三臺階七步開挖法在淺埋軟弱圍巖大斷面隧道中的應用

李曉斌

摘 要：該研究主要是對某隧道工程中軟弱圍巖地段施工進行分析，工程臨近貫通點位置圍巖軟，自穩能力比較差，分析不同技術方案的優缺點之后確定采用三臺階七步開挖法，全面保障隧道貫通段質量。圍繞三臺階七步開挖法施工原理和技術工藝展開討論，驗證不同技術參數在施工當中的合理性，并且提出針對性的質量保護措施。

關鍵詞：三臺階七步開挖法 淺埋軟弱圍巖 隧道工程

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（a）-00-02

某隧道改建工程屬于分離式小凈距隧道，建筑限界9.8m，凈高4.8m，平均開挖斷面100m2。該隧道地區屬于構造剝蝕丘陵地貌，山體兩側地形分別向東南側和西北側傾斜，地形標高為180～535m，隧道開挖工程中多次穿越不良地質段。隧道中部距貫通點200m范圍內存在松散堆積體為主的軟弱圍巖段。

1 施工方案

1.1 施工方案對比

一號隧道方案采用雙向絕境施工技術工藝，在雙向掘進至距離貫通點200m范圍內遇到松散堆積體為主的軟弱圍巖段，在經過技術方案討論之后，為了全面確保隧道開挖質量，對比小導洞開挖法、上下臺階法以及三步臺階法施工方案。然而由于小導洞開挖法和上下臺階法的操作工藝比較復雜，并且經濟效益低，所以決定采用三步臺階開挖法。

1.2 施工工藝和技術參數分析

（1）施工工藝。三臺階七步開挖法采用上部導坑環形開挖，并做好初期支護。中下臺階左右導坑馬口跳槽開挖，做好邊墻初期支護。預留核心土并仰拱開挖，做好功底初期支護。

（2）技術參數。第一，設置臺階參數。對于上臺階來說，應當將開挖高度控制在3.5m，核心土高度控制為1.9m，核心土與拱頂高度距離控制在1.85m，臺階長度為4.2m左右。對于中臺階來說，開挖高度設置為3m，臺階長度為4.5m，中臺階與下臺階通道坡度小于30°。對于下臺階來說，臺階長度在9m。第二，上臺階超前支護。隧道拱部120°范圍內打設超前小導管，將前端加工為錐形，管壁四周鉆取注漿孔，排間距控制在0.32m，打設角度為13°，小導管注漿壓力應當控制在0.7MPa。第三，鎖腳錨桿。左右側鋼架使用長度為3.5m的鋼筋，系統錨桿為藥包錨固。第四，系統錨桿和鋼筋網片。在初噴4cm混凝土之后，打設中空注漿錨桿，并呈梅花形布置。鋼筋網片網格間距控制為（0.2×0.2）m。

2 三臺階七步開挖法的技術特點分析

第一，該技術工業具有較多施工工作面，能夠提升工作效率。對于軟弱圍巖地段施工則可以使用破碎機或者挖掘機進行深度開挖，不會干擾圍巖結構，全面提升支護穩定性。

第二，可以對抗彎受力和抗壓受力進行有效轉移，工程開挖階段施工主要采用三臺階七步法，因此，每個部分的開挖范圍和面積都比較小，在開挖之后可以將抗剪力或者抗壓力直接傳遞給支護和核心圖，這樣能夠有效分散以上受力，騎到平衡穩定作用。

第三，在開挖各個部分之后，支護可以將大部分受力進行分散處理。在上臺階開挖施工期間，可以利用注漿固結拱頂為巖和超前支護技術分散受力。在開挖邊墻時則可以使用系統錨桿注漿固結，鎖腳錨桿與鋼支撐連接分散受力，這樣可以確保軟弱圍巖具有較高的自承受能力，這樣可以對初期支護受力起到分擔作用。在工程各部分施工工序當中使用技術工藝形成封閉成環之后，可以在較大程度上提升隧道斷面受力穩定。

第四，在開挖仰拱和中臺階及下臺階時，可以使用馬口跳槽開挖方式。此種開挖技術主要是將大斷面有效劃分為導坑進行開挖，可以確保導坑開挖不處于同一個斷面上，這樣可以在短時間內避免圍巖出現垮塌和變形情況。

第五，采用三臺階七步開挖法能夠有效提升空間和時間利用率，在中下臺階預留核心土能夠有效借助核心土重量來抵抗圍巖周邊的壓力和抗剪力，還能夠有效支撐工作面，避免兩側圍巖收斂。

第六，在出現圍巖突變情況時能夠有效確保施工方法和工序的優化調整。比如可以將鋼支撐護拱設置在內空中。避免圍巖變形情況持續擴大，全面提升施工安全質量。

第七，整個工程施工技術工藝更加靈活，能夠有效按照地質條件的變化，對施工工序和技術方法進行優化調整。

通過對軟弱基巖施工技術方案的對比分析可以看出，使用三臺階七步開挖法能夠有效提升施工效率，還能夠保證整體工程施工質量。

3 施工組織和控制要點分析

3.1 施工組織

（1）明確各施工面人員和設備配置。第一，上臺階開挖施工人數為7人，中臺階和下臺階邊墻派2人，打設超前支護，鎖腳錨桿和系統錨桿。第二，在安裝上臺階拱架時應當由7人完成，中臺階和下臺階安排2人，主要負責縱向連接鋼筋焊接，安全找頂和焊接鋼筋網片。第三，上臺階中臺階和下臺階噴射混凝土施工人數為5人，主要負責噴射混凝土施工。

（2）優化工序組合。通過各工序對平行作業進行合理安排，提升時間和空間利用率。在開挖上臺階時，首先應當將中臺階邊墻開挖結束之后再安裝鋼拱架和錨桿施工，下臺階實行出渣施工，在安裝拱架期間應當組織噴射混凝土設備進場，仰拱施工采用棧橋，上臺階中臺階平行作業方式。對于不能平行施工環節來說，為了加快循環速度，可以適當增加設備和人員數量。在完成上道工序之后，應當組織下豆工序施工人員提前做好相應準備工作。

3.2 施工控制要點

第一，超前支護。采用超前小導管循環間隔打設，大街長度必須大于1.4m。在施工過程中為了縮短注漿時間，則可以將22mm鋼筋穿入到超前小導管當中。

第二，系統錨桿。使用R25中空注漿錨桿，并且利用系統錨桿注漿對巖體進行錨固，確保巖體穩定性。

第三，鎖腳錨桿。鋼拱架和22mm鋼筋應當進行連接，并且將鋼拱架連接于巖體，并且使用藥包錨固錨桿。如果圍巖條件比較差，則左右側鋼架而需要使用22mm鋼筋。

第四，開完馬口掏槽。中臺階和下臺階同一斷面不能同時進行邊墻開挖，在開挖同一斷面邊墻時，應當前后錯開開挖時間。

第五，開挖和支護仰拱。下臺階與仰拱之間的距離應當大于20m，并且及時開挖仰拱，每循環開挖進尺應當小于5m。在開挖期間需要將鋼拱架，噴射混凝土設備和鋼筋堆放在合理位置，在開挖檢驗合格之后應當使拱架封閉成環，在完成初期支護之后，需要組織施工人員制作安裝鋼筋，并開始澆筑仰拱混凝土。

第六，梁組合監控。在施工過程中，應當在拱腳位置邊墻位置以及隧道拱頂設置監控點，日均監控兩次，并收集監控數據，以此對隧道初期支護沉降和收斂進行分析。在分析期間如果發現異常問題，監控人員應當及時預警報告，并適當增加監控次數直至解除警報。在監控預警之后需要按照實際狀況對施工工序和施工技術參數進行優化調整，全面加強整個工程的施工安全。

4 結語

綜上所述，在此次隧道工程當中，主要應用三臺階七步開挖法，此種施工工藝能夠有效確保該隧道通行路段的安全貫通，也能夠是工程管理人員獲得重要監測數據和試驗數據，經過論證總結之后可以為施工安全和進度起到重要參考價值。

參考文獻

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