三台阶法隧道开挖施工工法

智文中

摘 要：三台阶法隧道开挖在在大断面隧道施工中，可以很好地缩短工期，提高工效。本文通过对三台阶法隧道开挖施工工法的特点、适用范围、工艺流程、效益分析等方面详细的阐述，总结了三台阶法隧道开挖施工工法，为此工法在今后隧道施工中的普遍应用产生了深远的影响效用。

关键词：三台阶法 隧道开挖 左右错开环向开挖 预留核心土 初期支护 效益分析

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0087-03

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、工效低、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，工效低、速度慢，难以满足客运专线工期要求；拆除临时支护时，正洞初期支护会因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，我们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；能较大限度地发挥大型施工机械的优势，以求最佳的施工进度；把长期施工实践所积累的作业习惯融合于施工方法中，做到高工效，易掌握，达到快速形成施工能力的目的等要求。

借鉴近几年大断面隧道施工的成功经验，规避传统施工方法的局限性，以加快隧道施工进度、保证隧道施工安全、提高施工质量为目的，在重庆沿江高速公路隧道施工，提出了三台阶法隧道开挖施工的工艺流程、施工步骤、控制要点、劳动组织、机具设备等，突出大断面软岩隧道开挖施工的技术特点，总结完善形成本工法。

1 工法特点

施工利用空间大，便于机械操作，可以多个作业面同时施工。可以统筹安排施工，工效较高；当地质条件发生变化时，可以及时转换施工工序，调整施工方法，避免窝工；利用台阶法预留核心土法开挖施工，应左右侧错开开挖，利于减小对围岩的扰动，保证开挖作业面稳定；在围岩变形较大或突变时，保证安全和满足设计要求的前提下，可尽快缩短施工时间；适用不同跨度和多种断面形式的隧道，为初期支护工序在时间和空间上创造了条件。

2 适用范围

本工法适用于开挖断面为I级公路二车道和三车道，具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。不适用于围岩地质为流塑状态、洞口潜埋偏压段（但经过反压处理或施作超前大管棚后可采用）的隧道施工。

3 施工工艺

“三台阶法隧道开挖”，就是在隧道开挖过程中，以小导坑开挖预留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面[1]，以前后七个不同的位置相互错开施工，故又称“三台阶七步开挖法”。开挖部分及时支护，形成支护整体，各个工序交叉作业，缩短了作业循环时间，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，整体推进的隧道施工方法。

4 施工工艺流程

4.1 施工工艺流程（见图1）

4.2 三台阶隧道开挖施工步骤

施工步骤见图2，开挖透视见图3，施工工序见图4。

第1步，导坑上台阶开挖：熟悉施工图纸，准确放样。环向开挖导坑上台阶，预留核心土。上台阶开挖高度不小于开挖跨度的0.3倍。一般为3～4 m。开挖循环进尺最大不得超过1.5 m。上台阶核心土长度（隧道纵向）3～5 m，高度为1.5～2.5 m，宽度为上台阶开挖跨度的1/3～1/2。开挖后应立即施作初期支护，在拱部初期支护完成后进行下道工序。

第2步，左右两侧中台阶开挖：开挖时左右应错开2～3 m，最大进尺不得超过 1.5 m，开挖高度为隧道总开挖高度（不含仰拱）减去上台阶开挖高度后除以2，一般为 3.0～3.5 m。开挖后立即施作初期支护。

第3步，下台阶左右两侧开挖：开挖时应错开，最大不得超过1.5 m，开挖后及时施作初期支护。

第4步，开挖预留的核心土：分别开挖上、中、下台阶预留的核心土[2]，开挖进尺与各台阶循环进尺一致。

第5步，隧道底部开挖：每循环开挖进尺与上、中、下台阶一致，开挖后及时施作初期支护。设计有仰拱的，要及时施作仰拱[3]。

4.3 三台阶法隧道施工注意事项

加强超前地质预报，必要时骋请有资质的单位进行超前地质预报。超前地质预报报告要及时，报告结果与设计进行对比，及时调整台阶长度或施工方法，必要时对初期支护参数和二次衬砌厚度进行调整，以确保施工质量和安全。导坑上部开挖要严格控制，避免超欠挖，弧形导坑需爆破时，应采用导爆索光面爆破。严格按批复的方案施工，减小对围岩的扰动，避免坍塌现象发生。加强隧道的监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整施工方法、支护参数、二衬厚度等，以保证施工安全和质量。

5 材料与设备

材料：本工法使用的材料都是常用的，不作说明。

设备：本工法操作简单，单作业面施工机具配备见表1，可根据施工现场情况酌情调整。

6 质量控制

工程质量控制标准：本工法以《公路隧道施工技术规范》《公路隧道施工技术细则》《公路工程质量检验评定标准》进行质量控制。质量保证措施。在开工前建立质量保证体系，编制质量保证措施，并报送有关部门审批。严格按审批的质量保证措施进行施作，不得偷工减料，不得麻痹大意。

加强光面爆破管理，避免断面超欠挖现象。严格按照批复的方案施工，减小对围岩的扰动，最大限度避免坍塌现象发生。

7 安全措施

本工程严格执行《中华人民共和国安全生产法》和《安全生产条例》等相关法律法规。

在隧道开挖前建立健全项目安全保证体系。编制安全保证措施，并报送有关部门审批。

在施工过程中，严格遵照执行审批的安全措施中的有关规定，不得麻痹大意。做好隧道开挖超前地质预报工作，并坚持用长锚杆进行地质验证。加强监控量测，必要时骋请有资质的单位进行隧道的监控量测。加强洞内通风，掌子面进风流中，氧气浓度不得低于20%。爆破后，要加强管理，危石清理必须彻底。

8 环保措施

本工法严格执行国家标准和当地的有关环保政策和有关规定。

施工现场按照设计统一规划、业主要求和施工环保的要求进行实施。污水处理采用多级沉淀池过滤沉淀。处理的工艺流程为：污水—收集系统—多级沉淀—沉淀净化处理—排入河道。严禁乱倒、乱卸。施工现场设密闭式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按规定分开收集，做到每班清扫，每班清运。

施工道路上要适量洒水，减少粉尘污染。隧道施工应加强洞内通风，通风管不得破损，作业环境应符合职业健康及安全标准。

9 效益分析

9.1 经济效益

大断面软岩隧道施工采用“三台阶法隧道开挖施工工法”，在经济效益方面尤为突出，与传统的大断面隧道CRD法施工比较，主要有以下几个方面的优点：一是拓展了隧道的施工空间，可以做到大型施工机具生产效率最大化，避免了CRD法作业空间小、限制了大型施工机具使用的尴尬局面，进一步提高了单位时间内的施工产值，缩短了整个单位工程的施工工期；二是降低了人工用量和劳动强度，节约了工费成本，由以往密集型劳力施工转变为机械化、程序化施工；三是采用“三台阶法隧道开挖施工工法”施工没有临时支护环节，节约了大量的临时支护成本，减少投资浪费；四是工程质量满足验标要求，操作便捷，推广性强。

以重庆沿江高速公路古树岩1、2号隧道为例，与传统的大断面隧道CRD法施工相比，采用“三台阶法隧道开挖施工工法”，有效地发挥了大型施工机具的使用效率，施工进度达到了月平均90-100 m/月，经济效益显著。

9.2 社会效益

古树岩1、2号隧道采用三台阶隧道开挖法施工技术，领先重庆沿江高速公路全线其它重难点隧道工程，第一个顺利贯通，受到了设计单位、监理单位、其他施工单位的一致好评。突破了大断面隧道安全风险高、施工进度慢、施工难度大这一难题，社会效益显著。

9.3 环保效益

该工法施工现场按照设计统一规划、遵循业主和施工环保要求进行实施，隧道地下水及施工用水从核心土开槽引排至集水井，既不影响施工又方便污水处理。施工现场设密闭式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按规定分开收集，做到每班清扫，每班清运，施工环境粉尘污染少。该工法施工速度快、成本低，可节约大量能量资源，环保、节能效益良好。

10 工程实例

在重庆沿江高速公路后续开工的马鞍山隧道、砂磨石隧道、黄岭隧道、哑口隧道[4]、晒顶堡隧道等，均采用三台阶法隧道开挖施工工法，取得了安全、质量、进度的良好效果。三台阶法隧道开挖施工工法将会被越来越多的人所认可，在今后隧道施工中将会得到更广泛的应用。

参考文献

[1] 铁路隧道施工规范（TB1024-2002）[S].

[2] 《铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南（试行）》（经规标准「2007」119号）[S].

[3] 客货共线铁路隧道工程施工技术指南[Z].

[4] 重庆沿江高速公路设计旋工图说明[R].