大断面隧道台阶法施工技术

图3 秦望山隧道左洞进口
2.2断面分割及施工顺序 （1）双侧壁法将工作面围岩分割成6块，如图4所示。
图4 双侧壁法施工断面图
双侧壁法施工顺序：左导坑上部开挖支护→左导坑下部开 挖支护→右导坑上部开挖支护→右导坑下部开挖支护→中导坑 上部开挖支护→中导坑下部开挖支护。
图5 隧道进口处双侧壁导坑施工
图6 双侧壁法右导坑上部开挖支护图
（2）台阶法分割成3块，如图7所示。 台阶法施工顺序：上台
阶开挖支护→下台阶开挖支
护→仰拱开挖支护。 根据本隧道的地质条件
和原设计支护参数，按三台
阶法施工能加快进度，超欠 挖容易得到有效控制，施工
图7 台阶法施工断面图质量ຫໍສະໝຸດ 到提高。3工艺流程对比
3.1台阶法施工工艺流程
图9 上台阶超前支护
图10 上台阶周边眼装药
（4）上台阶开挖及支护 采用全站仪将上台阶断 面轮廓线、隧道中线、法线、 爆破孔眼（周边眼、辅助眼、 掏槽眼、底板眼）测量放样 于工作面上。根据经批准的 爆破设计方案钻孔、洗孔、 装药、爆破，每次爆破开挖 进尺控制在1-2m，即1-2榀钢 架间距。上台阶开挖高度 5.0m，以确保挖掘机、装载 机等能进入工作面作业。
(1)成立隧道监控量测小组，专人负责布点、采集数据、回归
分析、上报等工作，第一时间掌控围岩及初期支护变化情况，做好施 工调整。
(2)做好爆破设计，严格控制钻孔深度和装药量，遇到围岩变
差时，及时调整爆破设计。
(3)每次进尺控制在2榀钢架间距，开挖后必须及时支 护，做到每开挖一环支护一环，不得多环开挖一次支护。 (4)在满足施工台车、设备活动范围的情况下，尽量 缩短掌子面与仰拱、二衬衬砌的施工距离，确保施工安全。 (5)做好应急预案，未施工衬砌段设置逃生通道，加 强应急方案演练。
2.1隧道围岩设计参数 原设计施工方法为V级围岩采用双侧壁导坑法开挖，各 级围岩复合式衬砌支护设计参数见表1所示：
表1 隧道围岩复合式衬砌支护设计参数表
由于受总体工期的影响，采用原设计的开挖方法无法在给定的时 间内贯通，经施工单位提议，业主、监理、专家组一起论证后，洞口 段30m范围采用双侧壁导坑法施工，其余段落采用三台阶法施工。
（9）施工仰拱及填充 仰拱部位的基坑开挖后在施设各支护结构前， 必须测量基底部标高、几何尺寸等，检查其是否符 合设计要求。在施实仰拱支护前，对基坑中的虚渣、 杂物、积水等必须清除干净。仰拱和仰拱填充混凝 土由拌和站统一供应，混凝土浇筑作业时间间隔必 须小于2h，混凝土振捣采用插入式振动棒进行振捣， 仰拱浇筑混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达 到设计强度方可车辆行。
（3）超前支护 洞口段采用长30m，外径Φ 108mm， 壁厚8mm的热轧无缝钢管超前支护，钢 管尾端焊接与套拱内工25a工字钢上。 暗洞内采用长4.5m，外径Φ 42mm，壁厚 4mm的热轧无缝钢管超前支护，钢管尾 端焊接在初期支护内工22a工字钢上， 按设计要求钻孔、顶管、注浆，待注浆 液达到设计强度后即可开挖上台阶掌子 面围岩，施工中注意保证超前钢管搭接 长度大于1.0m。 超前支护是软弱围岩隧道施工质量 的控制关键，施工中应严格控制开挖进 尺，每循环均控制在1-2榀钢架间距左 右，保证超前支护的有效性。
图14 双侧壁法施工工艺图
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两者优缺点
（1）台阶法施工断面分割块数少，三个台阶施工互不干扰，同 时节约了一定量的火工品材料， (2)台阶法施工空间大，有利于初期支护中系统锚杆、锁脚锚杆 的施作，同时方便机械作业，提高工作效益，特别是加快了出碴速度， 而双侧壁法坑洞较小，施工操作空间不足，使得锚杆钻孔及安装质量 受到制约。 (3)使用台阶法断面周边弧形较好，超欠挖容易控制，特别是两 侧壁顶部部分，而双侧壁法开挖极易因超挖、回填不密实造成质量和 安全隐患。
（8）监控量测
为确保施工及结构安全，必须做好现场监控量测工作。 施工阶段隧道监控量测主要是对隧道开挖后围岩变化情况 及支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩稳定程度 和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调 整和修改支护设计的依据，并在复合式衬砌中，依据测量 结果确定二次衬砌施作的时间。 隧道施工前，编制监控量测施工方案和实施细则，并 成立小组，专人负责监控量测工作。其中必须对拱部下沉 量测、隧道净空水平收敛、洞内、外观察进行量测；地表 下沉、地表位移观察为选测项目。
凤凰山隧道、秦望山隧道按一级公路双向六车道标准设计，采 用分离式双洞单向行驶方案，主要技术标准如下：设计行车速度为 80km/h；隧道建筑限界：净宽14.5m、净高7.8m、建筑限界高度 5.0m，如图1所示。
图1 隧道建筑限界及内净空断面图
图2 秦望山隧道进口洞口开挖
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施 工 方 案 选 择
表2 台阶法与双侧壁导坑经济对比表
对比内容 工程经济对比 土建工程费用 节约投资合计
双侧壁法方案 23868.4万元
台阶法方案 22730.2万元 1138.2万元
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施工中需注意事项
由于台阶法和双侧壁法有各自的有缺点，在采用台阶法施工时，
开挖断面跨度增大，支护不及时容易出现拱部局部掉块，甚至塌方， 在施工前需要编制详细施工方案和应急预案，主要措施有：
图8 台阶法施工工艺图
3.1.1主要操作要点 （1）断面测量 利用全站仪与水准仪进行测量放样，对隧道周边眼、辅助眼、 掏槽眼等精确放样。 （2）钢架及锚杆等的加工 加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出加工大样。钢架 弯制结合隧道开挖方法采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进 行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。各节钢架拼装， 要求尺寸准确，弧形圆顺。要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm； 型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm。型钢钢架各单元必须明确 标出类型和单元号，并分单元堆放于地面干燥的防雨蓬内。 锚杆构件由材料供应商统一供货，经检验合格后可以根据围 岩级别选用相应的锚杆进行安装。
中铁五局二公司江阴海港大道项目经理部
大断面隧道施工技术简介
张祖林 2014年1月10日
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工程概况
施工方案选择
工艺流程对比 台阶法与双侧壁导坑法优缺点 施工中需注意事项
目 录
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工 程 概 况
江阴市海港大道凤凰山隧道（全长442m）、秦望山隧道（左线 全长700m，右线全长665m）均属于大跨度、小净距、浅埋隧道。最 大开挖宽度17.21m，隧道呈扁平状，平均开挖断面达165m2。隧道 地质为粉砂岩、砂岩，局部夹少量泥岩，单层厚2-10cm，其中泥岩 为软质岩石，而粉砂岩为较坚硬岩石，其中浅埋段为中等风化，深 埋段为微风化。隧道围岩以IV、V级围岩为主，隧道进出洞采取 φ 108超前大管棚支护，洞内采取Φ 42超前小导管注浆，全环型钢 拱架、喷锚支护。隧道于2012年11月开始施工， 2013年7月12日开 挖支护全部完成，共计用时251天。
（10）防水层、钢筋、衬砌混凝土 根据设计要求，采用整体台车上施工防水层、钢筋、 预埋件，利用二衬台车施工衬砌混凝土。
图13 二次衬砌施工
3.2双侧壁法施工工艺
对比图8、图14的施 工工艺流程图，台阶法施 工与双侧壁法施工差异主 要是断面的开挖支护顺序 和所耗用的时间不同，此 处并不再重复叙述。
(7) 按原设计的双侧壁施工方法，每日综合进尺为0.5m，无法在合同
工期20个月内完成施工任务，在施工方案经专家评审后采用台阶法施工， 将每日综合进尺提升到1.76m，加快了施工进度，确保了工期。
(8)经济方面 采用台阶法施工，节约临时支护工程数量：Φ 42×4mm注浆小导管 约3万m、C25喷射砼0.5万m3、Φ 22砂浆锚杆约4.9万m、工16工字钢约70 吨、钢筋网片约为10.8吨，综合计算得出节约投资约1138.2万元。
（5）下台阶开挖及支护 下台阶滞后上台阶工作面30m时开始开挖，开挖进尺长度与上台 阶进尺相同，最大进尺长度不得大于3榀钢架。施工时必须做到左右 两侧交错进行，错开距离为5m，以防止喷射混凝土强度达到规范要求 前开挖下台阶。开挖后及时支护，支护参数与上台阶相同。
图12 下台阶开挖支护
（6）分段开挖仰拱及支护 下台阶开挖支护完成后及时开挖仰拱，开挖进尺长度控制 在6m以内，并按设计要求及时支护封闭成环。 （7）断面检测 开挖断面检测是控制隧道超欠挖的有效手段，可采用隧道 断面仪成图进行检测，也可利用全站仪放样设计轮廓线与实际 轮廓线进行对比，后一种方法更为实用，但成图效果不佳。 初期支护断面检测主要采用隧道断面仪检测，可以兼作监 控量测的辅助手段，能直观反映整个弧形圆顺情况及初期支护 变形情况，根据多次断面测量对比可以调整隧道预留沉降量， 既确保了工程质量又在经济上得到了有效控制。
图11 上台阶初期支护
上台阶开挖完成后及时进行初期支护。采用“初 喷-锚杆-钢筋网-钢架-钢筋网-复喷”的施工顺序施作 初期支护。系统锚杆采用Φ 25中空锚杆，纵×环间距 为75cm×100cm；钢筋网为φ 8双层网片，网格尺寸为 20cm×20cm；喷射混凝土为28cm厚C25混凝土。施工时 注意每榀钢架锁脚锚杆的施作，锁脚锚杆为长6mΦ 25 中空锚杆，锚杆方向与铅垂线夹角控制在45°以内， 尾部与钢架焊接牢固。
图15 贯通后的凤凰山隧道远景
图16 贯通后的秦望山隧道（左线）
(4)台阶法减少了侧壁法中的临时支护，节省了部分材料和工时，避
免了在拆除临时支护过程中存在的干扰和安全隐患，加快了施工进度。 (5)采用台阶法施工，拱部钢拱架一次安装完成，解决了双侧壁法中
钢拱架连接板连接的难题。
(6)台阶法充分发挥监控量测数据指导施工作用，避免了双侧壁法中 分块断面数据的不对应，更加方便数据采集和整理分析。