三台阶七步开挖法在浅埋软岩隧道施工中的应用

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摘要 ：本文通过实例阐述了利用三台阶七步开挖法对隧道进行开挖，达到加快隧道施工进度、保证隧道施工安全、提高施工质量的目的。

关键词 ： 浅埋 三台阶 七步开挖

中图分类号：U45文献标识码： A

1．前言

大断面软岩隧道施工中，传统的施工方法有双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，这些施工方法进度慢、功效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工机械的使用，基本靠人工开挖、速度慢，难以满足快速施工要求；拆除临时支护时，初期支护会因为突然卸载而出现大的变形，存在安全风险；各分部开挖面循环衔接性差，相互干扰大，施工质量得不到充分的保证；临时支护反复拆除，成本投入大等。而目前国内大断面软岩隧道施工中，往往会面临以下问题：对工期紧迫性的要求，需组织快速施工；工程水文地质复杂，可变性大，须选择一种能适应地质变化而迅速过渡的施工方法；能较大限度的发挥大型施工机械的优势，以求最佳的施工进度。

2．工程概况

陈家店隧道位于大连市保税区亮甲店街道办事处陈家店村境内，为低山丘陵，小里程进口处地势较平缓，自然边坡6o～10o，大里程出口地势较陡，山体自然边坡25o～35o，起伏较大。工点区多辟为耕地，冲沟发育，地表局部基岩裸漏，沿线暖湿多雨，水量充沛，水力资源丰富。沿线河流较多，辽南主要河流有青云河、登沙河等，均单独入黄海，受季节性控制，平时河水流量不大，雨季流量较大。

隧道起讫里程为DIK51+660-DIK53+160，全长1500米，进口段有280米明洞，为双线直线隧道，最大埋深为26米，最小埋深5米，属浅埋隧道。其中Ⅴ级围岩988米，Ⅳ级围岩407米，Ⅲ级围岩105米，隧道开挖断面为135～140m2。因该隧道围岩等级基本为Ⅳ、Ⅴ级围岩，岩层较为破碎，埋深较浅，为保证施工安全，采用三台阶七步开挖法施工，每个部位开挖循环进尺控制在2榀钢架间距，即1.2米。

3．施工工艺

3.1工艺流程

先对开挖轮廓线进行准确的放样施作超前支护上部弧形导坑开挖，施作超前支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数左右侧错开挖阶，施作初期支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数左右错开开挖下阶，施作初期支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数开挖上、中、下台阶预留核心土分段开挖隧底，施作初期支护并对围岩稳定性进行评判，修正支护参数施作仰拱施作仰拱填充。

3.2施工步骤及工序

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，核心土长度为隧道开挖宽度的1/3。开挖循环进尺为1.2米，开挖后立即初喷5cm混凝土。为保证施工安全，上部弧形导坑开挖的矢跨比设定为0.35（即上台阶开挖高度为2.8米，宽度为8米），预留的核心土顶面距拱顶1.8米，以利于钢拱架的架设。导坑开挖后立即进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°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。

第2、3步，左、右侧阶开挖：开挖循环进尺为1.2米，开挖高度为3米，左、右侧台阶错开3米，开挖后立即初喷5cm厚混凝土，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45°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。

第4、5步，左、右侧下台阶开挖：开挖循环进尺为1.2米，开挖高度为3.5米，左、右侧台阶错开3米，开挖后立即初喷5cm厚混凝土，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45°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。

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一致。

第7步，隧底开挖：每循环开挖长度为3米，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，仰拱分段长度为6米。

4．施工控制要点

（1）将超前地质预报纳入施工工序，并根据水文地质变化情况，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、浅埋段等自稳能性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。

（2）充分利用隧道各工作面，做到全员全过程要素配置充足，尽可能多工序平行作业，以上导作业为控制开挖循环时间关键工序线路，一切以保证上导坑作业为中心，尽一切可能保证上导坑连续作业，尽量把上导坑部分工序移到中、下导坑工作面完成，减少循环关键工序上导坑的作业时间。

（3）优化工序，为提高施工效率，在保证安全的前提下，上、中、下三台阶宜同时开挖，形成分部平行开挖，平行施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时闭合构成稳固的支护体系。开挖时每台阶长度控制在3～5米范围内，严禁左右侧对称开挖，左右侧错开量不少于3榀钢拱架间距，有受偏压侧先行。

5．结语

（1）采用三台阶七步法开挖，施工空间大，可引入大型施工机械，多作业面平行施工，功效高；部分软岩地段或土质可采用挖掘机直接开挖，减小对围岩的扰动。由于工序简单，各部位开挖及初支较容易控制，降低了施工难度。

（2）能适应不同跨度和多种断面形式，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、及时的转换施工工序，调整施工方法。

（3）硬岩隧道爆破施工可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。

（4）由于工序少，工序间的距离减小，故能尽早使初支封闭成环，发挥支护效应，控制围岩及支护变形；混凝土仰拱可提前施作，不仅便于初期支护及早闭合成环承载，而且改善了洞内作业和运输环境。

（5）安全性较好，上部开挖在超前支护的保护下进行，核心土及下部开挖在拱部初期支护的保护下进行，同时由于采用短进尺，且机械设备的利用使开挖进度加快，围岩暴露时间短，松弛变形能得到及时有效的控制，预留核心土能保证掌子面稳定，可有效的防止围岩坍塌。

参考文献：

铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南 TZ31-2007

大断面浅埋软弱围岩隧道三台阶法施工技术【J】山西建筑 2009