三台阶七步开挖施工工法

三台阶七步开挖施工工法由中铁十二局集团有限公司完成的工法01形成原因操作原理质量控制工法特点材料设备安全措施目录030502040607环保措施工程实例效益分析荣誉表彰目录0908010基本信息《三台阶七步开挖施工工法》是中铁十二局集团有限公司完成的建筑类施工工法；作者分别是赵华锋、赵香萍、李新芳；适用范围是开挖断面为100～180平方米，具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段隧道的施工。《三台阶七步开挖施工工法》主要的工法特点是：施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业；能灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法；适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷；在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右侧错开开挖。2009年10月19日，《三台阶七步开挖施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2007-2008年度国家一级工法。形成原因形成原因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，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。而中国大断面软岩隧道施工中，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。借鉴截至2007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，中铁十二局集团有限公司提出了三台阶七步开挖法施工的工艺流程、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，总结完善形成了《三台阶七步开挖施工工法》。

工法特点工法特点《三台阶七步开挖施工工法》的工法特点是：⒈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。⒉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。⒊适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。⒋在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右侧错开开挖，利于开挖工作面稳定。⒌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。

操作原理适用范围施工工艺工艺原理操作原理适用范围《三台阶七步开挖施工工法》适用于开挖断面为100~180平方米，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、洞口浅埋偏压段（但经过反压处理或施作超前大管棚后可采用）。

工艺原理《三台阶七步开挖施工工法》是在隧道开挖过程中，以弧形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，以前后七个不同的位置相互错开开挖，分部及时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，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。

施工工艺《三台阶七步开挖施工工法》的工艺流程见图1。

图1施工工艺流程图《三台阶七步开挖施工工法》的操作要点如下：《三台阶七步开挖施工工法》的施工步骤见图2。

图2开挖步骤图（1）《三台阶七步开挖施工工法》的开挖透视见图3。

图3开挖透视图《三台阶七步开挖施工工法》的施工工序见图4。

图4施工工序图第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3~5米，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3~1/2。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3~5厘米混凝土。.上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后应及时进行喷、锚、系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30厘米高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。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1.5米，开挖高度一般为3~3.材料设备设备材料材料设备材料《三台阶七步开挖施工工法》使用的材料都是常用的，不作说明。

设备《三台阶七步开挖施工工法》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。

质量控制质量控制施工单位采用《三台阶七步开挖施工工法》的质量控制要求如下：以《客运专线铁路隧道工程质量评定及验收标准》和《客运专线隧道施工技术指南》为标准进行质量控制。

⒈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3~5米，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3~1/2。⒉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1.5米；开挖后立即初喷3~5厘米混凝土，以减少围岩暴露时间。⒊严格按设计要求施作超前支护，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。⒋隧道周边部位应预留30厘米人工开挖，其余部位宜采用机械开挖，局部需要爆破时，必须采用弱爆破，不得超挖。施工时应严格控制装药量，减少对围岩的扰动。⒌钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚渣回填。钢架应与锁脚锚杆（管）焊接牢固。⒍隧道超挖部位必须回填密实，严禁初期支护背后存在空洞。安全措施安全措施施工单位采用《三台阶七步开挖施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：⒈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。⒉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。⒊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。⑴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15天左右。⑵仰拱应超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30~40米。铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。⑶对于土质隧道，衬砌应紧跟仰拱施工，一般为15~20米，衬砌距开挖掌子面最大不得超过60米；对于岩石爆破隧道，衬砌距开挖掌子面距离须满足爆破距离要求。⒋中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为2~3米。环保措施环保措施施工单位采用《三台阶七步开挖施工工法》的环保措施如下：⒈严格执行国家标准和当地的有关环保政策和有关规定。⒉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。⒊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。⒋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。⒌施工道路上要适量洒水，减少粉尘污染。⒍隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职业健康及安全标准。

效益分析经济效益环保效益社会效益效益分析经济效益施工单位采用《三台阶七步开挖施工工法》的效益分析如下：大断面软岩隧道施工采用“三台阶七步开挖法”，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，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“三台阶七步开挖法”施工没有临时支护环节，节约了临时支护成本，减少投资浪费；四是工程质量满足验标要求，操作便捷。以郑西客运专线张茅隧道为例：与传统的大断面隧道CRD法施工相比，采用“三台阶七步开挖法”，发挥了大型施工机具的使用效率，施工进度由30~35米/月提升至70~75米/月，张茅隧道整体工期提前6个月结束，节约各项管理成本300多万元、节约工费成本250多万元、与CRD法相比平均每延米节约7000多元的临时支护成本。

社会效益施工单位采用《三台阶七步开挖施工工法》的社会效益分析如下：郑西客运专线张茅隧道采用三台阶七步开挖法施工技术，领先全线其他重难点隧道工程，第一个顺利贯通。突破了富水大断面黄土隧道安全风险高、施工进度慢、施工难度大这一难题。

环保效益施工单位采用《三台阶七步开挖施工工法》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。

注：施工费用以2007-2008年施工材料价格计算工程实例工程实例施工单位采用《三台阶七步开挖施工工法》的工程实例如下：⒈郑州至西安客运专线ZXZQ08标张茅隧道长度为8489米，隧道最大涌水量立方米/天，开挖断面164平方米，地质为Q2老黄土，为全线控制性工程，采用“三台阶七步开挖法”施工进度提升至70~75米/月，高于CD、CRD法30~35米/月的施工进度；初期支护全环封闭在15天左右，仰拱紧跟开挖面，成环封闭快，确保了隧道施工安全；较CD、CRD法平均每延米节约7000多元的施工成本；无须投入特殊设备，施工工艺满足质量要求，提前合同工期50天安全顺利贯通。⒉小康高速公路包家山隧道全长11.2公里，隧道围岩以千枚岩为主，地下水丰富，断层破碎带较多，围岩分级以Ⅳ、V级为主，其中富水千枚岩地段共1970米，占隧道总长的20%，开挖断面106平方米。包家山特长隧道于2006年12月开始进入富水千枚岩地段，采用三台阶七步开挖法，平均日进尺3.75米/天，比中国已施工的富水千枚岩隧道（西康铁路堰岭隧道、金鸡岭隧道、兰乌二线乌鞘岭隧道）月进尺快20~30米，缩短了工期。⒊张集铁路牛家营隧道全长836米，隧道内轮廓按200公里/小时客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界设计，轨面以上净空横断面88.29平方米