隧道三台阶七步开挖法施工工艺工法

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）。

5施工方法

大断面黄土隧道采用弧型导坑三台阶法掘进施工方法为：采用人工配合挖掘机开挖，掘进分为上、中、下三台阶七步开挖，初期支护采用型钢钢架、喷锚支护。出碴采用挖掘机配合自卸汽车运输，. 二次衬砌采用全液压整体式模板台车施工。

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。仰拱到掌子面距离不大于30m，二衬到仰拱的距离不大于30m。

6工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

施工工艺流程图见图1，开挖步骤图见图2。

图1 三台阶七步开挖法施工工艺流程图

图2 开挖施工步骤图

6.2操作要点

6.2.1 施工准备

1 风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施、修建环保、水保设施。

2 根据设计资料详细分析了解工程地质、当地水文地质情况，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工监控量测方案及沉降观测计划。

6.2.2 施工步骤

1根据水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，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，超前支护应按设计要求进行加强。

2 上台阶弧形开挖，弧形开挖作业高度和宽度为1.5～2.0m ，开挖每循环0.8m ，

第一步：

开挖（1）部，初喷砼，安装（1）部钢架，打设锁脚锚杆，挂钢筋网，

打锚杆，喷砼。

第二步：开挖（3）部

第三步：

开挖（4）部，初喷砼，安装（4）部钢架，挂钢筋网，打锚杆，喷砼。

第四步：

开挖（6）部，初喷砼，安装（6）部钢架，挂钢筋网，打锚杆，喷砼。

第五步：开挖（8）部，初喷砼，安装（8）部钢架，

挂钢筋网，打锚杆，喷砼。

第六步：

开挖（10）部，初喷砼，安装（10）部钢架，挂钢筋网，打锚杆，喷砼。

第七步：开挖（12）部

第八步：

开挖（13）部,初喷砼，安装（13）部钢架，喷砼

弧形导坑三台阶法施工工序横断面示意图

图中序号表示施工顺序；富水地段先打设超前小导管，每一分步开挖完成后，初喷C25砼4cm,架立型钢钢架及打设锁脚锚杆，挂钢筋网片，安装锚杆，喷砼，第2、5、7、9、11、14道工序包括挂网、锚杆、钢架、喷砼等

所有的初期支护。

(1)

(3)

(12)(6)

(10)

(4)

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(13)

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开挖后及时初喷混凝土，安装钢支撑，并施作锁脚锚管固定（φ42，长不小于3.5m）,然后安装钢筋网片，钢支撑相互焊联，喷混凝土。钢支撑脚板必须支撑稳固。

3 开挖上台阶核心土，核心土长度控制在3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

4 中台阶采用单侧或两侧开挖施工，开挖作业宽度1.5～2.0m，中间暂留核心土，开挖每循环1～2榀钢架，开挖后及时初喷混凝土，安装钢支撑与上部钢支撑对接通过螺栓连接牢固，施作锁脚锚管固定（φ42，长不小于3.5m）,然后安装钢筋网片，钢支撑相互焊联，喷混凝土。中台阶开挖、支护施工，两侧前后错开距离2榀型钢长度。

5 开挖中台阶核心土，核心土长度控制在3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。。

6下台阶采用单侧或两侧开挖施工，开挖作业宽度1.5～2.0m，中间暂留核心土，开挖每循环1.6m，开挖后及时初喷混凝土，一次安装2榀钢支撑与中部钢支撑对接通过螺栓连接牢固，施作锁脚锚管固定（φ42，长不小于3.5m）,然后安装钢筋网片，钢支撑相互焊联，喷混凝土。同样钢支撑脚板在没有与仰拱钢支撑连接成环之前必须支垫踏实。下台阶开挖、支护施工，两侧前后错开距离2榀型钢长度。

7 开挖下台阶核心土。

8 开挖仰拱，施工初支。每循环开挖3～5m，一次安装4～6榀型钢，仰拱钢支撑和墙下部钢支撑通过焊接牢固，仰拱施工期间采用栈桥保持通行。

6.2.3 监控量测

1 主要施工监测项目

表1 监控量测项目表