铁路隧道大断面破碎硬岩三台阶法合规性快速施工

安全有序、快速合规中国中铁隧道集团公司铁路隧道大断面破碎硬岩

三台阶法合规性快速施工4工程背景及概述三台阶法施工工艺三台阶法施工组织及管理三台阶法施工建议规定现行铁道部关于步距的规定（铁建设〔2009〕40号文、铁建设〔2010〕120号文）背景一、工程背景及概述围岩级别工作面开挖（榀拱架/循环）初支成环距开挖面距离（m）仰拱铺底距开挖面距离（m）拱墙衬砌距开挖面距离（m）Ⅰ、Ⅱ200Ⅲ90120Ⅳ上台阶1～2榀、边墙2榀、仰拱3m355090Ⅴ、Ⅵ上台阶1榀、边墙2榀、仰拱3m354070点评但最常用的120号文并未对Ⅲ级及以上的围岩进行步距规定。并未对Ⅳ、Ⅴ的仰拱铺底距开挖面进行规定。三台阶法某铁路单洞双线隧道开挖断面净空在130㎡左右，硬质破碎岩，少水。设计为Ⅳ级围岩，需要立拱支护（I18），拱架间距1.0m，超前支护φ42超前小导管长4m，φ6.5单层钢筋网片，喷混凝土厚度25cm（仰拱15cm），初支仰拱无拱架和钢筋网，仅为素喷混凝土。采用三台阶法带仰拱施工，每循环进尺为2～3榀拱架，采用机械手喷混凝土。一、工程背景及概述

隧道三台阶开挖时，台阶划分高度为上台阶5.5m，中台阶2.6m，下台阶及仰拱为（2.1+1.8）3.9m；三台阶法一、工程背景及概述断面划分需要进行钻爆开挖且具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩，如硬质岩如砂岩、白云岩等，中强风化破碎岩层等。铁路客专或高铁隧道单洞双线断面，开挖断面在100m2以上，如断面开挖高度在12m左右、宽度均在14m左右。大断面破碎硬质岩三台阶三台阶开挖法是指隧道开挖过程中分上、中、下台阶和仰拱4部分，拱部一次较大断面开挖，中下台阶开挖面可左右错开同时开挖，然后分部同时支护，最后形成支护整体，逐步向纵深推进的作业方法。三台阶法一、工程背景及概述三台阶法一、工程背景及概述断面划分

隧道三台阶开挖时，台阶划分高度为上台阶5.5m，中台阶2.6m，下台阶及仰拱为（2.5+1.4）3.9m；工艺流程1（一）工作面二、三台阶法施工工艺工艺流程1（一）工作面二、三台阶法施工工艺上台阶出碴工艺图片2二、三台阶法施工工艺工艺图片上台阶立拱、中台阶接腿挂网锁脚锚杆（管）支护2二、三台阶阶法施工工工艺工艺图片2上台阶立拱拱架，中下下台阶开挖及出碴（挖机机位于中台台阶）二、三台阶阶法施工工工艺工艺图片下台阶挖装出碴2二、、三三台台阶阶法法施施工工工工艺艺工作作面面碴碴基基本本出出清清，，进进台台架架碴清清、、拱拱立立完完后后准准备备喷喷砼砼支支护护二、、三三台台阶阶法法施施工工工工艺艺工艺图片2上料料喷喷浆浆一一体体机机准准备备喷喷砼砼支支护护上料喷浆一体体机喷施工工艺图片2二、三台阶法法施工工艺按120号文严格控制制各个台阶循循环进尺，三三台阶法施工工中、上台阶阶长度应控制制在10米左右。同一一台阶两侧开开挖必须错开开至少1～2米。人工钻眼时严严格控制超欠欠挖，不超不欠。周边眼眼底不不得超出开挖挖断面轮廓线线10cm，最大不得超超过15cm；必须做好工序序衔接。工序序安排应紧凑凑，尽量减少少围岩暴露时时间，避免因因长时间暴露露引起围岩失失稳。工艺要点3213二、三台阶法法施工工艺工艺要点锁脚锚管是保保证初期支护护安全的重要要措施，在每每节拱架上增设2-4根根锚管，即由由原设计的2根增为4-6根，同时时保证锁脚锚锚管与钢架的的焊接质量。。为保证锁脚脚锚管和拱架架间的有效连连接，可采取设置锁脚脚穿孔钢板的的形式。33二、三台阶法法施工工艺4为增强钢架的整体稳定性，应将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位系筋和锁脚锚杆焊接牢固。必要时加密纵向连接筋。修改拱架至适合长度，确保其重量在100kg左右，2人可轻松抬运，避免机械倒运而降低其工作面施工功效，影响出渣作业。二、三台阶法法施工工艺工艺要点367下、中台阶接接腿时间短，，而上台阶支支护时间长，，因而人员及及设备的组织织上应以上下下台阶同时完完成为佳。工艺要点3二、三台阶法法施工工艺5改变钢拱架及及连接筋，以以前的搭接焊焊接工艺，采采用套管连接接（见图）。。减少掌子面面的现场焊接接工作量，压压缩开挖作业业循环时间。。二、三台阶法法施工工艺工艺要点38改进开挖台架，如采用特级钢制作钢度满足结构要求而重量轻的台架，确保反铲能较轻松地在中台阶上安放及撤下上台阶施工台架。增加工具箱等措施，减少开挖工的准备时间，如将风包与台架整合，在台架上增加置物装置，部分风管钻杆可以与台架一同吊运至掌子面，减少开挖工施工准备时间。工艺要点3二、三台阶法法施工工艺9二、三台阶法法施工工艺循环时间43工作面循环时时间图表（共共21.7小时）二、三台阶法法施工工艺循环时间4西成某项目工作面循环时间统计2因为交叉作业业，出渣与立立拱有交叉时时间不便统计计，且现场出出渣较为紧凑凑无耽误。统统计表明上台台阶钻眼爆破破320min，约5.33h；立拱拱180min，约3h；喷浆浆445min，约7.4h。加上上扒碴碴约5h.总循环环时间间在21小时左左右工艺流程1（二）仰拱二、三三台阶阶法施施工工工艺钢筋班进场绑扎钢筋人工进场立模、仰拱及填充层浇注人工清底、初喷砼栈桥左右移位、仰拱开挖12m栈桥前移12m进入下一循环仰拱施工养护仰供按按照““开挖挖初支支与前前方开开挖区区下台台阶同同步同同里程程进行行，洞洞碴回回填后后，仰仰拱区区人工工配合合机械械清底底、砼砼浇注注12m，养护护后栈栈桥移移动12m”组织仰供施施工采采用18m仰供栈栈桥，，两端端各搭搭接3m，可施施做1组12m仰供混混凝土土。人人工配配合挖挖机清清底，，20m³自卸汽汽车出出碴。。二、三三台阶阶法施施工工工艺工艺图片2待上一组填充混凝土强度达到行车条件即可将栈桥移至该组仰供端头。进入下一循环12m仰拱施工。在18m栈桥保护下，仰拱区一次清底12m，补喷砼后，进行仰供钢筋绑扎、立模板，仰供及填充混凝土浇筑和养生。二、三三台阶阶法施施工工工艺工艺图片2仰拱机械开挖二、三三台阶阶法施施工工工艺工艺图片2仰拱开挖成型后初喷砼二、三三台阶阶法施施工工工艺工艺图片2施工仰仰拱初初支二、三三台阶阶法施施工工工艺工艺图片2仰拱拱拱架成成环后后，采采用砼砼填充充找平平并振振捣，，完成成3m循环。6m仰拱钢筋绑扎后，进行仰拱砼及填充层浇注，完成一个砼浇注循环6m仰拱钢筋绑扎后，下一循环仰拱土体开挖二、三台阶阶法施工工工艺工艺图片2二、三台阶阶法施工工工艺仰拱紧跟是是确保初期期支护安全全的根本措措施，仰拱拱及填充混混凝土要及及时浇筑，，与掌子面面间的距离离不大于120号文规定。一般距离控控制在30m以内，，尽早封闭闭成环，以以利于形成成完整的初初期受力体体系。工艺要点333仰拱循环时时间约为50小时（12m），每次清清底碴均安安排在掌子子面钻眼装装药时开始始，待掌子子面开始出出碴时，仰仰拱栈桥已已完成就位位，进行人人工清底及及初喷砼，，后钢筋绑绑扎及立模模、浇注砼砼等。仰拱拱和掌子面面的工作时时间互不干干扰，仰拱拱施工能力力大于掌子子面开挖进进度。12要确保施工步距合规仰拱施工最最为关键，，其次为工工作面开挖挖，最后为为二衬施工工。施工理念念应以仰仰拱施工工推动工工作面施施工，并并带动二二衬施工工.必须在施施工资源源配置及及工序安安排上将将仰拱做做为一个个独立的的施工单单元，并并优先考考虑仰拱拱施工，，并根据据仰拱施施工进度度制定工工作面开开挖及二二衬施工工进度。。二、三台台阶法施施工工艺艺34二、三台台阶法施施工工艺艺循环时间4西成项目仰拱循环时间记录1序号项目用时（h）合计1测量0.572h2机械左侧清底碴1.53机械右侧清底碴1.54栈桥移位0.55机械中间清底碴1.56栈桥归位1.57人工清底、抽水2.58复喷砼2.59防水310施做钢筋1211仰拱曲模及止水带定位412浇筑仰拱砼413等强养护514中心水沟及填充模板定位415浇注填充层砼416等强养护24二、三台台阶法施施工工艺艺循环时间43仰拱循环环时间图图表（共共72小时）（三）掌子面与仰拱相互关系施工进度112m长仰拱循循环时间间为72小时（含含24小时养护护时间）），仰拱拱机械清清碴均安安排在掌掌子面钻钻眼后开开始，确确保下台台阶爆破破前栈桥桥已就位位，从而而不影响响机械通通行，达达到仰拱拱和掌子子面的工工作互不不干扰。。仰拱理理论进度度30*（24/72）*12*0.90=108能够满足足掌子面面开挖进进度要求求，必要要时还可可以停止止仰拱施施工以满满足掌子子面施工工需要。。西成项目目某隧道道出口掌掌子面循循环时间间约为21.7小时，每每天进度度为：24/21.7*3.0=3.3m，考虑不不可控因因素按10%计（因统统计数据据中已含含误工时时间，此此处仅考考虑特殊殊情况）），则月月进尺为为：3.3*30*0.90=89.1m，基本符符合近几几个月来来该隧道道施工进进度水平平。掌子面仰拱施工进度1二、三台台阶法施施工工艺艺掌子面实际施工工中，Ⅳ级围岩的的掌子面面月进度度指标为为80-110m/月，Ⅴ级围岩的的月进度度指标为为50-80m/月。进度关系1二、三台台阶法施施工工艺艺仰拱实际施工工中，仰仰拱是随随掌子面面的进度度而定，，实际指指标为90m/月左右。。2015年进度11月12月1月2月3月月平均（m/月）备注某隧道工作面73103104.671.89689.6围岩Ⅳ级时间关系2二、三台台阶法施施工工艺艺工作面仰仰拱循环环时间图图表（工工作面3个多循环环、仰拱拱1个循环））空间关系3二、三台台阶法施施工工艺艺空间关系3二、三台台阶法施施工工艺艺空间关系3二、三台台阶法施施工工艺艺时间保证空间保证不含作业队后勤人员及队长三、三台台阶施工工组织及及管理序号班组名称每班人数配备班数小计(人)备注1开挖支护班17234含掌子面拱架、超前、锚、网及每班1个领工员，其中上台阶8人，中下台阶各4人。2喷浆班91.516含领工员2人，由于工作时间短，故采用轮休制3仰拱开挖支护818含指挥开挖（领工员）、拱架安设、喷浆（现浇）4仰拱钢筋5155仰拱立模、砼515含中心水管安装。拆模时仅2人。6文明施工515合计73人力配置1三、三台台阶施工工组织及及管理机械配置2黄土地层层主要采采用320挖掘机开开挖，人人工处理理欠挖，，挖机和和50装载机联联合装砟砟，20m3自卸汽车车运砟。。泥岩、、砂岩和和砾岩地地层主要要以爆破破开挖为为主，个个别段落落利用液液压破碎碎锤和铣铣挖机开开挖；砾砾石土地地层主要要以铣挖挖机、液液压破碎碎锤开挖挖。出砟砟车4～6台。农用用车运输输喷砼料料，采用用自动上上料喷砼砼车（两两台喷浆浆机组合合）进行行喷砼作作业。仰拱施工采采用18m以上栈桥，，开挖采用用挖机开挖挖并装砟，，弧形模板板分层浇筑筑仰拱和填填充。边基基止水带接接长采用硫硫化焊接技技术。仅考虑对隧道内施工设备三、三台阶阶施工组织织及管理机械配置2设备名称规格数量使用部位备注挖掘机PC3201工作面装载机ZLC50C1工作面风动凿岩机YT287工作面自动喷浆车2*7m31工作面喷浆机PZ-71工作面喷浆机PZ-72仰拱自卸车15t5工作面、仰拱满足出渣需要混凝土运输车10m32仰拱、二衬模板台车12m1二衬项目管理采取系统部门集中管理，各个工点相对独立组织生产，单独核算的管理模式。工区2工区3工区4工区1三、三台阶阶施工组织织及管理组织管理3作业队队长为公司职工或长期跟随项目部工作的劳务工，作业队的其它人员均为临时招募，以队长招募为主，项目部职工推荐为辅。队伍来源采用混岗作业的架子队组织模式进行管理，该管理模式施工成本较低，政令畅通，管理简易，可以实现不间断连续循环作业，有利于加快施工进度和提高施工效率。开挖时，每班组连续作业两个循环。管理模式工作协议作业队和工工区签订内内部承包协协议，以二二三项料包包干、计件件工资的方方式进行内内部核算，，所有核算算费用均以以工资方式式发放至每每一个作业业人员。成本控制三、三台阶阶施工组织织及管理成本管理4主要围绕现现场施工实实物数量的的控制来开开展，各工工序及时全全程紧跟，，控制工班班现场消耗耗量，在工工费管理上上采用内部部工费承包包并辅以材材料节超考考核的办法法进行分配配，承包模模式主要采采用计件工工费承包和和定员工费费承包两种种，通过采采取工序劳劳务费用承承包、开挖挖消耗材料料费用包干干、结构材材料、空压压机台班定定额消耗考考核、超欠欠挖考核、、循环时间间考核等节节奖超罚措措施，提高高工人积极极性，使每每方开挖单单价控制在在合理范围围内，从而而有效控制制项目成本本。三、三台阶阶施工组织织及管理施工管理5施工前制定合理的施工工序流程，施工中严格按工序流程组织施工，任何人不得随意更改工序流程，确保标准化作业，减小随意施工造成的管理困难及质量难以控制。施工工序标准化施工用材料尽可能在洞外加工成品，例如钢拱架及连接筋，改变以前的搭接焊接工艺，采用套管连接。减少了掌子面的现场焊接工作量，压缩开挖作业循环时间施工材料成品化隧道施工的的重点在掌掌子面，开开挖是隧道道施工的““龙头”，，是控制隧隧道施工总总进度的。。因此，把把掌子面作作为工序管管理的重点点。“一切为了了掌子面”应是工区区施工的灵灵魂，各相相关部门全全面服务于于工作面施施工。即:隧道施工以以开挖为龙龙头，铺底底二衬紧跟跟，各工序序平行施工工。隧道施工总原则1三、三台阶阶施工组织织及管理施工管理5制定《循环时间考考核办法》对开挖支护护班、喷浆浆班的循环环时间进行行规定，循循环时间节节约奖励6元/min，超时罚款款3元/min。循环时间间制定时按按10小时/循环考虑，，折合进度度约为100m。将二衬作作业队和开开挖作业队队的循环奖奖捆绑，二二衬作业队队的循环奖奖为开挖队队的80%，以促使两两个作业队队互相配合合。（相关关资源如：：质检员、、安全员、、测量组、、挖掘机、、大车、装装载机司机机也均参与与考核奖的的分配）。。为了节约约循环时间间，需要想想方设法压压缩各个工工序时间，，如提前到到现场等待待交接班，，提前做好好工序前的的准备工作作，尽量实实行平行作作业等。考考核制度分分配虽是针针对所有人人员，但开开挖作业队队仅队长、、领工员、、骨干作业业人员实际际得到奖励励份额较多多。循环时间考核2根据每个工作面面及每个工工序的人员员、设备配配置情况和和不同的围围岩情况，，定出循环环时间及奖奖罚标准，，由调度室室对每个循循环时间进进行考核，，节奖超罚罚。以工作面交交接进行循循环时间考考核。作业业人员交接工工作都放在在掌子面，，做到“零零交接、零零耽搁、零零误时”。奖励标准的的定位是以以前几个月月平均线性性超挖值为为基数（做做得好的可可控制在10cm左右右）），，线线性性超超挖挖降降低低后后节节余余的的材材料料费费，，按按50%奖励励工工班班，，且且只只奖奖不不罚罚。。控控制制好好的的作作业业人人员员得得到到的的奖奖励励可可达达到到500～800元/月，，甚甚至至能能拿拿到到1000多元。由测量人员进行考核，每循环进行收方，现场签认，奖励每旬兑现一次。材料成本节约了，作业人员也得到了实惠，达到了双赢的效果。三、三台阶施施工组织及管管理施工管理5超欠挖考核2每月成本分析析时，用喷混混凝土料实耗耗量与应耗量量的比值考核核测量人员的的收方精度，，进行闭合控控制。方法标准闭合安质部部现场场巡视视，技技术员员在现现场监监督质质量。。发生生事故故2000元以内内由作作业队队承担担，发发生一一起重重伤事事故，，对作作业队队处于于2000-5000元罚款款，并并承担担20%医药费费，最最高不不超过过2万元；；发生生死亡亡事故故，对对作业业队处处于5000-10000元罚罚款款，，并并承承担担5%事故故处处理理费费，，最最高高不不超超过过5万元元；；安全质量三、、三三台台阶阶施施工工组组织织及及管管理理施工管理5把好质量关把好安全关3

每作工点安排一个技术主管，现场两个技术员12小时轮换值班，检验批由内业员填写。三、、三三台台阶阶施施工工组组织织及及管管理理施工管理54三、三台台阶施工工组织及及管理后勤保障6维修项目部成立了机修班，负责对大型机械维修及水、电、风线路的接长、维护，机修班同样采用内部承包方式。各作业队均配备有维修人员，负责对使用的小型机具（含喷浆机）进行维护保养。原则隧道施工如同战场打仗，打的是后勤保障。后勤保障工作就是全心全意为了掌子面，遵循“谁误时谁负责的原则”进行考核，要求做到“现场要什么有什么”，机具、机械、材料供应都是送上门的，供应充分、及时，急现场所急，办事节奏快，不过夜。现场一有事，不管什么时间，相关人员都是立即奔赴现场去处理。三、三台台阶施工工组织及及管理奖罚制度7平行作业业施工过过程管理理的最大大特点就就是依靠靠严格的的制度进进行管理理，按规规定标准准，按程程序进行行施工管管理。要要求人人人、事事事、每时时每刻都都严格认认真遵守守制度，，通过管管理层将将多项制制度贯彻彻到底，，从领导导到每一一位作业业工人，，都不得得违反。。严格执行奖罚制度度的实行行，一是是严格，，二是立立即兑现现，三是是公平公公正，真真正起到到鼓励和和教育人人的作用用。真正正做到靠靠制度管管人，靠靠制度管管事，靠靠制度管管施工。。每月工工资分配配都进行行张榜公公布，不不进行暗暗箱操作作，让每每个人都都知道自自已的收收入，让让群众进进行监督督，尽量量做到按按劳分配配，多劳劳多得。。工区每天早上7：00或晚上6：30由生产副经理组织召开生产交班会，参加会的人员有工区领导、各部门、分队主要管理人员。三、三台台阶施工工组织及及管理交班制度81）汇报报开挖平平均线性性超挖数数据及分分析和循循环时间间误时情情况及原原因。2）前一一天作业业计划进进展情况况及现场场状态，，存在的的问题。。3）本日日的作业业计划和和可能要要做的工工序调整整，对前前一天的的问题进进行解决决。4）汇报报前一天天的日成成本核算算情况。。做到当天天的问题题当天发发现当天天解决。。会议内容容

严格标准、有效管理工序衔接重叠，进行零交接，尽可能进行多工序平行作业。隧道整体施工应平稳，节奏紧凑，组织合理，三、三台台阶施工工组织及及管理管理重点9配套合理的激励政策、管理及后勤人员靠前指挥与服务。关键工序配足人员设备，缩短主要工序时间。领工员是现场施工组织的核心。高效运行但采取措措施后，，安全步步距是可可以达到到的。施工步距1四、三台台阶施工工建议近年来，随着自上而下管控不断加强，管理规定的执行力度和惩罚措施也日趋严苛，安全步距规定日益变成施工企业不敢碰触的一道红线。在安全步距的严格卡控下，现场施工普遍面临巨大的压力。一方面，工期要求普遍偏紧；另一方面，在安全步距要求下施工作业空间极其有限，严重影响施工速度。施工步距1四、三台台阶施工工建议仰供与下下台阶的的步长控控制是保保证施工工步距的的关键，，步距达达不到要要求，往往往是仰仰供步距距超标，，衬砌无无法跟进进。因而而要重视视仰供施施工的组组织，必必须配备备足够的的仰供施施工专门门人员（（不少于于7人）、配配备专门门用于仰仰供开挖挖的挖机机、配备备可保证证12m工作长度度的仰供供栈桥（（栈桥长长度需达达18m）。非爆破开开挖时三台阶长长度（实实际是中中、上台台阶长度度）按10m控制，仰仰供开挖挖至下台台阶长度度按15-21m控制（达达到21m时必须进进行仰