三臺階七步開挖法在雅康高速前碉隧道中的應用

蘭 宇 趙玉東

(1.重慶高速公路集團有限公司，重慶 401121； 2.西南交通大學 交通隧道工程教育部重點實驗室，四川 成都 610031)

三臺階七步開挖法在雅康高速前碉隧道中的應用

蘭 宇1趙玉東2

(1.重慶高速公路集團有限公司，重慶 401121； 2.西南交通大學 交通隧道工程教育部重點實驗室，四川 成都 610031)

結合雅康高速前碉3號隧道工程實例，對工程采用的三臺階七步開挖法施工原則進行了介紹，闡述了該工藝的特點與施工流程，著重對開挖的步驟及監(jiān)控量測的方法作了研究，為類似工程施工積累了經驗。

三臺階七步開挖法，臨時支護，監(jiān)控量測，隧道

1 工程地質狀況

前碉3號隧道是雅康高速公路的重點工程，穿越地區(qū)山體陡峭，地形條件復雜，施工難度大。前碉3號隧道康定端圍巖較破碎，其中左線Ⅴ級圍巖164 m，右線Ⅴ級圍巖120 m。隧道出口端基巖裸露，為破碎的花崗巖，風化嚴重，洞口上方存在零星圍巖，右線洞口處于由碎石土堆積而成的斜坡體上，穩(wěn)定性極差[1]。

2 施工方法及施工步驟

2.1 施工原則

開挖遵循的總原則是：快循環(huán)、短進尺、弱爆破、少干擾、早噴錨、勤測量、緊封閉[2]。先進行康定端右線洞口施工，右線進洞30 m，然后再進行左線施工。

前碉3號隧道康定端設計之初的方案是留核心土法，但是根據現(xiàn)場揭露的實際地質情況，經有經驗的技術人員研究，最終決定采用更為安全可靠的三臺階七步開挖法[3]。

2.2 工藝特點

與其他施工方法相比，三臺階七步開挖法具有以下特點：

1)操作空間大，便于大型機械施工，可實現(xiàn)多作業(yè)面平行開挖。對于某些軟弱圍巖或土壤地段可以直接采用挖掘機開挖，開挖效率較高。

2)當圍巖條件發(fā)生變化時，可及時改變施工工序。

3)三臺階七步開挖法不需要臨時支護，有效的規(guī)避了因拆除臨時支護造成不安全的因素。

4)施工工序靈活，適應性強。適應多種斷面形式和不同跨度的隧道工程，初期支護工序操作較為簡便。

5)三臺階七步法是結合了三臺階法和留核心土法，利于掌子面的穩(wěn)定。

2.3 工藝流程

三臺階七步開挖法的工藝流程如圖1所示[4,5]。

2.4 開挖步驟

第一步，上部開挖弧形導坑：在上部弧形導坑開挖前要進行公布超前支護，以保證圍巖的穩(wěn)定。為保證掌子面的穩(wěn)定且便于施工，預留核心土的長度不宜過長，3 m～5 m為宜，寬度不宜過大，為隧道跨度的1/4～1/3為宜。循環(huán)進尺應根據初支鋼架間距確定，但應控制在1.5 m以內，開挖后立即噴射一層3 cm～5 cm厚的混凝土。上臺階開挖后，要及時進行噴錨，并架設鋼架。設置索腳錨桿，位置為鋼架拱腳上部約30 cm處，并與鋼架焊接牢固。以上工作完成后，復噴混凝土至設計厚度。

第二、三步，左右側中臺階開挖：左右側臺階的開挖不是同步進行的，兩個開挖面應錯開2 m～4 m。循環(huán)進尺同上臺階一樣應根據初支鋼架間距確定，同樣不能超過1.5 m，開挖高度應結合隧道斷面確定，一般3 m～3.5 m為宜。中臺階開挖后應立即初噴一層3 cm～5 cm厚的混凝土。中臺階開挖后，及時鋪設鋼筋網，進行噴錨支護，并架設鋼架。在鋼架拱腳上部30 cm處，打設鎖腳錨桿。然后復噴混凝土至設計厚度。

第四、五步，左、右側下臺階開挖：施作方法和順序如左右側中臺階一樣。

第六步，留核心土開挖：上中下三臺階分別開挖各階預留核心土，開挖進尺與各臺階循環(huán)進尺一致。

第七步，隧底開挖。

每循環(huán)開挖長度宜為2 m～4 m，要及時施作初期支護。完成隧底開挖、支護后，每2個～3個循環(huán)之后，施作仰拱。

開挖步驟圖見圖2。

3 監(jiān)控量測

噴錨支護、光面爆破和監(jiān)控量測是新奧法施工理念的三大支柱要素，也是隧道動態(tài)設計和信息化施工的主要內容。通過對圍巖和支護結構的實時觀測，及時反饋施工信息，通過反饋信息，調整和優(yōu)化設計參數，提高施工的安全性和經濟效益。因此施工中必須做好監(jiān)控量測工作。

1)監(jiān)控量測的內容。

應測項目：地質及支護狀態(tài)觀察、拱頂下沉、周邊位移、地質超前預報、地表下沉監(jiān)測、錨桿抗拔力等。選測項目：鋼支撐內力、噴射混凝土內力等。

2)測點及測線布置。

每個量測斷面分別布置一個拱頂沉降測點和三條水平凈空測線，如圖3所示。

進洞前期洞內監(jiān)控量測點布置見表1。

3)量測斷面間距。

監(jiān)控量測斷面間距的布置應根據實際圍巖狀況而定，本隧道測量斷面間距如表2所示。

4)量測頻率。

表1 進洞前期洞內監(jiān)控量測點布置表

洞內量測分為開挖斷面量測和初期支護量測兩個部分。開挖面測量在每次開挖后進行一次；初期支護的量測每天至少進行一次，內容包括圍巖巖性、結構面產狀、支護裂縫觀察、錨桿、鋼架的狀況。凈空水平收斂量測和拱頂下沉量測采用相同的量測頻率。

表2 洞內測量斷面間距

5)信息反饋。

根據信息采集情況，采取合理的施工方法，對可能發(fā)生的塌方、涌水等情況，施工現(xiàn)場做好充分的準備和應對措施。

根據各圍巖級別允許相對收斂值和“錨噴構筑法”變形等級為依據，進行穩(wěn)定性判斷，當實測值大于允許值，及時采取補強措施，并結合實際情況調整原支護設計參數或開挖方法。

當位移速度增大，位移量過大，且圍巖長期不能穩(wěn)定，噴射混凝土出現(xiàn)大量的明顯縱向裂縫時，應加強監(jiān)控，采取適當措施補強，如提前施作仰拱、增強噴射混凝土厚度、增加錨桿長度和數量，增設鋼支撐改變施工方法等。

4 結語

三臺階七步開挖法在前碉3號隧道中的成功應用說明該工法在圍巖較差、開挖斷面較大的工程中具有很強的實用性。三臺階七步開挖法以三臺階法和留核心土法為基礎，能保障開挖面的穩(wěn)定，且不需要臨時支撐，避免了因拆除臨時支撐帶來的風險。

[1] 何 武.前碉3號隧道出口進洞施工方案設計[J].山西建筑,2015,41(5):157-158.

[2] 關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社，2003:370-389.

[3] 崔小鵬,孫韶峰.CRD工法及三臺階七步開挖工法的對比和改進[J].隧道建設,2010,30(2)：51-53.

[4] 傅才芝.三臺階七步開挖法在蘭渝鐵路白家坡隧道中的應用[J].甘肅水利水電技術，2010(1)：6-9.

[5] 聞慶權.三臺階七步法在離石隧道施工中的應用[J].現(xiàn)代隧道技術，2009(13)：157-160.

Application of 3-bench 7-step excavation method at Qiandiao No.3 Tunnel along Ya’an-Kangding Expressway

Lan Yu1Zhao Yudong2

(1.ChongqingExpresswayGroupCo.,Ltd,Chongqing401121,China;2.SouthwestJiaotongUniversity,KeyLabofEducationMinistryofTransportationTunnelProject,Chengdu610031,China)

Combining with No.3 Tunnel along Ya’an-Kangding Expressway, the paper introduces the 3-bench 7-step excavation construction principle in the project, illustrates its features and construction procedure, and researches the excavation steps and supervision measurement, so as to accumulate experience for similar construction.

3-bench 7-step excavation method, temporary support, inspection measurement, tunnel

2015-01-16

蘭 宇(1979- )，男，高級工程師； 趙玉東(1990- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)09-0161-02

U455

A