隧道“三台阶七步开挖法”

三台阶七步开挖法在浅埋软弱围岩大断面隧道中的应用隧道工程是一项综合性很强的工作，需要综合考虑地质、地形、水文、气象等因素，制订合理的开挖方案，以保证施工安全和工期进度。

在浅埋软弱围岩大断面隧道中，由于地质条件的限制，隧道的开挖难度较大，因此需要采用相应的开挖方法。

本文将介绍一个在该类隧道中应用广泛的开挖方法——三台阶七步开挖法。

一、三台阶七步开挖法的原理和特点三台阶七步开挖法是指在隧道的侧壁分别开挖三个阶梯，每个阶梯分成七层，每层开挖一定的长度，以此逐步降低隧道的横截面积，控制隧道的变形量。

该方法可使隧道在开挖过程中保持稳定，减少因地质条件不良而导致的隧道塌方、滑动等事故发生，提高施工质量和效率。

该方法的特点如下：1. 逐层开挖，分阶段降低横截面积，控制变形量。

2. 降低隧道开挖的风险和安全隐患。

3. 适用于浅埋软弱岩体，使开挖过程中的应力得到充分释放。

1. 前期准备工作。

选择开挖面和断面，绘制隧道的平面图和纵断面图，确定三个阶梯的高度和宽度，确定每层的开挖长度。

同时还需要实施洞口支护、排水、通风等前期准备工作。

2. 开挖第一阶梯。

先在侧壁上开挖从底部到高度为第一阶梯高度的区域，再从该区域开挖第一阶梯的底部，依次向上逐层开挖，每层长度为设计值。

开挖顺序应遵循从高到低，从中间到两端的原则。

3. 开挖第二阶梯。

隧道的第一阶梯开挖完成后，再向上开挖第二阶梯的底部，按照同样的方式逐层开挖，每层长度为设计值。

5. 排水和通风。

在隧道开挖过程中，要及时排除积水和井水，保证施工场地干燥，尽可能提高施工效率。

同时，还要实施通风措施，保障施工人员的健康和安全。

6. 支护加固。

在开挖每个阶段的过程中，要随时观察围岩的变形情况，根据需要进行支护和加固，保障隧道的安全和稳定。

7. 完工验收。

当隧道开挖完成后，进行整体的检查和验收，确保工程质量达到设计要求，符合相关要求和标准。

优点：1. 这种开挖方法对围岩的变形和稳定性要求较高，相对来说较为安全，可以减少塌方和地面沉降的风险。

大断面黄土隧道三台阶七步开挖法施工工艺工法宋连东西安地铁三号线试验段2标项目部1.前言1.1工艺工法概况三台阶七步开挖法是指在隧道开挖过程中，分三个台阶七个步骤，以前后七步相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法，形成开挖及施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时施作构成稳固的初期支护体系。

1.2工艺原理大断面黄土隧道施工按照“新奥法”原理，遵循“早预报、管超前、非爆破、短开挖、少扰动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则稳步前进。

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。

开挖后应立即进行初期支护，保证在最短时间封闭围岩，及时完成仰拱，封闭成环，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a.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三台阶七步开挖工法的各个步距要求。

b.初期支护由钢拱架、钢筋网片、锚杆、锁脚锚管、超前小导管、喷射混凝土等组成。

c.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。

d.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。

e.适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

f.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。

g.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在黄土地区修建的大断面铁路、公路隧道、地铁隧道施工，对黄土地区修建的其他地下工程亦有借鉴意义。

4施工方法a.隧道开挖。

开挖时，采用人工配合挖掘机械的方式掘进，共分为上、中、下三台阶，上台阶长3～5m，中台阶长5～8m，下台阶长8～10m；每循环掘进上部0.8m安装型钢1榀，中部0.8m安装型钢1榀，下部1.6m安装型钢2榀；中部左右两侧掘进应错开2榀型钢，下部掘进应错开3榀型钢；掘进后应及时喷混凝土。

关于隧道“三台阶七步开挖法”的那些事儿(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。

三台阶七步开挖法施工立体效果图三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100～180 平方米，具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段隧道的施工。

主要表现包括：黄土、强风化岩层（强风化泥岩、强风化泥质粉砂岩等）。

不适用于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）。

隧道开挖断面约为150～165 平方米，围岩级别为V级，上层风积砂质黄土，下伏上第三系泥岩，夹薄层砂岩、石膏岩和岩盐，虽然洞口地址表现为浅埋偏压，但洞口施做了一环30m长的108超前大管棚支护，因此，可以采用三台阶七步开挖法。

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。

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，方便机械施工，利于施工工序转换。

施工原则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体系。

施工工艺流程三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：A、上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；B、中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护：C、中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护。

每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。

三台阶七步开挖法l 总则1.0.1 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。

1.0.2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”)是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，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。

1.0.3三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100～180 m。

，具备一定自稳条件的Ⅳ、V 级围岩地段隧道的施工。

1.0.4三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。

1.0.5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体系。

1.0.6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。

2 施工准备2.0.1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。

调查结束后应编写施工调查报告。

2.0.2施工调查后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。

2.0.3 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。

2.0.4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。

2.0.5 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。

三台阶七步法开挖法一、施工工艺流程⑴三台阶七步法开挖法可分为以下主要步骤：1、上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；2、中下台阶左右错开开挖，施做拱墙部初期支护；3、中心预留核心土开挖，隧底开挖，施做隧底初期支护。

每步开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。

⑵三台阶七步开挖法的施工工艺流程见图4.7-3。

4.7-3三台阶七步开挖法的施工工艺流程见图二、施工作业⑴采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，并各根据个工程水文地质变化情况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的技术措施，及早封闭成环，保证施工安全。

⑵采用三台阶七部开挖法施工的隧道，应根据工程水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松驰，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，超前支护应按照设计要求进行加强。

⑶三台阶七步施工方法施工符合下列要求:1、以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；2、弧形导坑开挖应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护。

3、其他分步平行开挖，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；4、仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；5、施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。

6、完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

⑷三台阶七步开挖施工步骤见图4.7-4，开挖透视图见4.7-5，施工顺序见图4.7-6。

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3～5米，宽度宜为隧道开挖宽度的1／2～1／3。

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米，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倾角300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。

三台阶七步法开挖方案一、目的明确隧道开挖作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范隧道开挖施工，尽可能地减少超挖，保证隧道的开挖作业安全、保证开挖质量。

二、编制依据1.《客运专线铁路隧道工程施工指南》（TZ214-2005）2.《客运专线铁路隧道工程施工质量验收标准》铁建设[2005]160号3.《杭甬客专施图HYZQ-2隧道设计图及参考图》三、适用范围三台阶七步开挖方法适用于新建铁路杭甬客运专线双线隧道Ⅴ级围岩深埋、浅埋和Ⅳ级围岩浅埋、偏压地段的正洞开挖施工。

四、三台阶七步开挖方法简介Ⅳ、Ⅴ级围岩洞身开挖采用三台阶七步开挖法施工，是指在隧道开挖过程中，分七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法，形成开挖及施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时施作构成稳固的初期支护体系。

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；⑵弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；⑶其他分步平行开挖，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；⑷仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；⑸施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；⑹完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

五、三台阶七步开挖法施工工序1、（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护（2）弱爆破开挖1部，同时，每进尺1.2m～2m,Ⅴ级围岩地段掌子面喷5cm厚混凝土封闭，Ⅳ级围岩地段必要时设置。