隧道三臺階七步開挖法(以下簡稱“三臺階七步開挖法”)是以弧形導坑開挖留核心土為基本模式,分上、中、下三個臺階七個開挖面,各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開、平行推進的隧道施工方法。

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三臺階七步開挖法施工立體效果圖

三臺階七步開挖法適用于開挖斷面為100~180 平方米,具備一定自穩(wěn)條件的Ⅳ、V級圍巖地段隧道的施工。主要表現(xiàn)包括:黃土、強風化巖層(強風化泥巖、強風化泥質(zhì)粉砂巖等)。不適用于圍巖地質(zhì)為流塑狀態(tài)、洞口淺埋偏壓段(但經(jīng)過反壓處理或施做超前大管棚后可采用)。

隧道開挖斷面約為150~165 平方米,圍巖級別為V級,上層風積砂質(zhì)黃土,下伏上第三系泥巖,夾薄層砂巖、石膏巖和巖鹽,雖然洞口地址表現(xiàn)為淺埋偏壓,但洞口施做了一環(huán)30m長的Φ108超前大管棚支護,因此,可以采用三臺階七步開挖法。

技術特點

(1)施工空間大,方便機械化施工,可以多作業(yè)面平行作業(yè)。部分軟巖或土質(zhì)地段可以采用挖掘機直接開挖,工效較高。

(2)在地質(zhì)條件發(fā)生變化時,便于靈活、及時地轉(zhuǎn)換施工工序,調(diào)整施工方法。

(3)適應不同跨度和多種斷面形式,初期支護工序操作便捷。

(4)在臺階法開挖的基礎上,預留核心土,左右錯開開挖,利于開挖工作面穩(wěn)定。

(5)當圍巖變形較大或突變時,在保證安全和滿足凈空要求的前提下,可盡快調(diào)整閉合時間。

三臺階七步開挖法規(guī)避了側壁導坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除臨時支護及受力轉(zhuǎn)換造成不安全的因素,及時調(diào)整閉合時間,方便機械施工,利于施工工序轉(zhuǎn)換。

施工原則

采用三臺階七步開挖法施工應盡量縮短臺階長度,確保初期支護盡快閉合成環(huán),仰拱和拱墻襯砌及時跟進,盡早形成穩(wěn)定的支護體系。

施工工藝流程

三臺階七步開挖法可分為以下主要步驟:

A、上部弧形導坑環(huán)向開挖,施做拱部初期支護;

B、中、下臺階左右錯開開挖,施做墻部初期支護:

C、中心預留核心土開挖、隧底開挖,施做隧底初期支護。

每部開挖后均應及時支護,隧底初期支護后應及時施做仰拱,盡早封閉成環(huán)。

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三臺階七步開挖法工藝流程圖

施工作業(yè)

(1)采用三臺階七步開挖法施工的隧道,應將超前地質(zhì)預報納入施工工序,并根據(jù)工程水文地質(zhì)變化情況,及時調(diào)整各部臺階長度或施工方法,采取相應的技術措施,及早封閉成環(huán),保證施工安全。

(2)采用三臺階七步開挖法施工的隧道,應根據(jù)工程水文地質(zhì)條件,按設計要求做好超前支護,防止圍巖松弛,保證隧道開挖安全。在斷層、破碎帶、淺埋段等自穩(wěn)性較差或富水地層中,超前支護應按設計要求進行加強。

(3)三臺階七步開挖法施工應符合下列要求:

① 以機械開挖為主,必要時輔以弱爆破;

② 弧形導坑應沿開挖輪廓線環(huán)向開挖,預留核心土,開挖后及時支護;

③ 其他分步平行開挖,平行施做初期支護,各分部初期支護銜接緊密,及時封閉成環(huán);

④ 仰拱緊跟下臺階,及時閉合構成穩(wěn)固的支護體系;

⑤ 施工過程通過監(jiān)控量測,掌握圍巖和支護的變形情況,及時調(diào)整支護參數(shù)和預留變形量,保證施工安全;

⑥ 完善洞內(nèi)臨時防排水系統(tǒng),防止地下水浸泡拱墻腳基礎。

三臺階七步開挖法施工步驟

一、上部弧形導坑開挖:在拱部超前支護后進行,環(huán)向開挖上部弧形導坑,預留核心土,核心土長度宜為3~5m,寬度宜為隧道開挖寬度的1/3~1/2。開挖循環(huán)進尺應根據(jù)初期支護鋼架間距確定,最大不得超過1.5m,開挖后立即初噴3~5cm混凝土。 上臺階開挖矢跨比應大于0.3,開挖后應及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護,架設鋼架,在鋼架拱腳以上30cm高度處,緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°打設鎖腳錨桿,鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接,復噴混凝土至設計厚度。

二、左、右側中臺階開挖:開挖進尺應根據(jù)初期支護鋼架間距確定,最大不得超過1.5m,開挖高度一般為3~3.5m,左、右側臺階錯開2~3m,開挖后立即初噴3~5混凝土,及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護,接長鋼架,在鋼架墻腳以上30cm高度處,緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°打設鎖腳錨桿,鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接,復噴混凝土至設計厚度。

三、左、右側下臺階開挖:開挖進尺應根據(jù)初期支護鋼架間距確定,最大不得超過1.5m,開挖高度一般為3~3.5m,左、右側臺階錯開2~3m,開挖后立即初噴3~5混凝土,及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護,接長鋼架,在鋼架墻腳以上30cm高度處,緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°打設鎖腳錨桿,鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接,復噴混凝土至設計厚度。

四、上、中、下臺階預留核心土:各臺階分別開挖預留的核心土,開挖進尺與各臺階循環(huán)進尺相一致。

五、隧底開挖:每循環(huán)開挖長度宜為2~3m,開挖后及時施作仰拱初期支護,完成兩個隧底開挖、支護循環(huán)后,及時施作仰拱,仰拱分段長度宜為4~6m。