三台阶七步开挖法施工工艺

1、1三台阶七步开挖法l 总 则1.0.1为保证铁路大断面隧道施工安全和质量，规范开挖作业程序，加强过程控制，提 高施工进度，制定本作业指南。，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。m。，具备一定自稳条件的W、V级围岩地段隧道的施工。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。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

2、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。，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。 ，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。2施工准备，制定调查提纲。施工调查内容应包括工程概况、 施工条件、 地形地质及其他与工程相 关内容。调查结束后应编写施工调查报告。，按照建设项目的规模和工期要求， 有针对性地编制实施性施工组织设计和施工作业指 导书。2.0.3采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应进行施工技术交底，作业人员应进行岗前 培训和安全教育，特殊工种的作业人员应持证上岗。，可根据施工进度要求分期、分批组织上场。2.0.5隧道施工机械配套应针对隧

3、道大断面的特点，以实现机械化均衡生产为目标，配 套的生产能力应为均衡施工能力的1.21.5倍。3施工工艺3.1施工工艺流程3.1.1三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：l上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；2中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护：23中心预留核心土开挖、 隧底开挖， 施做隧底初期支护。隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。每部开挖后均应及时支护，3图3.2施工作业,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，保证施工安全。，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，

4、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。323三台阶七步开挖法施工应符合下列要求:41以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；2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；3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；4仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；5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；6完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。，开挖透视图见 ，施工工序见图5AyP*rillili1 ai0 3v4*1*1S31*1S

5、3 sisissssss .p pssssss主起曹議.33*3153-3-.33*3153-3- * *SS3SSSSSS3SSSS 0 0WWW-.MH豊整H H丫-lixzuvhwss-lixzuvhwss盂4S4S.6.6-SSS135-SSS135 3835*3835*.ss.ss s swswss*wswss* .-.-HwaHwa上s s m m s s 5*5* _$wss_$wss - - - - i51i51辰苗 vm*=.97 7廿5-*|5-*|豊*二w w詈IH*SrTverTve赣二詔寧倉上工75S75S* *3 3s s上%M M苗-ss, ,-*13-*13 n

6、*3n*3 o o o o WHWHU4U4 -*-* 盂为三4 4 *5*5* stt-7s?is*cstt-7s?is*c - - 0000 s-SSLees-s-SSLees- - -2-2 0 0 2$*lwwwlma?2$*lwwwlma?TllTTllTL LW=.SS g 3 3召3g551S3 3iS53=s Saib8施工步骤：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

7、 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，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33.5m，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33.

8、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。,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,其施工 工艺流程见开 挖9图3

9、25初期支护施工工艺流程1初喷混凝土封闭岩面：1）初喷混凝土应在开挖后立即进行。2）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。3）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渗水 岩面。4）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。5）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

10、以螺旋形划圈移动。2系统锚杆（管）、钢筋网施做应符合下列要求：1）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；黄土隧道系统锚杆按设计要求选用。2）钢筋网可采用为$8 mn或 $6 mm的HPB235钢制作，网格尺寸宜采用20 cmx 20 cm-25 cmx25 cm，搭接长度应为12个网格，网片间采用焊接方式连接。3）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安装钢架应符合下列要求：101）拱部单元安装工序： 放样确定钢架基脚位置一施做定位锚杆一架设钢

11、架一布设纵向 连接筋。2）墙部单元安装工序： 墙脚部位铺设槽钢垫板一施做定位锚杆一对应拱部单元架设墙 部钢架单元一布设纵向连接筋。拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接。3）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3.5 m,以控制基脚变形。4）施工注意事项及要求：1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、虚土及杂物。2钢架

12、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。4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。5钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2m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。4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 emo喷射混凝土表面应平顺，无空鼓、裂缝、酥松，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。3.3 仰拱施工3.3.1隧底开挖应采用全幅分段施工

13、,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。3.3.2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。3.3.3仰拱应超前拱墙衬砌，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。113.3.4仰拱填充混凝土应在

14、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. 4 监控量测3.4.1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。3.4.2量测项目可分为必测项目和选测项目。必测项目见表3.4.2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3.4.2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

15、注1洞内、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（How2b）、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。3.4.3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123. 4.3。拱顶观测点图3.4.3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

16、cC在36h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。3. 4. 4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3.4.4）。当出现异常情况时，应加大量测频率。表3.4.4量测频率位移速度距开挖面距离位移速度（mm/c）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/2

17、3d（25）B1次/23d0.20.51次/3d5B1次/7dV0.21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。133. 4.5量测数据整理及位移一时间变化曲线绘制应符合下列规疋：1量测数据整理时，应将原始数据按照大小顺序，用频率分布的形式显示出一组数据分 布情况，进行数据的数字特征计算以及离散数据的取舍。2绘制位移一时间变化曲线，通过回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。具体方法如下(如拱顶下沉)：1)将量测数据输入计算机系统，绘制位移一时间变化曲线(Uf曲线)，见图3.4.5;(b)注：为拱顶最

18、大允许位移值。图3.4.5位移一时间变化曲线示意2)若uf曲线如图3.4.5(a)所示趋于平缓，通过数据处理或回归分析，可推算最终位移值，掌握位移变化规律；3)若卜曲线出现类似图3.4.5(b)所示情况，变形有加快发展趋势，表明围岩和支护处于不稳定状态，应停止前方开挖面掘进，加强支护。3一般情况下，采用三台阶七步开挖法施工时，围岩与支护变形有以下规律：开挖中台阶时，A点和BB基线位移会发生突变， 中台阶墙部初期支护施做完成后，变形趋于平缓;开挖下台阶时，A点和cc基线位移会发生突变，下台阶墙部初期支护施做完成后，变形趋于平缓；开挖隧底时，A点和DD基线位移会发生突变，仰拱初期支护施做完成，支护

19、 全环闭合后，变形趋于平缓。3.4.6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3.4.6要求确定。表3.4.6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%Uo14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。3.4.7根据位移控制基准，可按表3.4.7分为三个管理等级。表3.4.7位移管理等级管理等级距开挖面1曰距开挖面2B出UUIB/3u U2B/3nU1B/ 3 U2,1B/3U2B/ 3U2U1B3u2%

20、B/3注：U为实测位移值。3.4.8隧道位移管理应符合表3.4.8的规定。表3.4.8变形管理管理等级工程对策出正常施工n米取工程对策，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4 施工控制要点4.0.1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。4.0. 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。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。15403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I/3I/2。404三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1