隧道安全管理经验交流材料三台阶七步开挖法

张茅隧道纵断面示意图
进口基岩为安山岩 夹砂泥页岩和灰岩
DK223+370附近发育 一断层，破碎带宽度
约50m。
出口段黄土、粗 圆砾土；
工程及水文地质
里程
DK218+607～ DK223+900
DK223+900～ DK226+490
DK226+490～ DK227+090
长度 （m）
地质状况
❖ 中台阶开挖并施作上部边墙初期支护后，布设第二条净空量 测基线C—C’，在3～6h内取得初读数；
❖ 下台阶开挖并施作下部边墙初期支护后，布设第三条净空量 测基线D—D’，在3～6h内取得初读数；
❖ 其它量测项目在开挖后12h内取得初读数，最迟不得超过 24h，且在下一循环开挖前完成；
❖ 拱（墙）脚净空变化、拱顶、地表观测点布设在同一断面， 便于分析、比较。
❖ 量测项目可分为必测项目和选测项目，选测 项目可结合工程实际情况，按照《铁路隧道 监控量测技术规程》的规定选取。
监控量测必测项目
序 号
监测项目
测量方法和仪表
测量 精度
备注
1
洞内、外观察
现场观察，地质罗盘仪
2
初期支护拱（墙）脚净 空变化
采用非接触无尺量测法， 全站仪
0.1mm
3
初期支护拱顶下沉
采用非接触无尺量测法， 全站仪
施工步骤
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 3～5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。
⑵ 开挖进尺应根据初期支护 钢架间距确定，隧道周边部 位预留30cm人工开挖，其 余部位采用机械开挖。
⑶ 核心土长度控制在3～5m， 宽度为隧道开挖宽度的 1/3～1/2。
施工步骤
岩石隧道 ⑴机械辅以人工开挖，最
大进尺不得超过1.5m， 严格控制超欠挖。 ⑵采用弱爆破时，严格控 制装药量，减少围岩扰 动。
喷射砼作业
❖ ⑴ 二次复喷混凝土应分 层喷射，每层厚度宜为 5～6cm。
❖ ⑵ 喷射表面应平顺、无 空鼓、裂缝等 。
锁脚锚杆（管）施工
❖ （1）在钢架拱脚以30cm高 度处，紧贴钢架两侧边沿按 下倾角30°打设锁脚锚杆 （管）。
❖ （2） 锁脚锚杆（管）加工 成“L”型。
❖ （3）锁脚锚杆（管）应与 钢架焊接牢固，增强拱（墙） 脚承载力，控制变形。
超前支护
（1） 黄土隧道严格按设计 要求施作超前支护，超前小 导管沿线路纵坡布置于钢架 外缘。
（2）软弱破碎岩石隧道严格 按设计要求施作超前支护， 超前小导管沿线路纵坡布置 于钢架外缘。
（3）严格按注浆工艺加固地 层，保证隧道开挖在超前支 护的保护下施工。
初期支护
初喷砼封闭掌子面
❖ 软弱围岩各步序开挖后 应立即初喷3～5cm厚 混凝土封闭，避免围岩 长时间暴露而导致失稳。
施作系统锚杆
❖ ⑴ 初喷后及时施做系统 锚杆，锚杆必须设置垫板。
❖ ⑵ 岩石隧道拱部系统锚 杆必须带排气装置，采取 沿锚杆孔进浆的施工工艺。
❖ ⑶ 黄土隧道系统锚杆按 设计要求选用。
安装钢筋网、钢架
❖ ⑴ 钢筋网随受喷面起伏 铺设，保护层厚度不小 于4cm。
❖ ⑵ 软弱围岩钢架应架设 在坚实基面上，严禁拱 （墙）脚悬空或采用虚 碴回填。
0.1mm
浅埋隧道
（H0≤2b）、洞
4
地表沉降
水准测量的方法，水准仪 1mm 口段、下穿高速
公路（建筑物）
段必测
注：H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。
监控量测净空变化测点布置
A 拱顶观测点
隧
B
道量测基线 B'
中
心
C'
净空变化量测测点布置和初读数的读取 应符合下列规定
❖ 上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护后，布设拱顶下沉测 点A和第一条净空量测基线B—B’，在3～6h内取得初读数；
❖ 隧道开挖断面大小差别较大，Ⅴ级黄土加强段为 163.53m2，Ⅱ级岩石段为127.56m2，需采取各种 不同的施工方法进行施工；
❖ 工程合同工期为34.5个月(2019.9.25~2019.8.5), 实际开工日期为2019.2.5，除去衬砌、水沟电缆 槽、无碴轨道基础三个月施工期，实际工期只有 30个月，按设计施工方法满足不了铁道部工期要 求，施工中寻求快速掘进的施工方法是当务之急。
仰拱初支施工
❖ ⑴ 隧底开挖后，及时清 除虚碴、杂物、泥浆、 积水，初喷3～5cm厚 混凝土封闭岩面。
❖ ⑵ 按照设计要求安装仰 拱钢架，喷射混凝土至 设计厚度，使初期支护 及时闭合成环。
监控量测
❖ 隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行 布点和监测，量测数据运用工程类比法及时 分析反馈，必要时根据分析结果及时调整支 护参数，以保证施工安全。
3.二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长度， 但不得大于50m。
施工安全控制要点
⑶ 在满足作业空间和台阶稳定的前提下，尽量 缩短台阶长度，核心土长度应控制在3～5m， 宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。
⑷ 三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度， 根据隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺， 张茅隧道土质地段每次开挖长度不超过1.0m； 开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩 暴露时间。
施工步骤
第6步：上、中、下台阶 开挖预留的核心土。
⑴ 开挖进尺应同隧道开挖 进尺一致，最大不得超 过1.5m。
⑵ 便于机械、人工作业方 便，提供作业平台。
施工步骤
第7步，隧底开挖 ⑴ 每循环开挖长度控制在
2～3m以内，完成两个 隧底开挖、支护后及时 施做仰拱，仰拱分段长 度宜为4～6m。 ⑵ 仰拱采用栈桥施工，满 足平行作业要求。
5293
安山岩夹砂、泥页岩，节理裂隙较发 育，属Ⅳ级软石、Ⅴ级次坚石
2590 600
Q2黏质黄土夹古土壤层，垂直节理 发育，属Ⅲ级硬土
粗圆砾土:安山岩、砂岩和砂岩质卵 砾石占50～70%,其余为黄土和砂砾 填充，属Ⅳ级软石
安山岩夹砂泥页岩
粗圆砾土
Q2黏质黄土
工程特点
❖ 隧道洞身穿过多种不同地质情况的围岩，施工中 工序转换多；
⑽ 确保隧道施工的洞内通风，保证作业环境 符合职业健康及安全标准。
施工安全控制要点
⑾ 应加强监控量测工作，根据量测结果，及时调整 支护参数，确定二次衬砌施作时间，进行信息化施 工管理。
⑿ 应完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱 （墙）脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。 当地层含水量大时，上台阶开挖工作面附近宜开挖 横向水沟，将水引至隧道中部或两侧排水沟排出洞 外。必要时应配合井点降水等措施，降低地下水位 至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时， 应设置集水坑将水集中抽排。
施工步骤
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3～5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。
三台阶七步开挖法
三台阶七步开挖法施工图
❖ “三台阶七步开挖法” 采用三层短台阶，分 步平行开挖，分步平行施作拱墙初期支护， 仰拱超前施做,及时闭合构成稳固的初期支护 体系。以保护围岩的天然承载力，减少对围 岩的扰动。经量测监控信息化反馈指导施工， 及时调整支护参数和混凝土衬砌施工时间， 适用于不同跨度、多种断面形式及地质结构 复杂多变的隧道施工中。
＞5B
量测频率 2次/d 1次/d
1次/2～3d 1次/7d
＜0.2
1次/7d
注： 1、B—隧道开挖跨度。 2、当按照“位移速度”和“量测断面距开挖面距离”选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的 实施。
拱顶下沉量测
围岩水平收敛量测
施工安全控制要点
⑴ 隧道进洞前，及时做好洞顶及洞口防排水 系统。洞顶及洞口排水沟采用铺砌，用砂浆 抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结 构安全。
施工安全控制要点
⑸ 严格按设计要求施作超前支护，控制好超前 支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保 证隧道开挖在超前支护的保护下施工。
⑹ 隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部 位采用机械开挖，中、下台阶左、右侧开挖 应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为 2～3m。
施工安全控制要点
⑺ 钢架严格按设计及规范要求加工制作和架 设。钢架应架设在坚实基面上，并加垫槽钢， 严禁拱（墙）脚悬空或采用虚土回填。钢架 应与锁脚锚杆焊接牢固。
～2.5m,宽度为上台阶开挖跨度的1/3～1/2。
1
初期支护
3
5
6-2
6-3
2
4
栈桥 7
4m～6m
7
3m～5m 2～3m 2～3m 2～3m 2～3m 15～25m 30～40m
4m～6m
仰拱 仰拱填充
开挖步序图
施工步骤
第1步
黄土隧道
⑴ 预留核心土，环向开挖上 部弧形导坑，上台阶开挖矢 跨比必须大于0.3（f/ L>0.3）
H
2
6-2
3
3m～5m 2 3 6
4
6-3
5
2～3m 2～3m
4
56
h3
7
2～3m 2～3m
注：
1、上台阶开挖高度不小于上台阶开挖跨度的0.3倍，