铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工工艺培训

1、兰新第二双线一项目部隧道四队 2010年7月 三台阶七步开挖法培训主要内容 1、 西宁隧道出口工程概 况 2、 三台阶七步法简介 3、 三台阶七步法施工工艺 4、三台阶七步法施工控制要点 1、西宁隧道出口工程概况 西宁隧道全长为5743m，其中出口位于西宁市城北区二 十里铺镇魏家庄村预制场附近，与防空洞相交两次。洞 门形式为端墙式洞门，洞口里程为DK197+863，其明 洞长度为23m（DK197+863+840）。线路右侧山 坡较陡，线路左侧覆土较薄，上层风积砂质黄土，下伏 上第三系泥岩，夹薄层砂岩、石膏岩和岩盐。出口段围 岩为V级，洞口地址表现为浅埋偏压，岩质软弱破碎、 成拱困难。 1、西

2、宁隧道出口工程概况 出口段平面线路处于半径为7000m的右偏圆曲线上，在 纵断面上，出口处于人字坡段，洞口处于3下坡（出 口往路线大里程方向）。出口端的明暗交界里程为 DK197+840。隧道进洞采用拱部套拱和50根长 30m108大管棚预支护、三台阶七步法开挖的方法。 2、三台阶七步开挖法概况 铁路大断面隧道三台阶七步开挖法(以下简称“三台 阶七步开挖法”)是以弧形导坑开挖留核心土为基本 模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位 的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施 工方法。 2、三台阶七步开挖法概况 三台阶七步开挖法施工立体效果图三台阶七步开挖法施工立体效果图 2、三台阶七步开

3、挖法概况 三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100180 平 方米，具备一定自稳条件的、V级围岩地段隧道 的施工。主要表现包括：黄土、强风化岩层（强风 化泥岩、强风化泥质粉砂岩等）。不适用于围岩地 质为流塑状态、洞口浅埋偏压段（但经过反压处理 或施做超前大管棚后可采用）。 2、三台阶七步开挖法概况 本隧道开挖断面约为150165 平方米，围岩级别 为V级，上层风积砂质黄土，下伏上第三系泥岩， 夹薄层砂岩、石膏岩和岩盐，虽然洞口地址表现为 浅埋偏压，但洞口施做了一环30m长的108超前 大管棚支护，因此，可以采用三台阶七步开挖法。 2、三台阶七步开挖法概况 三台阶七步开挖法技术特点： （1）施工空

4、间大，方便机械化施工，可以多作业 面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机 直接开挖，工效较高。 （2）在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地 转换施工工序，调整施工方法。 （3）适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工 序操作便捷。 2、三台阶七步开挖法概况 三台阶七步开挖法技术特点： （4）在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右 错开开挖，利于开挖工作面稳定。 （5）当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满 足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。 三台阶七步开挖法规避了侧壁导坑法、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，方便机械施工，利于

5、施工工序转换。 2、三台阶七步开挖法概况 三台阶七步开挖法原则： 采用三台阶七步开挖法施工应尽量缩短台阶长度， 确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时 跟进，尽早形成稳定的支护体系。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 3.1 施工工艺流程 （1）三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤： A、上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护； B、中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护： C、中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期 支护。 每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施 做仰拱，尽早封闭成环。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 测量放样测量放样 超前支护超前支护 上部弧形导坑开挖断面处理、

6、初上部弧形导坑开挖断面处理、初 支支 左右交错开挖中台阶、初左右交错开挖中台阶、初 支支 左右交错开挖下台阶、初左右交错开挖下台阶、初 支支 分段开挖隧底、初支分段开挖隧底、初支 施做仰拱、仰拱填充施做仰拱、仰拱填充 围岩稳定性评围岩稳定性评 判修正支护参判修正支护参 数数 三台阶七步开挖法工艺流程图三台阶七步开挖法工艺流程图 满足满足 断面检断面检 查查 不满足不满足 3、三台阶七步开挖法施工工艺 3.2 施工作业 （1）采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前 地质预报纳入施工工序，并根据工程水文地质变化情 况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的 技术措施，及早封闭成环，保证施工安

7、全。 （2）采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应根据工 程水文地质条件，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。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （3）三台阶七步开挖法施工应符合下列要求： u 以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破； u 弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土， 开挖后及时支护； u 其他分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初 期支护衔接紧密，及时封闭成环； u 仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系； 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （3）三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：

8、u施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形 情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工 安全； u完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚 基础。 三台阶七步开挖法施工步骤 拱部超前小导 管预注浆支护 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，核心土长度宜为35米， 宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2。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1.5米，开挖后立即 初喷35cm砼。上台阶开挖失跨比应大于0.3，开挖后应及 时进行喷、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30搭设锁脚锚 杆，

9、拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。 第2、3步，左右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护 钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3 3.5m，左右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35cm 砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚 以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30搭设锁 脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。 第4、5步，左右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护 钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为3 3.5m，左右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35cm 砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚 以上30cm

10、高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30搭设锁 脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。 第6步，上中下台阶预留核心土：各台阶开挖分别开挖后及 时施作仰拱初期支护，完成两个隧道开挖、支护循环后，及 时施作仰拱，仰拱分段长度宜为46m。 第7步，隧底开挖：每循环开挖进尺长度宜为23m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46m。 上1 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3

11、三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上6 中3 中1 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上6 中3 中1 上7 中4 中2 下1 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开

12、挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上6 中3 中1 上7 中4 中2 上8 中5 中3 下1下2 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上6 中3 中1 上7 中4 中2 上8 中5 中3 下1下2 下1 上9 中6 中4 下3 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上6 中3 中1 上7 中4 中2 上8 中5 中3 下1下2 下1 上9 中6 中4下2 下3 上 10 中7

13、 中5 下4 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上6 中3 中1 上7 中4 中2 上8 中5 中3 下1下2 下1 上9 中6 中4下2 下3 上 10 中7 中5 下4 上 11 中8 中6 下5 下3 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上6 中3 中1 上7 中4 中2 上8 中5 中3 下1下2 下1 上9 中6 中4下2 下3 上 10 中7 中5 下4 上 11 中8 中6 下5 下3 上 12 中9

14、 中7 下6 下4 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上 16 中1 上 17 中 14 中2 上 18 中 15 下1下2 下1 上 19 中 16 中 14 下2 上 20 中 17 中 15 下 14 上 21 中 18 中 16 下 15 上 22 中 19 中 17 下 16 下 14 上 23 中 20 中 18 下 17 下 15 仰1 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 上1上2上3上4 中1 上5 中2 上 16 中1 上 17 中

15、 14 中2 上 18 中 15 下1下2 下1 上 19 中 16 中 14 下2 上 20 中 17 中 15 下 14 上 21 中 18 中 16 下 15 上 22 中 19 中 17 下 16 下 14 上 23 中 20 中 18 下 17 下 15 仰1 上 24 中 21 中 19 下 18 下 16 三台阶七步法三台阶七步法-首次开挖工序展示首次开挖工序展示 （未示核心土）（未示核心土） 3、三台阶七步开挖法施工工艺 三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆 （管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。 初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然 承载力。 3、三台阶

16、七步开挖法施工工艺 开开 挖挖 清理岩面清理岩面 初喷混凝土封闭岩面初喷混凝土封闭岩面 施做系统锚杆，挂钢筋网施做系统锚杆，挂钢筋网 安装钢架安装钢架 复喷混凝土至设计厚度复喷混凝土至设计厚度 量测数据分析、反馈量测数据分析、反馈 初期支护施工工艺流程图初期支护施工工艺流程图 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （1）初喷混凝土封闭岩面要求： a、初喷混凝土应在开挖后立即进行。 b、用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混 凝土厚度的标志钉。 c、工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排 水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通 过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干 喷形式快速封闭

17、渗水岩面。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （1）初喷混凝土封闭岩面要求： d、喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩 面粘结力要求。 e、喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或 墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩 拱(墙)脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平 顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜 保持在1.02.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （2）系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求： a、初喷混凝土后应及时施做锚杆，锚杆必须设置垫板。 岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔 进浆的施工工艺；黄土隧道系统

18、锚杆按设计要求选用。 b、钢筋网可采用为8 mm或6 mm的HPB235钢 制作，网格尺寸宜采用20 cm20 cm25 cm25 cm，搭接长度应为12个网格，网片间采用焊接方式 连接。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （2）系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求： d、钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3 cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保 护层厚度不应小于4 cm。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （3）安装钢架应符合下列要求： a、拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置 施做定位锚杆架设钢架布设纵向连接筋。 b、墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板 施做定位锚杆对应拱部单

19、元架设墙部钢架单元 布设纵向连接筋。拱、墙部钢架单元宜采用栓接的 方式连接。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 （3）安装钢架应符合下列要求： c、加强钢架拱(墙)脚锁脚锚杆(管)施工，各台阶每 单元钢架拱(墙)脚以上30 cm高度处，紧贴钢架两侧 边沿按下倾角30。打设4根或4根以上锁脚锚杆(管) ，锁脚锚杆(管)与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不应 小于22 mm，锁脚锚管直径不应小于42 mm，长度 不得小于35 m，以控制基脚变形。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 安装钢架施工注意事项及要求： 钢架拱(墙)脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫 槽钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的 虚渣、虚

20、土及杂物。 钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与 设计位置的偏差不超过5 cm，垂直度允许偏差为 2。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 安装钢架施工注意事项及要求： 钢架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固，以增强 钢架的整体稳定性。 锁脚锚杆施工应作为施工质量控制的重点，锁脚锚 杆尾部宜加工成“L”形。钢架连接板应采用栓接牢 固连接。 钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2 m应采 用骑马或楔形垫块顶紧；钢架与围岩的间隙不应大于 5 cm。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 喷射混凝土厚度应符合设计要求，二次复喷混凝土 应分层喷射，每层厚宜为56 cm。喷射混凝土表 面应平顺，无空鼓、裂缝、酥

21、松，平整度宜采用2 m靠尺检查，允许偏差为侧壁5 cm、拱部7 cm。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 3.3 仰拱施工 （1） 隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱 栈桥，每循环开挖长度宜控制在23 m。当仰拱施 工滞后下部台阶开挖面3040m时，应停止前方工 作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽的 次数不得多余3次，每次跳槽间隔不得大于10 m。 （2）隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、 积水，立即初喷35 cm厚混凝土封闭岩面，按照设 计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使 初期支护及时闭合成环。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 3.3 仰拱施工 （3）仰拱应超前拱

22、墙衬砌，每循环浇筑长度宜为46 m，仰拱应采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土应分段 全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和 变形缝应设置止水带。仰拱表面应平顺，不积水。 （4）仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇 筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次 成型，不留纵向施工缝。填充混凝土强度达到5MPa 后允许行人通行，达到设计强度的100后允许车辆 通行。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、 排水通畅、不积水。 3、三台阶七步开挖法施工工艺 3.4 监控量测 （1）监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点 和监测，量测数据可运用工程类比法及时分析反馈，必 要时应根据

23、分析结果调整支护参数，以保证施工安全。 （2）量测项目可分为必测项目和选测项目。选测项目 可结合工程实际情况，按照铁路隧道监控量测技术 规程的规定选取。 4、三台阶七步开挖法施工控制要点 4.1 隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶 及洞口排水沟应铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及施 工用水下渗，影响结构安全。 4.2 三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安 排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴 露引起围岩失稳。 4、三台阶七步开挖法施工控制要点 （1）初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭 合时间宜控制在15d左右，有条件时应尽量缩短闭合 时间； （2）仰拱应超前施做，仰拱

24、距上台阶开挖工作面宜 控制在3040 m，铺设防水板、二次衬砌等后续工 作应及时进行； （3）二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长 度，但不得大于50m。 4、三台阶七步开挖法施工控制要点 4.3 在满足作业空间和台阶稳定的前提下，应尽量缩 短台阶长度，核心土长度应控制在35 m，宽度宜 为隧道开挖宽度的l3l2。 4.4 三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，根 据围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度 不得超过15 m；开挖后立即初喷35cm混凝土， 以减少围岩暴露时间。 4、三台阶七步开挖法施工控制要点 4.5 严格按设计要求施做超前支护，控制好超前支护 外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在 超前支护的保护下施工。 4.6 隧道周边部位应预留30cm人工开挖，其余部位 宜采用机械开挖，局部需要爆