三臺階法隧道開挖施工工法

智文中

摘 要：三臺階法隧道開挖在在大斷面隧道施工中，可以很好地縮短工期，提高工效。本文通過對三臺階法隧道開挖施工工法的特點、適用范圍、工藝流程、效益分析等方面詳細的闡述，總結了三臺階法隧道開挖施工工法，為此工法在今后隧道施工中的普遍應用產生了深遠的影響效用。

關鍵詞：三臺階法 隧道開挖 左右錯開環向開挖 預留核心土 初期支護 效益分析

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0087-03

大斷面軟巖隧道施工中，傳統的施工方法有雙側壁導坑法、CD法、CRD法等，這些施工方法進度慢、工效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工機械的使用，基本靠人工開挖，工效低、速度慢，難以滿足客運專線工期要求；拆除臨時支護時，正洞初期支護會因突然卸載而出現大的變形，存在安全風險；各分部開挖面循環銜接性差，相互干擾大，施工質量得不到充分保證；臨時支護反復拆除，成本投入大等。而目前國內大斷面軟巖隧道施工中，我們往往會面臨以下問題：對工期緊迫性的要求，需組織快速施工；工程水文地質復雜，可變性大，須選擇一種能適應地質變化而迅速過渡的施工方法；能較大限度地發揮大型施工機械的優勢，以求最佳的施工進度；把長期施工實踐所積累的作業習慣融合于施工方法中，做到高工效，易掌握，達到快速形成施工能力的目的等要求。

借鑒近幾年大斷面隧道施工的成功經驗，規避傳統施工方法的局限性，以加快隧道施工進度、保證隧道施工安全、提高施工質量為目的，在重慶沿江高速公路隧道施工，提出了三臺階法隧道開挖施工的工藝流程、施工步驟、控制要點、勞動組織、機具設備等，突出大斷面軟巖隧道開挖施工的技術特點，總結完善形成本工法。

1 工法特點

施工利用空間大，便于機械操作，可以多個作業面同時施工。可以統籌安排施工，工效較高；當地質條件發生變化時，可以及時轉換施工工序，調整施工方法，避免窩工；利用臺階法預留核心土法開挖施工，應左右側錯開開挖，利于減小對圍巖的擾動，保證開挖作業面穩定；在圍巖變形較大或突變時，保證安全和滿足設計要求的前提下，可盡快縮短施工時間；適用不同跨度和多種斷面形式的隧道，為初期支護工序在時間和空間上創造了條件。

2 適用范圍

本工法適用于開挖斷面為I級公路二車道和三車道，具備一定自穩條件的Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段隧道的施工。不適用于圍巖地質為流塑狀態、洞口潛埋偏壓段（但經過反壓處理或施作超前大管棚后可采用）的隧道施工。

3 施工工藝

“三臺階法隧道開挖”，就是在隧道開挖過程中，以小導坑開挖預留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階七個開挖面[1]，以前后七個不同的位置相互錯開施工，故又稱“三臺階七步開挖法”。開挖部分及時支護，形成支護整體，各個工序交叉作業，縮短了作業循環時間，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開，整體推進的隧道施工方法。

4 施工工藝流程

4.1 施工工藝流程（見圖1）

4.2 三臺階隧道開挖施工步驟

施工步驟見圖2，開挖透視見圖3，施工工序見圖4。

第1步，導坑上臺階開挖：熟悉施工圖紙，準確放樣。環向開挖導坑上臺階，預留核心土。上臺階開挖高度不小于開挖跨度的0.3倍。一般為3～4 m。開挖循環進尺最大不得超過1.5 m。上臺階核心土長度（隧道縱向）3～5 m，高度為1.5～2.5 m，寬度為上臺階開挖跨度的1/3～1/2。開挖后應立即施作初期支護，在拱部初期支護完成后進行下道工序。

第2步，左右兩側中臺階開挖：開挖時左右應錯開2～3 m，最大進尺不得超過 1.5 m，開挖高度為隧道總開挖高度（不含仰拱）減去上臺階開挖高度后除以2，一般為 3.0～3.5 m。開挖后立即施作初期支護。

第3步，下臺階左右兩側開挖：開挖時應錯開，最大不得超過1.5 m，開挖后及時施作初期支護。

第4步，開挖預留的核心土：分別開挖上、中、下臺階預留的核心土[2]，開挖進尺與各臺階循環進尺一致。

第5步，隧道底部開挖：每循環開挖進尺與上、中、下臺階一致，開挖后及時施作初期支護。設計有仰拱的，要及時施作仰拱[3]。

4.3 三臺階法隧道施工注意事項

加強超前地質預報，必要時騁請有資質的單位進行超前地質預報。超前地質預報報告要及時，報告結果與設計進行對比，及時調整臺階長度或施工方法，必要時對初期支護參數和二次襯砌厚度進行調整，以確保施工質量和安全。導坑上部開挖要嚴格控制，避免超欠挖，弧形導坑需爆破時，應采用導爆索光面爆破。嚴格按批復的方案施工，減小對圍巖的擾動，避免坍塌現象發生。加強隧道的監控量測，掌握圍巖和支護的變形情況，及時調整施工方法、支護參數、二襯厚度等，以保證施工安全和質量。

5 材料與設備

材料：本工法使用的材料都是常用的，不作說明。

設備：本工法操作簡單，單作業面施工機具配備見表1，可根據施工現場情況酌情調整。

6 質量控制

工程質量控制標準：本工法以《公路隧道施工技術規范》《公路隧道施工技術細則》《公路工程質量檢驗評定標準》進行質量控制。質量保證措施。在開工前建立質量保證體系，編制質量保證措施，并報送有關部門審批。嚴格按審批的質量保證措施進行施作，不得偷工減料，不得麻痹大意。

加強光面爆破管理，避免斷面超欠挖現象。嚴格按照批復的方案施工，減小對圍巖的擾動，最大限度避免坍塌現象發生。

7 安全措施

本工程嚴格執行《中華人民共和國安全生產法》和《安全生產條例》等相關法律法規。

在隧道開挖前建立健全項目安全保證體系。編制安全保證措施，并報送有關部門審批。

在施工過程中，嚴格遵照執行審批的安全措施中的有關規定，不得麻痹大意。做好隧道開挖超前地質預報工作，并堅持用長錨桿進行地質驗證。加強監控量測，必要時騁請有資質的單位進行隧道的監控量測。加強洞內通風，掌子面進風流中，氧氣濃度不得低于20%。爆破后，要加強管理，危石清理必須徹底。

8 環保措施

本工法嚴格執行國家標準和當地的有關環保政策和有關規定。

施工現場按照設計統一規劃、業主要求和施工環保的要求進行實施。污水處理采用多級沉淀池過濾沉淀。處理的工藝流程為：污水—收集系統—多級沉淀—沉淀凈化處理—排入河道。嚴禁亂倒、亂卸。施工現場設密閉式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按規定分開收集，做到每班清掃，每班清運。

施工道路上要適量灑水，減少粉塵污染。隧道施工應加強洞內通風，通風管不得破損，作業環境應符合職業健康及安全標準。

9 效益分析

9.1 經濟效益

大斷面軟巖隧道施工采用“三臺階法隧道開挖施工工法”，在經濟效益方面尤為突出，與傳統的大斷面隧道CRD法施工比較，主要有以下幾個方面的優點：一是拓展了隧道的施工空間，可以做到大型施工機具生產效率最大化，避免了CRD法作業空間小、限制了大型施工機具使用的尷尬局面，進一步提高了單位時間內的施工產值，縮短了整個單位工程的施工工期；二是降低了人工用量和勞動強度，節約了工費成本，由以往密集型勞力施工轉變為機械化、程序化施工；三是采用“三臺階法隧道開挖施工工法”施工沒有臨時支護環節，節約了大量的臨時支護成本，減少投資浪費；四是工程質量滿足驗標要求，操作便捷，推廣性強。

以重慶沿江高速公路古樹巖1、2號隧道為例，與傳統的大斷面隧道CRD法施工相比，采用“三臺階法隧道開挖施工工法”，有效地發揮了大型施工機具的使用效率，施工進度達到了月平均90-100 m/月，經濟效益顯著。

9.2 社會效益

古樹巖1、2號隧道采用三臺階隧道開挖法施工技術，領先重慶沿江高速公路全線其它重難點隧道工程，第一個順利貫通，受到了設計單位、監理單位、其他施工單位的一致好評。突破了大斷面隧道安全風險高、施工進度慢、施工難度大這一難題，社會效益顯著。

9.3 環保效益

該工法施工現場按照設計統一規劃、遵循業主和施工環保要求進行實施，隧道地下水及施工用水從核心土開槽引排至集水井，既不影響施工又方便污水處理。施工現場設密閉式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按規定分開收集，做到每班清掃，每班清運，施工環境粉塵污染少。該工法施工速度快、成本低，可節約大量能量資源，環保、節能效益良好。

10 工程實例

在重慶沿江高速公路后續開工的馬鞍山隧道、砂磨石隧道、黃嶺隧道、啞口隧道[4]、曬頂堡隧道等，均采用三臺階法隧道開挖施工工法，取得了安全、質量、進度的良好效果。三臺階法隧道開挖施工工法將會被越來越多的人所認可，在今后隧道施工中將會得到更廣泛的應用。

參考文獻

[1] 鐵路隧道施工規范（TB1024-2002）[S].

[2] 《鐵路大斷面隧道三臺階七步開挖法施工作業指南（試行）》（經規標準「2007」119號）[S].

[3] 客貨共線鐵路隧道工程施工技術指南[Z].

[4] 重慶沿江高速公路設計旋工圖說明[R].