三台阶七步开挖法

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。

三台阶七步开挖施工工法中铁十二局集团有限公司第二工程公司:赵华锋一.前言大断而软岩隧道施工中，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、存在一泄的局限性，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；齐分部开挖面循环衔接性差，柑互干扰大，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。

而目前国内大断而软岩隧逍施工中，我们往往会而临以下问题：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逍施工的成功经验，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•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，突出大断而软岩隧逍开挖施工的技术特点，总结完善形成本工二.工法特点1、施工空间大，方便机械化施工，可以多作业而平行作业。

部分软岩或上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而形式，初期支护工序操作便捷。

4、在台阶法开挖的基础上，预留孩心土，左右错开开挖，利于开挖工作而稳定。

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、适用范围本工法适用于开挖断面为100-180m\具备一定自稳条件的N、V级用岩地段隧道的施工。

四、施工工艺1、工艺原理“三台阶七步开挖法S是以弧形导坑开挖预留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖而，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。

三台阶七步开挖法
（中铁二十一局集团第四工程有限公司）
三台阶七步开挖法斯以弧形导坑预留核心土法为基本模式，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，平行推进的施工方法。

1、三台阶七步开挖法应以机械开挖为主，必要时铺以弱爆破。

各分步平行作业，平行施作初期支护。

各分部初期支护应衔接紧密，及时封闭成环。

2、仰拱应紧跟下台阶施作，及时闭合构成稳固的支护体系。

3、施工过程中应通过监控量测掌控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。

4、应完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

5、拱部超前支护完成后，环向开挖上台阶弧形导坑，预留核心
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,上台阶开挖矢跨比应大于0.3。

6、中台阶及下台阶左、右侧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,开挖高度宜为3~3.5m,左、右侧台阶错开
2~3m。

7、上、中、下台阶预留核心土开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

&仰拱循环开挖长度宜为2~3m开挖后及时施作仰拱初期支护,
完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4~6m
三台阶七步开挖法施工工序示意图
I-超前支护1-上部弧形导坑开挖n-上部初期支护
皿、w-中部两侧初期支护4、5-下部两侧开挖
7-仰拱开挖皿-仰拱初期
支护呱-仰拱及填充混凝土2、3-中部两侧开挖
V、W-下部两侧初期支护
6-1、6-2、6-3-上、中、下核心土开挖
三台阶七步开挖法施工工艺流程图。

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）。

三台阶七步流水作业法
三台阶七步流水作业法适用于Ⅴ～Ⅳ级围岩双线或多线大跨度隧道掘进。

分台阶、分部位，纵向位置错开，同时开挖，同时支护，尽早闭合成环。

对软弱围岩地质变化适应性强，安全可靠。

是铁道部推广的郑西客运专线黄土隧道施工开挖方法。

⑴三台阶七步流水作业法基本原理
隧道开挖过程中，在三个台阶上分七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分步同时支护，形成支护整体，缩小作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法。

①开挖掘进以三个台阶七个工作面同时进行。

②初期支护先上后下，分步实施，然后连成整体形成一个承载拱。

③依据围岩量测结果，调整支护参数，循环进尺0.7～1.5m。

④大型装运机械在中层爬坡道进出，集中并快速完成三个台阶的出碴任务。

⑵三台阶七步流水作业法施工步骤
①七步作业法开挖要求在隧道全断面划分的七个部位同时开挖，由于七个部位分别处于七个里程，从而使一个开挖断面处的围岩暴露的面积减到最小。

第1步：拱顶在超前小导管的保护下将传统的矩形上导坑改为弧形导坑，开挖结束后架设工字钢架，(原砂浆锚杆改为注浆锚管,在钢架每侧拱脚设两组锁脚锚管,φ32热轧无缝钢管，长3米)喷砼，形成较稳定的承载拱。

第2、3步：在拱顶承载拱的支护下，分段扩大拱脚，以一定的时间差先后按同样方法进行支护，使同一断面处暴露的开挖面仅限于
一侧。

第4步：拱部支护完成后中部拉槽。

第5、6步：在已完成拱部支护后，分段左右开挖马口，以一定时间差做边墙支护。

第7步：下台阶核心土挖除后落底并施做仰拱砼，二次衬砌紧跟。

初期支护断面
A-A断面A 锁脚锚管
拱架断面。

隧道施工技术培训第一章隧道开挖工法根据铁路部“120号文”的强制性规定，隧道开挖之前必须作超前地质预报，开挖过程中必须进行超前地质预报，并对对隧道开挖进尺划定了四条红线。

分别如下：（1）上台阶每循环开挖支护进尺Ⅴ、Ⅵ级围岩不应大于1榀钢架间距，Ⅳ级围岩不得大于2榀钢架间距。

（2）边墙每循环开挖支护不得大于2榀。

（3）仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆，每循环开挖进尺不得大于3m。

（4）隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环，Ⅴ级围岩初支封闭成环位置距离掌子面不得大于35m。

仰拱距开挖掌子面距离不超过40m，二次衬砌距开挖掌子面不超过70m。

改建铁路…隧道起讫里程...该隧道在…下穿…线，该段暗洞开挖采用超短台阶法，人工开挖，上下台阶距离不大于2m，每循环进尺长度不大于0.5m。

下面结合本隧道下穿特点，介绍三台阶七步开挖法的应用。

三台阶七步开挖法1. 施工工艺流程见《三台阶七步开挖法施工工艺流程图》；施工工序见《三台阶七步开挖法施工工序示意图》、《三台阶七步开挖法施工平面示意图》、《三台阶七步开挖法施工立体效果图》。

施工工序说明：⑴ 第一步：a 、利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护（即Ⅰ部）；b 、弱爆破开挖上部弧形导坑（即(1).部），每循环进尺一榀间距，同时掌子面喷5cm 厚砼封闭；c 、分部施作上部导坑周边的初期支护（即Ⅱ部），即初喷4cm 厚砼，架立钢架；d 、施作锁脚钢管；三台阶七步开挖法施工工艺流程图e 、钻设系统锚杆后复喷砼至设计厚度。

(2) 第二步：a 在滞后于(1)部一段距离后，弱爆破左右交错开挖(2)、(3)部；b 喷5cm 厚砼封闭掌子面；c 导坑周边部分初喷4cm 厚砼，施作钢架，并设锁脚钢管；d 钻设系统锚杆后复喷砼至设计厚度（即Ⅲ、Ⅳ部）。

(3) 第三步：施工准备超前地质预报、测量拱部超前支护上部弧形导坑开挖监控量测施作复合衬砌结束分部钻爆设计（需要时）两侧错位开挖中台阶两侧错位开挖下台阶地质素描、轮廓检查地质素描、轮廓检查地质素描、轮廓检查初期支护初期支护初期支护仰拱开挖、初期支护，仰拱、侧壁、拱部初期支护闭合成环判定围岩稳定性下一循环开挖、支护施作钢筋混凝土仰拱、填充混凝土 调整开挖及支护参数变形超过规范要求a在滞后于(2)、(3)部一段距离后，弱爆破左右交错开挖(4)、(5)部；b导坑周边部分初喷4cm厚砼，施作钢架；c钻设系统锚杆后复喷砼至设计厚度（即Ⅴ、Ⅵ部）。