城市建设理论研究》2013年第17期摘要：本工程隧道台阶法开挖实践提供了很多借鉴之处。

本文就双碑隧道的工程概况出发，叙述了该工程一些在施工过程中抑制围岩变形，保护地面上下建筑的一些措施。

由此，对隧道台阶法开挖应注意的一些问题给予了分析并提出了一些对策。

关键词：台阶法；隧道；开挖；变形；分析中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：在隧道及地下工程的施工中，常常会用到台阶法。

台阶法施工需要多步开挖、多次爆破，在作业中上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴，可以平行进行，不仅可以适应稳定性较差的岩层环境，还可以降低人工作业强度，提高工作效率。

但是，在施工中反复发生应力再分配对围岩造成的扰动破坏，如此，在每步开挖的过程中，隧道周边变形都在发生着，并最终凸显，给工程的进行造成危害，严重的还可以引发严重的地质灾害。

工程安全问题不容忽视，有必要探讨一下台阶法在隧道开挖应用中需要注意的问题。

在此，我们以重庆市双碑隧道工程为参照，借鉴其中的施工经验。

一、工程概况双碑隧道全长4.373km，线路隧道工程设计为分离式双洞单向三车道。

该工程由于所处地段复杂，给施工带来了诸多不便。

该隧道工程具有浅埋、超大断面、地面建筑林立、环境要求高、施工难度较大、对施工技术要求高等特点。

为开挖该条隧道，运用了大量的先进技术，既提高了施工效率，也较好地保障了工程质量，在工程后期没有出现沉降现象，使临近的建筑物也得到了有效的保护。

1.1双碑工程难点双碑隧道所处区域岩层走向平缓，地下岩质坚硬，整体性好，局部见砂质粘土，地下可见少量滞水。

隧道地面沿线建筑物多，并且以住宅建筑为主，距离双碑隧道开挖边界净距少于15m，地面最低处距离隧道开挖顶面只有19米，对施工造成很大的干扰。

1.2初期支护体系双碑隧道工程地质围岩条件较好，方便进行大断面开挖作业。

但是，这种大断面和浅埋的状况，也给开挖时围岩的稳定工作和降低施工对环境不利影响的要求造成了挑战。

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。

2，上台阶超前下台阶5100.5m10.8m，开挖面积～以双线铁路隧道为例，隧道设计开挖高度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。

台阶法施工工艺一、工艺概述台阶法开挖是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进的施工工艺。

适用于本标段隧道III级围岩的施工。

台阶法开挖施工台阶长度必须根据隧道断面、围岩地质条件、初期支护形成闭合断面的时间要求、上部施工所需空间大小等因素来确定，如围岩较差，台阶长度可缩短。

二、作业内容1、施工测量；2、凿岩台车就位；3、钻孔；4、装药；5、起爆；6、通风；7、出渣；8、支护。

三、质量检验标准（一）.隧道开挖断面的中线和高程必须符合施工图要求。

1、检查数量：每一开挖循环检查一次；2、检查方法：采用仪器测量。

（二）.隧道开挖必须严格控制欠挖。

当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部位（每lm2不大于0.1m2）侵入衬砌必须小于5cm。

拱脚和墙角以上1m内断面严禁欠挖。

1、检查数量：每一开挖循环检查一次；2、检查方法：采用自动断面仪等仪器测量周边轮廓面，绘断面与施工图断面核对。

（三）.洞身开挖必须核对地质，在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙的结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对施工图地质情况，判断围岩稳定性。

（四）.光面爆破或预裂爆破钻孔眼，必须根据钻爆设计图准确标示出钻孔位置。

钻孔时必须按钻爆设计要求严格控制钻孔的间距、深度和角度。

掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。

周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角必须符合钻爆设计要求，孔底不得超出开挖断面轮廓线15cm。

1、检查数量：每一开挖循环检查全部掏槽眼和10%周边眼；2、检查方法：测量（五）.光面爆破的钻孔痕迹保存率，硬岩不得小于80%，中硬岩不得小于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。

1、检查数量：每一爆破开挖循环检查一次；2、检查方法：对照钻爆设计资料，观察、计数检验钻孔痕迹保存率。

四、施工准备（一）.编制施工工艺设计、工序质量控制设计和作业指导书；（二）.确定弃渣场的位置和范围；汽车运输道路的引入和其他运输设施的布置。

台阶法、三台阶法开挖作业指导书1、目的指导隧道开挖施工作业。

2、适用条件及范围本作业指导书适用于******三标段隧道开挖施工。

三台阶法适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩，台阶法适用于Ⅲ级、Ⅳ级围岩。

3、施工准备3.1、施工测量放样：开挖前将控制开挖的中线、水平引至开挖部位掌子面，确定开挖轮廓。

根据钻爆设计布置好炮眼。

3.2、钻爆设计：岩石隧道开挖前，根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具和爆破材料等进行钻爆设计。

其内容为：炮眼的布置、数目、深度和角度，装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，凿岩机的台数安排等。

设计图包括：炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表。

3.3、根据施工设计图及定型图绘制开挖施工草图。

施工草图上的中线、水平控制桩与现场放样桩点相对应。

隧道施工为避免侵限，一般需将净空放大5cm，所以在绘制开挖草图时也将开挖轮廓尺寸放大5cm（底部不再放大）。

而且还要根据实际，结合规范要求，预留初期支护变形量5～8cm，即开挖轮廓线还要放大5～8 cm。

3.4、开挖作业照明安装，钻眼机具到位，高压风水管的连接。

3.5、做好洞内、外排水系统，保证排水畅通。

3.6、规划弃碴场位置，布设出碴路线，出碴设备准备。

4、开挖4.1、工艺原理及特点4.1.1、台阶法台阶法适用于双线隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩；施工时先开挖上半断面，待开挖到一定长度后再同时开挖下半断面，形成上、下断面同时并进的施工方法。

将隧道断面分上下台阶开挖，爆破施工分两次进行，可以减小爆破对围岩的扰动，保护围岩，上半断面开挖后为下半断面的开挖创造临空面，降低炸药消耗，同时两台阶开挖可减小隧道开挖后的空间效应，初期支护能尽早施工，可充分发挥围岩的自稳、自承能力，获得安全的地下空间。

4.1.2、三台阶法三台阶法适用于本区段隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩。

将隧道分成三部分开挖，施工时先开挖上台阶，待开挖到一定长度后再同时开挖中台阶及下台阶，形成上、中、下三台阶同时并进的施工方法。

台阶法开挖作业指导书编写人：年月日审核人：年月日批准人：年月日工程名称：南部滨海大道东端桥隧建设工程-山体隧道工程施工三标段施工单位：中铁九局集团有限公司一、施工工艺及要求本隧道按照“新奥法”原理施工，遵循“先探后挖、支护在先”的原则，坚持“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快衬砌、早成环”的原则稳步前进。

（1）洞身开挖台阶法施工按照“管超前、弱爆破、短进尺、强支护、快衬砌、早成环”的开挖原则，洞口每循环进尺控制在1.0～1.2m 范围，根据地质情况调整爆破参数和开挖进尺，保证开挖进洞的安全。

台阶法进洞施工方法示意图：台阶法施工工序：1开挖上台阶2施工上台阶初期支护和锁脚锚杆3开挖下台阶4施工下台阶初期支护和锁脚锚杆5分步施工防排水系统和仰拱、边墙、拱部二次模筑砼衬砌开挖采用YT-28、7855钻机风钻钻进，Φ40合金钻头，正台阶开挖，搭设操作平台，以保证周边眼方向准确。

开挖后及时处理拱顶及周边危石，并检查开挖断面，欠挖部分及时处理。

正洞开挖采用光面爆破技术，严格控制超欠挖，保证开挖尺寸。

光面爆破时，炮眼的位置、角度、装药量按设计进行，布眼装药采用人工进行，周边眼采用间隔装药，所用炮眼用炮泥堵塞，填塞长度不小于30cm。

光面爆破工艺流程为：确定围岩等级选定爆破方案计布眼打眼装药人员设备退场起爆排烟根据爆破效果修改爆破设计进入下道工序。

开挖流程：测量放样钻眼准备钻眼装药退台架人员放炮排烟清理危石出碴。

⑵爆破设计以Ⅳ级围岩台阶法开挖为例进行爆破参数设计。

炮眼直径d取42mm。

炮眼深度L=1.2m，掏槽孔比其它孔深0.2～0.35m。

不偶合系数：根据经验，周边眼不偶合系数在1.5～2.0范围光爆效果最好。

据此周边眼选用Φ25mm药卷（长165mm，80g／卷）。

其它部位炮眼选用Φ32mm药卷（长200mm，重150g／卷）。

周边眼距E与抵抗线W:E取50cm。

E/W一般为0.6～1.0，结合本隧道地质特征， W取65cm。