新三台阶工法

1、新三台阶工法中国水利水电第三工程局有限公司 1前言 新三台阶工法是在大西高铁磨盘山隧道大断面黄土段施工时，在三台阶七步流水开挖法的基础上变化而来，在施工过程中不断改进和完善，基本形成一套成熟工法。本工法是对开挖黄土隧道施工的工法总结，在有效的保证了施工安全同时加快了施工进度，可为类似工程提供借鉴。2工法特点2.1施工空间大，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。2.2 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。2.3 适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。2.4 在台阶法开挖的基础上，上台阶预留核心土，中台

2、阶不留核心土，在下一循环上台阶和中台阶开挖时挖掘机有更大的操作空间。左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。2.5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。3适用范围 本工法适用于大断面黄土隧道，不适用条件有围岩地质为流塑状态、洞口浅埋偏压段。4工艺原理 根据新奥法理论基础，初期支护采用钢拱架、挂网、喷混凝土柔性支护体系，快速施作初期支护，及时封闭成环，减少围岩卸荷，充分利用围岩自稳能力，保证施工安全。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程（见图5-1-1）围岩稳定性评判、修正支护参数监控量测超前支护上部弧形导坑开挖，施作初期支护断面检查左右侧错开开挖中台

3、阶，施作初期支护左右侧错开开挖下台阶，施作初期支护开挖上、下台阶预留核心土分段开挖隧底，施作初期支护施作仰拱施作仰拱填充图5-1-1 新三台阶开挖法工艺流程5.2开挖步骤5.2.1 上台阶开挖支护1、道拱部140°范围打设42 mm超前小导管。相关施工参数：壁厚3.5 mm，L=4 m，环向间距30 cm，外插角5°10°，搭接长度1.0 m。2、挖掘机开挖上台阶，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35m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2。每循环开挖长度控制在0.60.8 m，即1榀钢架的距离，开挖后人工修边，及时喷射4 cm

4、厚混凝土，封闭作业面。3、后打设系统锚杆和挂设钢筋网片。系统锚杆采用22 mm药包锚杆，长3.5m，间距l.2 m × 1 m，梅花形布置，锚杆尾端均配有150x150x6mm垫板、螺母。钢筋网片采用8 mm钢筋，网格间距20 cm×20 cm。4、I20b型钢钢架，上台阶分3节安装，环向用钢板螺栓连接，纵向用22钢筋连接，环向间距1.0 m，超前小导管尾端焊接在钢架上。5、安装完毕后进行锁脚锚杆施工，锁脚锚管采用42 mm钢筋，长度4.0 m，每处设置2根，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30打设锁脚锚管。6、架、锚杆和钢筋网施工后，及时复喷C25混

5、凝土，其厚度应达到设计要求，上台阶施工完成形成承载拱。5.2.2 中台阶左侧和下台阶右侧边墙开挖支护1、阶超前中台阶35 m后，交错开挖中台阶左侧和下台阶右侧边墙，每次开挖控制在12榀，左右两侧的初期支护不同时处于悬空状态。中台阶开挖高度约3.5 m，应分上下两次开挖，便于人工修边和对上台阶初期支护底部修凿。此期间挖掘机开挖下台阶。当中台阶上部修边和上台阶初期支护底部修凿结束后，继续开挖中台阶下部。2、阶下部修边结束后，及时喷射4 cm厚混凝土，封闭作业面。3、后打设系统锚杆和挂设钢筋网片。系统锚杆采用22 mm药包锚杆，长3.5 m，间距l.2 m×l m，梅花形布置，锚杆尾端均配

6、有150x150x6mm垫板、螺母。钢筋网片采用8 mm钢筋，网格间距20 cm×20 cm。4、安装拱架，复喷混凝土。中台阶长度控制在34 m。中台阶右侧和下台阶左侧边墙开挖支护方法同上。5.2.3仰拱开挖支护下台阶开挖达到20 m时进行仰拱开挖。仰拱分两次开挖，每次开挖3 m后立即进行仰拱初期支护，完成一个仰拱施工长度后，及时浇筑仰拱混凝土，随后搭设仰拱栈桥，继续开挖前方掌子面。 5.2.4二次衬砌开挖及初期支护完成后，根据监控量测判判定收敛稳定，尽快施作二次衬砌混凝土。 二次衬砌采用自行液压组合门架式衬砌台车。台车长度以912m为宜。钢模台车加工时，应考虑收敛变形影响，宜加大5

7、cm 。自建100型强制式拌和站拌制混凝土，浇注时泵送。 各种埋件、孔洞、挂钩的尺寸、数量、现场位置应符合图纸和规范要求。施工封、变型缝、沉降缝的处理符合设计要求。模板应密贴已浇注混凝土，搭接长度不小于10cm。挡头模板应制作工整、平顺、无错台。5.2.5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。必测项目见表3、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。表5.2.5.3监控量测必测项目序号检测项目测量方法和仪表测量精度备注1

8、洞内、外观察现场观察，地质罗盘仪2初期支护拱（墙）脚净空变化采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm3初期支护拱顶下沉采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm4地表沉降水准测量的方法，水准仪1mm浅埋隧道（Ho2b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必测 注：Ho为隧道埋深；b为隧道最大开挖宽度。4、净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定。测点、测线布置详见图5.2.5.4图5.2.5.4 净空变化测点布置 1 上部弧形导坑开挖并施做拱部初期支护后，布设拱顶下沉测点A和第一条净空量测基线BB，在36 h内取得初读数； 2 中台阶开挖并施做上部边墙初期支护后，布设第二条净空量测基线cC，在

9、36 h内取得初读数； 3下台阶开挖并施做下部边墙初期支护后，布设第三条净空量测基线DD，在36 h内取得初读数； 4其他量测项目应在开挖后12 h内取得初读数，最迟不得超过24 h，且在下一循环开挖前完成； 5拱(墙)脚净空变化、拱顶、地表观测点应布设在同一断面，便于分析、比较。5、各测点取得初读数据后，应按照位移速度和量测断面距开挖面距离选择量测频率(见表5.2.5.5)。当出现异常情况时，应加大量测频率。表5.2.5.5量测频率位移速度距开挖面距离位移速度（mm/d）侧量频率量测断面距开挖面距离（m）量测频率52次/d(01)B2次/d151次/d(12)B1次/d0.511次/23d(

10、25)B1次/23d0.20.51次/3d5B1次/7d0.21次/7d注：1 B为隧道开挖跨度；2 当按照“位移速度”和“量测断面距开挖面距离”选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的实施。6、位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表5.2.5.6要求确定。表5.2.5.6位移控制基准类别距开挖面1B（U1B）距开挖面2B（U2B）距开挖面较远允许值65%Uo90%Uo100%Uo 注: 1 B为隧道开挖宽度；2 Uo为极限相对位移值，可根据隧道的开挖宽度、埋深，按照不同的围岩等级，参照铁路隧道监控量测技术规程或通过工程类比确定。7、根据位移控制基准，可按表5.

11、2.5.7分为三个管理等级。表5.2.5.7位移管理等级管理等级距开挖面l曰距开挖面2BU<UlB3u< U2B3U1B3U2，1B3U2B3U<2U2B3IU>2U1B3u>2B3注：U 为实测位移值。8、隧道位移管理应符合表5.2.5.8的规定。表5.2.5.8变形管理管理等级工 程 对 策正常施工采取工程对策，包括加强超前支护等，缩短台阶开挖长度，调整初期支护强度、刚度等，同时加强监控量测I停止开挖，加强初期支护，加强监控量测 5.3劳动力组织表5.3 劳 动 力 组 织序号 工种或岗位 数量备注1队长1组织施工2副队长2组织施工3技术管理人员1现场技术控制

12、4施工质量管理人员1质量控制5试验检测人员2 质量检测6施工安全管理人员1安全监控7 测量工2测量方样8电工2电力管线负责9司机12运输、装运弃碴10钢 筋 工10支护11 喷 射 工12支护12辅助工种24立架、杂工13合计706. 机具设备6.1 主要设备表序号设备名称规格型号数量单位用于施工部位1地质雷达TRT60001台地质勘探2全站仪莱卡TS02 1套测量7混凝土喷射机TK-5003台支护8管棚钻机PG-1153台支护9液压锻钎机PYZ-50T3台洞外加工厂10挖掘机PC2201台洞内扒渣11侧卸装载机ZLC50C2台装渣13自卸汽车CQ3260 20t4台出渣14混凝土模板台车整体

13、液压12m1台混凝土浇筑15混凝土输送泵HBT60C1台混凝土泵送16混凝土输送罐车AH5253GJB 8m33台混凝土运输17仰拱栈桥L=15m1个混凝土浇筑18混凝土振捣器HZ6×706个混凝土振捣19高压双液注浆泵KBY-50/701台注浆20灰浆搅拌机TBW50/151台制浆22混凝土拌和站120m3/H1个混凝土拌制7. 质量控制7.1引用的相关规范：表7.1铁道部施工技术文件、标准、规范及施工指南表序号标准名称文件编号或标准号1工程建设标准强制性条文TB/T 30542建设工程质量管理条例TB/T 10059-983铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定铁建设（2005）157

14、号4客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准铁建设（2005）160号5铁路混凝土工程施工质量补充标准铁建设（2005）160号6铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准TB1042420037铁路隧道设计规范TB10003-20058铁路工程地质勘察规范TB10012-20019铁路隧道喷锚构筑法技术规范TB10108-200210铁路隧道防排水技术规范TB10119-200011铁路工程水文勘测设计规范TB10017-200512铁路工程岩土分类标准TB10077200113新建铁路工程测量规范TB101019914铁路工程土工试验规程TB10102200415铁路隧道辅助坑道技术规范TB10

15、1099516铁路隧道防排水技术规范TB10119200017客运专线铁路隧道工程施工技术指南TZ214-200518铁路混凝土施工技术指南TZ210-200519铁路隧道施工规范TB10204200220铁路混凝土与砌体工程施工规范TB10210200121铁路隧道衬砌质量无损检测规程TB10223200422铁路工程施工技术安全规程(上册)TB10401.1200323铁路工程施工技术安全规程(下册)TB10401.2200324铁路混凝土强度检验评定标准TB104259425铁路工程结构混凝土强度检测规程TB10426200426铁路工程环境保护设计规范TB105019827铁路工程建设

16、项目水土保持方案技术标准TB1050320057.2注意事项： 1、采用新三台阶法开挖，由于开挖步骤较多，因此工序较复杂，必须合理安排工序，才能保证施工规范、有序进行，从而保证施工进度。2、开挖时严格控制欠超挖，机械开挖时应预留30 cm由人工开挖，减少对围岩的扰动，并保证岩面圆顺，及时初喷4 cm混凝士以封闭暴露围岩，增强岩体整体性，为初期支护后续工作争取安全时间。3、各部分开挖时，钢架设计加工与开挖轮廓吻合，支护尽量圆顺，从而减小力集中，地质很差时左右侧上部开挖施考虑预留核心土切环开挖。4、严格控制钢架加工质量，减少安装拼接时间，保证安装质量。钢架间应连接牢固，必要时可加焊钢筋。5、设置锁

17、脚锚管是保证初期支护安全的重要措施。试验和量测表明，在拱脚和墙脚位置，初期支护受到较大竖向压力和侧向压力，锁脚锚管可保证工字钢受到侧向力时不向洞内位移，同时起到抑制拱架整体下沉作用，保证初期支护结构在施工过程中受力稳定。根据实际变形情况，每分节处锚管可由设计的2根增为4根，同时应确保锁脚锚管与钢架的焊接质量。6、扩大拱墙脚是减少拱顶下沉量的有效措施。扩大拱墙脚增大承压面积，有利于施工过程中竖向压力的传递，也有利于该节点横向受力的稳定。实际施工中，上台阶拱脚宽度由设计的80 cm扩大为100 cm，下台阶墙脚由设计的50 cm扩大为80 cm，另外增设中台阶扩大拱脚，宽度为80 cm。7、在拱墙

18、脚下垫设槽钢或混凝土垫块，以增大地基承载力，减小初期支护闭合前的整体下沉量。8、加密初期支护钢架的纵向连接钢管，提高钢架间整体受力能力9、喷锚时钢架背面应与围岩喷实密贴，不密贴时可采用同级混凝土垫块填塞或采用注浆，保证初期支护钢架背面无空洞，使钢架与围岩形成联合支护体共同受力。10、仰拱及时施作是确保初期支护安全的根本措施，仰拱及填充混凝土要及时浇筑，与掌子面间的距离不得大于规定的安全距离，一般控制在35 m以内，尽早封闭成环，有利于形成完整的初期受力体系。及时跟进二次衬砌施工，有利于尽早形成完整的隧道受力结构，一般控制在距掌子面70 m以内，特殊地段单独考虑。11、适当预留开挖变形量，施工前

19、期预留变形量15 cm，在施工工艺及措施优化基础上，通过监控量测及时进行调整。12、合理控制步长，上台阶步长控制在35 m，中台阶34 m，上台阶每次开挖1榀钢架距离，中、下台阶可根据地质情况一次开挖12榀钢架距离，仰拱开挖每次控制在3 m。13、结合超前地质预报、地表沉降观测、洞内收敛观测，适时调整施工工艺和设计参数，确保施工安全。14、施工中特别注意施工用水和隧道渗水的排放。由于工序多，施工用水和隧道渗水容易在边墙处汇集，浸泡拱脚基础， 使其变软，从而造成初期支护和围岩的整体下沉。 8. 安全措施 8.1如果洞内有害气体超标，施工人员禁止入洞。 8.2开挖成型后要及时进行初喷混凝土封闭开挖

20、面，防止围岩风化。初期支护和临时支护要及时施作，控制围岩的初期变形量，提高隧道围岩的自稳能力。 8.3严格按照机械设备的操作规程合理使用施工机械。对各种机械设备要定期进行检查，保证机械设备在正常状况下工作。 8.4规范施工用电管理。要做到“一机、一闸、一保护”，进洞电缆都要采用绝缘电缆线架空进洞。 8.5要保证工作区的照明亮度满足施工规范要求。 8.6隧道内加强通风和照明，在有粉尘的作业环境中作业，除洒水和通风外，作业人员还必须配备劳保防护用品。 9. 环保水保措施9.1进洞一定距离后要根据洞内净空及人员配置，洞内含氧量等情况设置风机，以及时排除洞内废气。 9.2加强设备养护，减少设备漏油施工

21、机械的废油废水，采用隔油池等有效措施加以处理，不得超标排放。 9.3弃土场要先挡护后弃碴，防止泥沙冲刷污染农田、河流。 9.4洞内外施工场地修筑临时排水设施保证排水畅通。工地废水排放前先经沉淀池沉淀，并采取必要的净化措施处理达标后方可排放。有害物质定点存放并按照有关规定处理。 9.5施工场地和运输道路经常洒水尽以减少灰尘对环境的污染，严格控制洞内空气中微小颗粒的含量符合有关规定要求。 9.6施工完毕后要对弃碴场进行平整，并在其上覆盖厚度不小于100cm的耕植土复耕。采取喷播植草或人工造林的方式进行。 10. 效益分析 采用了新三台阶开挖法安全成功地开挖浅埋隧道及软弱围岩，可指导其他工程应用浅埋隧道减少工程占地，减少环境破坏，减少对地面交通及周围居民生活的影响，节约大量工程拆迁等间接投资。 对隧道进行分序施作，按期安全地完成施工，很好地解决