软弱围岩隧道三台阶七步开挖施工工法
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中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
隧道通过软弱围岩地段时，由于围岩的整体强度低，自稳能力差，隧道开挖后自稳时间短，甚至没有自稳时间，隧道开挖后拱顶及局部应力集中过大易出现坍塌，隧道结构极易失稳，给施工带来极大的困难。我项目在宜巴高速公路卧佛山隧道施工过程中，结合施工能力和现场实际地质条件，依据新奥法原理改进施工方案，采用三台阶预留核心土分七步进行开挖支护。该施工工艺具有以下特点：1、减少了对周边围岩的扰动，且台阶之间可平行穿插作业；2、开挖面稳定，作业较为安全；3、机械利用率高，施工周期短。通过对卧佛山隧道软弱围岩地质的施工，总结了成功的经验，取得了良好的经济效益和社会效益，并形成本工法。
二、工法特点
1、运用上、中、下台阶预留核心土法进行开挖支护，拱部边墙先施做系统锚杆注浆，分部封闭成环，初期支护为网、锚、喷加型钢钢架；
2、将监控量测技术、数据处理和信息反馈技术应用于施工，动态调整施工方法和支护，确保施工安全；
3、施工空间大, 可以引入大型施工机械多作业面平行施工，工效高；部分软岩地段可以采用挖掘机直接开挖下半断面，减小了对围岩扰动。
4、在地质结构复杂多变、软硬围岩相间的隧道施工中，便于灵活及时地调整施工方法，进度稳定，工期保障性强。
5、能适应不同跨度和多种断面形式，没有需拆除的临时施工支护，节省投资。
6、爆破施工可以分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，既减少了对围岩的扰动，又充分利用了时间空间，还增加了爆破临空面，降低了炸药消耗。
7、混凝土仰拱超前施作，便于初期支护及早闭合形成整体承载，且改变了洞内作业、运输环境。
8、无需增加特殊设备，投入少，操作性强，易推广。
三、适用范围
1、本工法适用于新奥法指导施工的大跨度软弱围岩隧道。
2、本工法适用于各种埋深Ⅴ级围岩及围岩结构应力较大的公路隧道和类似跨度与其他级别围岩的隧道工程。
四、施工工艺流程及操作要点
（一）、三台阶七步开挖法的施工工艺流程：施工准备-施作超前小导管-开挖与支护-隧底开挖。
（二）、操作要点
1、施工准备
⑴熟悉设计图纸，制定详细的施工方案
⑵地表布置监测桩点，并进行原始数据测量
⑶分析洞内的地质情况和稳定与否，制定进洞前辅助加固措施
⑷准备施工队伍和设备，培训施工人员，组合所需的材料。
2、施作超前小导管
⑴在1步开挖前，按照设计文件在拱部120范围内布设φ42mm,L=3.5m，a=0.3m超前小导管施做超前支护。小导管的搭接长度不小于1.0m、型钢间距为0.5m；
⑵钻孔、插入小导管：采用φ60mm钻机钻孔,孔径为,延开挖轮廓线向外倾斜α角(外插角控制在5。-10。)。孔位检查合格后，插入小导管，小导管的后端焊接在钢架上然后进行注浆，注浆采用单浆水灰比为：W/C=1.0，注浆的初始压力0.5MPa-1.0MPa，终结压力控制在2.0MPa。注浆料的配合比及压力要通过试验参数调整确定。
3、开挖与支护顺序
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，核心土长度为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。根据岩层情况以人工使用风镐为主逐榀开挖。每循环最大开挖进尺0.6~1.1 m，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，上台阶中部靠近掌子面预留核心土高度约2.5~3m，上口宽约5m，三面按施工需要放坡。防止掌子面围岩受挤压失稳或自失稳引起塌方，危及拱顶围岩的稳定。同时方便支护施工时不需再搭设其它平台。上台阶开挖完成后及时进行初期支护。
上台阶按“初喷—锚杆—钢筋网—钢架—复喷”的支护形式实施初期支护。即首先初喷4~5cm后混凝土，打设定位系筋，立拱架，钢架规格为I20a型钢钢架,间距为50cm。上台阶钢架由3节组成，接头位置错开拱顶，调整好拱架的垂直度。立拱过程中连接钢板连接必须牢固，在保证按照设计要求进行螺栓连接的情况下，还需按照规范要求对连接钢板进行焊接，确保连接质量。拱架架立完毕后及时在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚小导管，每榀拱架一侧两根，共四根，小导管长度为3.5米，管体内灌注1：1水泥净浆及插入Φ22螺纹钢，以增加管体刚度及保护钢管不受侵蚀。且锁脚钢管要与钢架焊接成整体，以起到抑制初期支护下沉的作用；然后焊接正洞拱架纵向连接筋、挂钢筋网，补打相应部位系统锚杆及超前小导管支护，然后喷砼至设计厚度，喷砼厚度不得小于26cm。喷砼自下向上进行，以防止上部回弹料虚掩拱脚而不密实，以至强度不足造成失稳，一次喷射厚度不得超过10cm，喷嘴与岩面保持垂直，且喷射混凝土表面应平整，无空鼓、裂缝。其中系统锚杆为3.5m长的φ25中空注浆锚杆，锚杆间距为1.0m*0.5m（环*纵），系统锚杆长度可根据围岩实际情况适当加长，钢筋网规格为20*20cm。
第2、3步，左、右侧阶开挖：根据岩层情况采用弱爆破、挖掘机配合人工风镐进行逐榀开挖。每循环开挖不得超过1.1m，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3～5cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，打设锁脚小导管，锁脚小导管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度，初期支护形式与上台阶相同。
第4、5步，左、右侧下台阶开挖：每循环开挖不得超过1.1m，，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3～5cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，打设锁脚小导管，锁脚小导管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度，初期支护形式与上台阶相同。
第6步，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
第7步，隧底开挖：每循环开挖长度为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。
4、施工监测项目
监控量测项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合条件确定，根据位移变化速率判别，当净空变化速率连续三天大于1mm/d时，需加强支护系统；当拱顶下沉速度小于0.07~0.15mm/d，或周边位移速率小于0.2mm/d，则认为围岩基本稳定。
5、注意事项
三台阶法七步开挖施工应坚持“管超前，短进尺，弱爆破，强支护，勤量测，早封闭，实回填”的原则。
五、经济效益分析
在V级围岩及高地应力围岩条件下，采用三台阶七步开挖的施工方法。能较好地保证围岩的稳定性及隧道施工的安全性。且台阶之间可平行穿插作业，互不干扰；开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度，隧道掌子面每天掘进达3m，相比传统三台阶开挖法加临时仰拱每天进尺1m，每天可多开挖2米，每月可多开挖60米，每月可提高施工产值约300万元人民币。且该方法可使初支及时封闭成环，形成整体承载，有效避免了初支变形坍塌情况的发生，避免了质量和安全一类的问题处理措施费，每延米可节约成本约1万元。与原设计方案相比，机械利用率高，经济效益显著。