隧道工程施工三臺階七步開挖法應用

李 強

(山西呂梁環城高速公路管理有限責任公司，山西 呂梁 033000)

0 引言

隧道施工是公路建設過程中非常重要的一個內容，和施工質量的高低，在一定的程度上與安全問題和質量問題有著密切的聯系，而在施工過程中，應用三臺階七步開挖方法，能夠有效的解決安全以及質量問題，在一定的程度上提高了隧道工程的施工保障，因此對該技術應用進行研究顯得意義重大，它是能夠保證隧道工程順利實施的關鍵。

1 工程概況

某地高速公路隧道設計總長度為180 m，根據設計方案的要求，該工程設計為單面下坡形式，整體的坡度為-5.816‰。整個地區中的圍巖等級為Ⅴ級設計在右偏圓曲線上，間隔距離長度為4.6 m。進口中應用的是斜切洞門，出口則為墻式洞門，其埋深為17 m。設計最高時速為80 km/h。

2 三臺階七步開挖法施工技術

1)施工位置的空間比較大，容許在斷面中可以實現多種機械共同施工操作，施工效率非常高。在部分巖石中可以應用挖掘機來進行下半部斷面的開挖施工，必然給圍巖造成擾動。

2)地質結構較為復雜，在軟硬圍巖相間隧道結構中，施工方法比較靈活，進度可控，可以更好的保證工期滿足要求。

3)應用不同跨度與斷面的結構形式，可以將臨時支護結構拆除掉，以降低施工成本。

4)混凝土結構部分的施工應該在初期支護中及時進行閉合，從而可以改善內部施工環境。

5)在斷面內一次性施工，可以實現防水層與混凝土襯砌施工，以提升該部分的施工質量。

6)設備、人員投入較少，更便于操作，可以在較大范圍內應用。

較之其他的施工技術來說，三臺階七步開挖施工方法因為可以在七個部分中實現同時開挖施工，可以更好的提升工程的施工效率，縮短工期，促進經濟效益的提升。而針對泥巖隧道工程來說，因為圍巖部分較為軟弱，節理裂縫發育非常的明顯，所以隧道的開挖施工時間要嚴格控制，該施工方法可以達到要求。此外，其他的施工技術在開挖支護拆除的過程中會導致平衡力學體系無法保證，而這對泥巖隧道來說，圍巖狀態可以改變變形問題。綜合以上論點，確定使用三臺階七步法最佳[1]。

3 施工工藝

3.1 開挖施工準備

1)施工準備。根據設計方案以及施工工藝規范的要求對于隧道部分實施超前支護處理，尤其是對于一些地質條件比較差的地區，比如斷層、破碎帶等部分，這樣才能更好的保證施工的安全性與穩定性。在隧道開挖前應該進行供電、供水系統的設置，還要避免在雨季施工。

2)洞口段施工。洞口以及與其相鄰的結構部分工程要進行統籌規劃管理，縮短施工工期，防止在雨季內實施。洞口開始施工前，應該檢查邊、仰坡位置上的穩定性達標，及時將該位置上的碎石、危石清理干凈，設置截水溝結構，然后才能進行洞門施工；洞口環節襯砌要保證與洞門同時進行。開挖的過程中應該自上而下來進行，在回填之后要按照施工要求來進行襯砌施工，設置25 mm的漿砌片石來進行，同時還應該設置錨噴網來進行防護。

3.2 洞身開挖

根據新奧法施工要求來開始施工，按照規范的要求來進行隧道開挖施工，保證各個環節的施工質量都能夠達到規范的要求，同時還應該使用專用的機械設備來進行施工，使得整個工序的施工按照要求順利完成。

1)上弧導坑開挖。以設計方案為依據，對于隧道實施超前支護施工之后，應該使用上弧導坑預留核心土法來實施開挖，具體的施工速度要結合泥巖隧道的圍巖類型以及支護鋼架的距離來進行確定，但是要控制在1.5 m以下。上弧道坑拱部矢跨比要控制在0.3以下，同時還應該至少預先留出3 m長度，也要控制在5 m以下。上弧導坑開挖完成之后，可以在拱部位置上實施噴、錨、網系統來實施支護施工，這樣就能夠使得整體結構更具穩定性，以達到承載性的需要[2]。

2)中臺階及下臺階的左、右側開挖。在完成了上述施工形成了承載拱之后，就要開始該部分的施工。在具體施工階段，要根據初期支護鋼架的間隔距離來確定具體的施工尺寸，同時還應該保證開挖進度與上弧導坑結構位置相同，與上述結構一樣，間隔距離應控制在1.5 m以下。開挖高度也要嚴格控制，以3 m～3.5 m之間為最佳，同時還應該將左右臺階交錯布置，錯開間距應為2 m～3 m，按照上述要求來進行噴、錨與網結構部分施工。

3)上、中、下臺階預留核心開挖施工。各個臺階位置上都預先留出核心土部分，此時的開挖施工應該與各個循環進尺保持一致。

4)仰拱的分段開挖。該部分的循環開挖長度應該設定為2 m～3 m，開挖完成之后就要開始仰拱初期支護施工，在完成了2個～3個分段開挖與支護循環之后，就能夠進行混凝土施工，此時可以根據圍巖類型與循環進度來確定，可以將仰拱分段設定為4 m～6 m，此時可以應用跳槽施工的方式來進行。

3.3 初期支護

初期支護主要就是利用錨桿、鋼筋網、鋼架以及混凝土來組合而成的承載結構部分。支護過程要在開挖施工之后迅速展開，從而可以有效的降低裸露時間，避免圍巖結構出現變形的問題，要防止在短期內出現脫落的情況。錨噴支護施工的具體流程如下所示：地質條件檢測→放樣→開挖施工→初噴混凝土3 cm～5 cm→安裝鋼架→測量定位→掛鋼筋網→施作系統錨桿→復噴混凝土至設計厚度→監控量測→反饋、調整支護參數[3]。

3.4 仰拱(填充、底板)施工

為了充分的保證工程的安全性滿足要求，仰拱混凝土在制作完成之后需要立即進行，同時還應該盡快完成閉環，以滿足受力的需要，整體結構穩定性達標。在進行隧道內部圍巖部分施工的過程中，在噴錨支護的全斷面部分施工完成之后，要結合圍巖收斂量檢測數據來將臨時支護拆除，同時還應該開挖并且進行混凝土部分的施工。為了可以更好的提升工程質量水平，仰拱混凝土要采取全幅澆筑施工的方法，從而可以防止材料的運輸及仰拱施工以及在混凝土強度無法達到要求之后載荷不合格的情況出現。

4 施工監測

隧道工程的施工中，在第一組襯砌部分施工開始支護，需要在斷面內部的拱頂、拱腳位置上分別設置7個觀測位置，應用設備儀器來確定沉降量參數。伴隨著工程的持續進行，需要間隔10 m就要設置觀測點。結合最終數據的要求，合理的調整預留沉降量，同時還應該保證二次襯砌質量達標。在施工中需要嚴格的按照施工工藝規范的要求進行質量的控制，嚴格確定觀測次數，以滿足工程的施工需要為基礎。此外，在進行觀測中，應該選擇合適的儀器設備，否則將無法保證數據的準確度，對于后續工程的施工也存在負面影響。

5 結語

泥巖隧道的開挖施工是當前隧道工程的關鍵環節，本文主要是以實際工程案例來講解三步七臺階的施工方法，發現該方法是非常有效的，可以提升施工效率與工程質量，可以在更大范圍內推廣應用，促進我國交通事業的發展和進步。