三台阶七步开挖法在浅埋软弱围岩大断面隧道中的应用

李晓斌

摘 要：该研究主要是对某隧道工程中软弱围岩地段施工进行分析，工程临近贯通点位置围岩软，自稳能力比较差，分析不同技术方案的优缺点之后确定采用三台阶七步开挖法，全面保障隧道贯通段质量。围绕三台阶七步开挖法施工原理和技术工艺展开讨论，验证不同技术参数在施工当中的合理性，并且提出针对性的质量保护措施。

关键词：三台阶七步开挖法 浅埋软弱围岩 隧道工程

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（a）-00-02

某隧道改建工程属于分离式小净距隧道，建筑限界9.8m，净高4.8m，平均开挖断面100m2。该隧道地区属于构造剥蚀丘陵地貌，山体两侧地形分别向东南侧和西北侧倾斜，地形标高为180～535m，隧道开挖工程中多次穿越不良地质段。隧道中部距贯通点200m范围内存在松散堆积体为主的软弱围岩段。

1 施工方案

1.1 施工方案对比

一号隧道方案采用双向绝境施工技术工艺，在双向掘进至距离贯通点200m范围内遇到松散堆积体为主的软弱围岩段，在经过技术方案讨论之后，为了全面确保隧道开挖质量，对比小导洞开挖法、上下台阶法以及三步台阶法施工方案。然而由于小导洞开挖法和上下台阶法的操作工艺比较复杂，并且经济效益低，所以决定采用三步台阶开挖法。

1.2 施工工艺和技术参数分析

（1）施工工艺。三台阶七步开挖法采用上部导坑环形开挖，并做好初期支护。中下台阶左右导坑马口跳槽开挖，做好边墙初期支护。预留核心土并仰拱开挖，做好功底初期支护。

（2）技术参数。第一，设置台阶参数。对于上台阶来说，应当将开挖高度控制在3.5m，核心土高度控制为1.9m，核心土与拱顶高度距离控制在1.85m，台阶长度为4.2m左右。对于中台阶来说，开挖高度设置为3m，台阶长度为4.5m，中台阶与下台阶通道坡度小于30°。对于下台阶来说，台阶长度在9m。第二，上台阶超前支护。隧道拱部120°范围内打设超前小导管，将前端加工为锥形，管壁四周钻取注浆孔，排间距控制在0.32m，打设角度为13°，小导管注浆压力应当控制在0.7MPa。第三，锁脚锚杆。左右侧钢架使用长度为3.5m的钢筋，系统锚杆为药包锚固。第四，系统锚杆和钢筋网片。在初喷4cm混凝土之后，打设中空注浆锚杆，并呈梅花形布置。钢筋网片网格间距控制为（0.2×0.2）m。

2 三台阶七步开挖法的技术特点分析

第一，该技术工业具有较多施工工作面，能够提升工作效率。对于软弱围岩地段施工则可以使用破碎机或者挖掘机进行深度开挖，不会干扰围岩结构，全面提升支护稳定性。

第二，可以对抗弯受力和抗压受力进行有效转移，工程开挖阶段施工主要采用三台阶七步法，因此，每个部分的开挖范围和面积都比较小，在开挖之后可以将抗剪力或者抗压力直接传递给支护和核心图，这样能够有效分散以上受力，骑到平衡稳定作用。

第三，在开挖各个部分之后，支护可以将大部分受力进行分散处理。在上台阶开挖施工期间，可以利用注浆固结拱顶为岩和超前支护技术分散受力。在开挖边墙时则可以使用系统锚杆注浆固结，锁脚锚杆与钢支撑连接分散受力，这样可以确保软弱围岩具有较高的自承受能力，这样可以对初期支护受力起到分担作用。在工程各部分施工工序当中使用技术工艺形成封闭成环之后，可以在较大程度上提升隧道断面受力稳定。

第四，在开挖仰拱和中台阶及下台阶时，可以使用马口跳槽开挖方式。此种开挖技术主要是将大断面有效划分为导坑进行开挖，可以确保导坑开挖不处于同一个断面上，这样可以在短时间内避免围岩出现垮塌和变形情况。

第五，采用三台阶七步开挖法能够有效提升空间和时间利用率，在中下台阶预留核心土能够有效借助核心土重量来抵抗围岩周边的压力和抗剪力，还能够有效支撑工作面，避免两侧围岩收敛。

第六，在出现围岩突变情况时能够有效确保施工方法和工序的优化调整。比如可以将钢支撑护拱设置在内空中。避免围岩变形情况持续扩大，全面提升施工安全质量。

第七，整个工程施工技术工艺更加灵活，能够有效按照地质条件的变化，对施工工序和技术方法进行优化调整。

通过对软弱基岩施工技术方案的对比分析可以看出，使用三台阶七步开挖法能够有效提升施工效率，还能够保证整体工程施工质量。

3 施工组织和控制要点分析

3.1 施工组织

（1）明确各施工面人员和设备配置。第一，上台阶开挖施工人数为7人，中台阶和下台阶边墙派2人，打设超前支护，锁脚锚杆和系统锚杆。第二，在安装上台阶拱架时应当由7人完成，中台阶和下台阶安排2人，主要负责纵向连接钢筋焊接，安全找顶和焊接钢筋网片。第三，上台阶中台阶和下台阶喷射混凝土施工人数为5人，主要负责喷射混凝土施工。

（2）优化工序组合。通过各工序对平行作业进行合理安排，提升时间和空间利用率。在开挖上台阶时，首先应当将中台阶边墙开挖结束之后再安装钢拱架和锚杆施工，下台阶实行出渣施工，在安装拱架期间应当组织喷射混凝土设备进场，仰拱施工采用栈桥，上台阶中台阶平行作业方式。对于不能平行施工环节来说，为了加快循环速度，可以适当增加设备和人员数量。在完成上道工序之后，應当组织下豆工序施工人员提前做好相应准备工作。

3.2 施工控制要点

第一，超前支护。采用超前小导管循环间隔打设，大街长度必须大于1.4m。在施工过程中为了缩短注浆时间，则可以将22mm钢筋穿入到超前小导管当中。

第二，系统锚杆。使用R25中空注浆锚杆，并且利用系统锚杆注浆对岩体进行锚固，确保岩体稳定性。

第三，锁脚锚杆。钢拱架和22mm钢筋应当进行连接，并且将钢拱架连接于岩体，并且使用药包锚固锚杆。如果围岩条件比较差，则左右侧钢架而需要使用22mm钢筋。

第四，开完马口掏槽。中台阶和下台阶同一断面不能同时进行边墙开挖，在开挖同一断面边墙时，应当前后错开开挖时间。

第五，开挖和支护仰拱。下台阶与仰拱之间的距离应当大于20m，并且及时开挖仰拱，每循环开挖进尺应当小于5m。在开挖期间需要将钢拱架，喷射混凝土设备和钢筋堆放在合理位置，在开挖检验合格之后应当使拱架封闭成环，在完成初期支护之后，需要组织施工人员制作安装钢筋，并开始浇筑仰拱混凝土。

第六，梁组合监控。在施工过程中，应当在拱脚位置边墙位置以及隧道拱顶设置监控点，日均监控两次，并收集监控数据，以此对隧道初期支护沉降和收敛进行分析。在分析期间如果发现异常问题，监控人员应当及时预警报告，并适当增加监控次数直至解除警报。在监控预警之后需要按照实际状况对施工工序和施工技术参数进行优化调整，全面加强整个工程的施工安全。

4 结语

综上所述，在此次隧道工程当中，主要应用三台阶七步开挖法，此种施工工艺能够有效确保该隧道通行路段的安全贯通，也能够是工程管理人员获得重要监测数据和试验数据，经过论证总结之后可以为施工安全和进度起到重要参考价值。

参考文献

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2020-11-30