隧道软弱围岩三台阶七步开挖施工工法浅析

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提要：本文主要在台阶开挖法的基础上，通过实践总结，介绍大断面软弱围岩三台阶七步开挖施工工法的内容，用以指导现场施工。

关键字：大瑶山1#隧道、三台阶七步开挖

Abstract: this paper mainly on the basis of steps excavation method, through the practice, this paper presents the section weak rock three steps seven steps excavation construction methods of the content, in order to instruct on-site construction.

Key words: data to 1 # tunnel, three steps seven steps excavation

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

乐昌至广州高速公路大瑶山1#隧道为分离式双洞单向行驶隧道，单洞长4220m，隧道穿过保护区的核心区，按双向六车道高速公路标准建设，主线设计速度100Km/h。通过对其开挖工法不断的总结和优化，加快了施工进度、提高了经济效益。

一、概述

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，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。

二、适用范围

三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100～180m2，具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段隧道的施工。在断层带、破碎带及富水地层中，采取大管棚、迈式注浆锚杆和小导管预注浆固结、止水等技术措施后亦可适用。

采用三台阶七步开挖法，应遵循“先预报、管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，尽量缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和衬砌及时跟进，及时形成稳定的支护体系。

三、工艺原理

三台阶七步开挖法是采用3层短台阶，分步平行流水作业。采用预留核心土，及时闭合仰拱构成稳固的初期支护体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩塑性变形。经监控量测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。

四、开挖法技术特点

1、施工空间大，机械化程度高（复杂地质情况下可投入较多的劳动力），可多作业面平行作业，工效高，经济效益好。部分软岩地段可以采用挖掘机直接开挖，减少对围岩的扰动；爆破施工可以分成多个作业面进行，采用微震爆破技术，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。

2、在地质结构复杂多变、软硬围岩变化频繁的隧道施工中，便于灵活、及时地调整施工方法，进度稳定，工期保障性强。

3、能适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序简单。

4、在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错台开挖，利于掌子面稳

5、这种开挖作业法吸收了上下导坑法，侧壁导坑法，台阶法甚至全断面开挖法的内在特点，是集各法之精髓的新型施工方法。

6、混凝土仰拱超前施作，便于初期支护及早闭合成环承载，且改善了洞内作业、运输环境。

7、三台阶七步开挖法满足了新奥法施工对围岩加强控制的要求。

五、开挖法施工步骤(预留核心土)

1、第1步，上导坑开挖:在拱部超前支护后进行，开挖后先初喷4～6cm厚的喷射混凝土，施作拱部系统中空注浆锚杆，川页岩面安装第一层钢筋网片。然后按设计间距架立钢支撑，每侧钢架拱脚按设计要求打设锁脚小导管，与钢支撑焊接牢固并注浆，安装第二层钢筋网片，最后复喷混凝土到设计厚度。

2、第2, 3步，左、右侧阶开挖:在承载拱的支护下，交错开挖左右阶边墙，开挖高度一般为3～3. 5m，开挖进尺应根据初期支护钢架设置间距确定，及时施作初期支护，保持左右错开2～3m。

3、第4, 5步，左、右侧下台阶开挖:开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，并及时施作初期支护。

4、第6步，上、中、下台阶开挖核心土: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。

5、第7步，隧底开挖：每循环开挖长度宜为4～6m，开挖后及时施作仰拱初期支护，浇筑仰拱和填充混凝土。

六、注意事项

1、为把隧道开挖的影响限制在最小范围内，防止围岩的松弛，在断层带、破碎带、浅埋带等自稳性较差地层和富水地层中，按设计施作大管棚、小导管预注浆，其余地段，在拱部按设计参数施作下一循环超前支护。并把该支护尾端焊在钢架上。

2、分部平行开挖，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2棍拱架，平行施作初期支护，硅仰拱紧跟下台阶及时闭合构成稳固的初期支护体系。

3、开挖轮廓线的下限半径为:设计半径+预留量+二次衬砌模板变形加大量5cm。开挖轮廓线的上限半径为:开挖下限半径+监控量测动态管理的预留沉降量。

4、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3～5m，宽度不小于隧道跨度的1/30

5、为增强钢架的整体稳定性，应将钢架与纵向连接筋和锁脚锚杆焊接牢固。钢架连接板要密贴，拱脚部位易发生塑性剪切破坏，故该部位接头除栓接外，还应四面帮焊，确保接头的刚度和强度。

5、喷射混凝土前应先吹净岩面，喷射时分段按自下而上的顺序进行喷射，喷头运行轨迹应呈螺旋均匀缓慢移动，避免初期支护与围岩之间出现空洞，喷射工作结束后，养护时间不小于七天。

7、施工过程中要做好监控量测工作，根据量测信息确定二次衬砌施作时间，二次衬砌施工时与仰拱连为一体支护成环。

8、用三台阶七步开挖法进行隧道掘进时，应根据现场地质的具体情况进行改变，当岩层较好，可不预留核心土，采用简易开挖台架进行钻爆开挖。台阶总长度宜控制在1～1.5倍的洞径。

七、总结

三台阶七步开挖法适用于具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段隧道施工，具有可多作业面平行作业、工效高、、工法控制灵活等特点，能有效提高开挖施工进度和节约施工成本。