三台阶七步开挖法综合项目施工基本工艺.doc

三台阶七步开挖法
l 总 则
1.0.1 为确保铁路大断面隧道施工安全和质量，规范开挖作业程序，加强过程控制，提升施工进度，制订本作业指南。
1.0.2铁路大断面隧道三台阶七步开挖法(以下简称“三台阶七步开挖法”)是以弧形导坑开挖留关键土为基础模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位开挖和支护沿隧道纵向错开、平行推进隧道施工方法。
1.0.3三台阶七步开挖法适适用于开挖断面为100～180 m。，含有一定自稳条件Ⅳ、V级围岩地段隧道施工。
1.0.4三台阶七步开挖法含有下列技术特点：
1施工空间大，方便机械化施工，能够多作业面平行作业。部分软岩或土质地段能够采取挖掘机直接开挖，工效较高。
2在地质条件发生改变时，便于灵活、立即地转换施工工序，调整施工方法。
3适应不一样跨度和多个断面形式，早期支护工序操作便捷。
4在台阶法开挖基础上，预留关键土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。
5当围岩变形较大或突变时，在确保安全和满足净空要求前提下，可立即调整闭合时间。
1.0.5采取三台阶七步开挖法施工应尽可能缩短台阶长度，确保早期支护立即闭合成环，仰拱和拱墙衬砌立即跟进，尽早形成稳定支护体系。
1.0.6采取三台阶七步开挖法进行大断面隧道施工除应符合本作业指南要求外，尚应符合国家现行相关强制性标准要求。
2 施工准备
2.0.1施工调查前应查阅设计文件和资料，制订调查提要。施工调查内容应包含工程概况、施工条件、地形地质及其它和工程相关内容。调查结束后应编写施工调查汇报。
2.0.2施工调查后应结合三台阶七步开挖法特点，根据建设项目标规模和工期要求，有针对性地编制实施性施工组织设计和施工作业指导书。
2.0.3 采取三台阶七步开挖法施工隧道，应进行施工技术交底，作业人员应进行岗前培训和安全教育，特殊工种作业人员应持证上岗。
2.0.4施工机械配置应满足正常施工要求。实施中，可依据施工进度要求分期、分批组织上场。
2.0.5 隧道施工机械配套应针对隧道大断面特点，以实现机械化均衡生产为目标，配套生产能力应为均衡施工能力1．2～1．5倍。
3 施工工艺
3.1 施工工艺步骤
3.1.1 三台阶七步开挖法可分为以下关键步骤：
l 上部弧形导坑环向开挖，施做拱部早期支护；
2中、下台阶左右错开开挖，施做墙部早期支护：
3 中心预留关键土开挖、隧底开挖，施做隧底早期支护。每部开挖后均应立即支护，隧底早期支护后应立即施做仰拱，尽早封闭成环。
3.1.2三台阶七步开挖法施工工艺步骤见图3．1．2。

围岩稳定性评判、修正支护参数
监控量测
超前支护
上部弧形导坑开挖，施作早期支护
断面检验
左右侧错开开挖中台阶，施作早期支护
左右侧错开开挖下台阶，施作早期支护

开挖上、中、下台阶预留关键土
分段开挖隧底，施作早期支护
施作仰拱
施作仰拱填充

图3.1.2三台阶七步开挖法施工工艺步骤
3.2 施工作业
3.2.1采取三台阶七步开挖法施工隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，并依据工程水文地质改变情况，立即调整各部台阶长度或施工方法，采取对应技术方法，及早封闭成环，确保施工安全。
3.2.2采取三台阶七步开挖法施工隧道，应依据工程水文地质条件，按设计要求做好超前支护，预防围岩松弛，确保隧道开挖安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。
3.2.3 三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：
1 以机械开挖为主，必需时辅以弱爆破；
2弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留关键土，开挖后立即支护；
3其它分步平行开挖，平行施做早期支护，各分部早期支护衔接紧密，立即封闭成环；
4仰拱紧跟下台阶，立即闭合组成稳固支护体系；
5施工过程经过监控量测，掌握围岩和支护变形情况，立即调整支护参数和预留变形量，确保施工安全；
6完善洞内临时防排水系统，预防地下水浸泡拱墙脚基础。
3.2.4三台阶七步开挖法施工步骤见图3.2.4--1，开挖透视图见．3.2.4—2，施工工序见图3.2.4—3。

图3.2.4-1施工步骤
图3.2.4—2开挖透视图
图 3.2.4-3施工工序图
施工步骤：
第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留关键土，关键土长度宜为3~5米，宽度宜为隧道开挖宽度1/3~1/2。开挖循环进尺应依据早期支护钢架间距确定，最大不得超出1.5米，开挖后立即初喷3~5cm砼。上台阶开挖失跨比应大于0.3，开挖后应立即进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边缘按下倾角30°搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢靠焊接，复喷砼至设计厚度。
第2、3步，左右侧中台阶开挖：开挖进尺应依据早期支护钢架间距确定，最大不得超出1.5m，开挖高度通常为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，立即进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边缘按下倾角30°搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢靠焊接，复喷砼至设计厚度。
第4、5步，左右侧下台阶开挖：开挖进尺应依据早期支护钢架间距确定，最大不得超出1.5m，开挖高度通常为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，立即进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边缘按下倾角30°搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢靠焊接，复喷砼至设计厚度。
第6步，上中下台阶预留关键土：各台阶开挖分别开挖后立即施作仰拱早期支护，完成两个隧道开挖、支护循环后，立即施作仰拱，仰拱分段长度宜为4~6m。
第7步，隧底开挖：每循环开挖进尺长度宜为2~3m开挖后立即施作仰拱早期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，立即施作仰拱，仰拱分段长度宜为4~6m。
3.2.5三台阶七步开挖法早期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。早期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩自然承载力，其施工工艺步骤见

开 挖
清理岩面
初喷混凝土封闭岩面
施作系统锚杆，挂钢筋网
安装钢架
复喷混凝土至设计厚度
量测数据分析、反馈

图3.2.5 早期支护施工工艺步骤
1初喷混凝土封闭岩面：
1)初喷混凝土应在开挖后立即进行。
2)用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度标志钉。
3)工作面滴水或淋水时，宜采取钻孔埋管做好引排水。大面积潮湿岩面宜采取粘结性强混凝土，经过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采取干喷形式快速封闭渗水岩面。
4)喷射混凝土必需满足设计强度、厚度及其和岩面粘结力要求。
5)喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱(墙)脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应和受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。
2系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求：
1)初喷混凝土后应立即施做锚杆，锚杆必需设置垫板。岩石隧道拱部系统锚杆必需带排气装置，采取沿锚杆孔进浆施工工艺；黄土隧道系统锚杆按设计要求选择。
2)钢筋网可采取为φ8 mm或φ6 mmHPB235钢制作，网格尺寸宜采取20 cm×20 cm～25 cm×25 cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采取焊接方法连接。
3)钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3 cm，钢筋网应和锚杆、钢架连接牢靠，且钢筋保护层厚度不应小于4 cm。
3安装钢架应符合下列要求：
1)拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置一施做定位锚杆一架设钢架一布设纵向连接筋。
2)墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板一施做定位锚杆一对应拱部单元架设墙部钢架单元一布设纵向连接筋。拱、墙部钢架单元宜采取栓接方法连接。
3)加强钢架拱(墙)脚锁脚锚杆(管)施工，各台阶每单元钢架拱(墙)脚以上30 cm高度处，紧贴钢架两侧边缘按下倾角30。打设4根或4根以上锁脚锚杆(管)，锁脚锚杆(管)和钢架牢靠焊接，锁脚锚杆直径不应小于22 mm，锁脚锚管直径不应小于42 mm，长度不得小于3．5 m，以控制基脚变形。
4)施工注意事项及要求：
①钢架拱(墙)脚应架设在稳固基岩上或底部铺垫槽钢，以确保钢架基础稳固。安装前应清除基脚下虚渣、虚土及杂物。
②钢架安装许可偏差：钢架间距、横向位置和高程和设计位置偏差不超出±5 cm，垂直度许可偏差为±2。。
③钢架应和纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢靠，以增强钢架整体稳定性。
④锁脚锚杆施工应作为施工质量控制关键，锁脚锚杆尾部宜加工成“L”形。钢架连接板应采取栓接牢靠连接。
⑤钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2 m应采取骑马或楔形垫块顶紧；钢架和围岩间隙不应大于5 cm。
4 喷射混凝土厚度应符合设计要求，二次复喷混凝土应分层喷射，每层厚宜为5～6 cm。喷射混凝土表面应平顺，无空鼓、裂缝、酥松，平整度宜采取2 m靠尺检验，许可偏差为侧壁5 cm、拱部7 cm。
3.3仰拱施工
3．3．1 隧底开挖应采取全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2—3 m。当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽次数不得多出3次，每次跳槽间隔不得大于10 m。
3．3．2隧底开挖后，应立即清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5 cm厚混凝土封闭岩面，根据设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使早期支护立即闭合成环。
3．3．3仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6 m，仰拱应采取浮放模板支架成型。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。仰拱表面应平顺，不积水。
3．3．4仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。填充混凝土强度达成5MPa后许可行人通行，达成设计强度100％后许可车辆通行。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。
3．4监控量测
3．4．1监控量测工作必需紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据可利用工程类比法立即分析反馈，必需时应依据分析结果调整支护参数，以确保施工安全。
3．4．2量测项目可分为必测项目和选测项目。必测项目见表
3．4．2．选测项目可结合工程实际情况，根据《铁路隧道监控量测技术规程》要求选择。

表3．4．2监控量测必测项目
序号
检测项目
测量方法和仪表
测量精度
备注
1
洞内、外观察
现场观察，地质罗盘仪

2
早期支护拱（墙）脚净空改变
采取非接触无尺量测法，全站仪
0.1mm

3
早期支护拱顶下沉
采取非接触无尺量测法，全站仪
0.1mm

4
地表沉降
水准测量方法，水准仪
1mm
浅埋隧道（Ho≤2b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必测

注：Ho为隧道埋深；b为隧道最大开挖宽度。
3．4．3净空改变量测测点部署和初读数读取应符合下列要求。测点、测线部署详见图3．4．3。

图3.4.3 净空改变测点部署
1 上部弧形导坑开挖并施做拱部早期支护后，布设拱顶下沉测点A和第一条净空量测基线B—B’，在3～6 h内取得初读数；
2 中台阶开挖并施做上部边墙早期支护后，布设第二条净空量测基线c—C’，在3～6 h内取得初读数；
3下台阶开挖并施做下部边墙早期支护后，布设第三条净空量测基线D—D’，在3～6 h内取得初读数；
4其它量测项目应在开挖后12 h内取得初读数，最迟不得超出24 h，且在下一循环开挖前完成；
5拱(墙)脚净空改变、拱顶、地表观察点应布设在同一断面，便于分析、比较。
3．4．4各测点取得初读数据后，应根据位移速度和量测断面距开挖面距离选择量测频率(见表3．4．4)。当出现异常情况时，应加大量测频率。
表3．4．4量测频率
位移速度
距开挖面距离
位移速度（mm/d）
侧量频率
量测断面距开挖面距离（m）
量测频率
≥5
2次/d
(0～1)B
2次/d
1～5
1次/d
(1～2)B
1次/d
0.5～1
1次/2～3d
(2～5)B
1次/2～3d
0.2～0.5
1次/3d
＞5B
1次/7d
＜0.2
1次/7d

注：1 B为隧道开挖跨度；
2 当根据“位移速度”和“量测断面距开挖面距离”选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高实施。
3．4．5量测数据整理及位移一时间改变曲线绘制应符合下列规
定：
l量测数据整理时，应将原始数据根据大小次序，用频率分布形式显示出一组数据分布情况，进行数据数字特征计算和离散数据取舍。
2绘制位移一时间改变曲线，经过回归分析估计最终位移值和各阶段位移速率。具体方法以下(如拱顶下沉)：
1)将量测数据输入计算机系统，绘制位移一时间改变曲
线(U—f曲线)，见图3．4．5；
(b)
注：％为拱顶最大许可位移值。
图3．4．5 位移一时间改变曲线示意
2)若u—f曲线图3．4．5(a)所表示趋于平缓，经过数据
处理或回归分析，可推算最终位移值，掌握位移改变
规律；
3)若卜￡曲线出现类似图3．4．5(b)所表示情况，变形有
加紧发展趋势，表明围岩和支护处于不稳定状态，应
停止前方开挖面掘进，加强支护。
3通常情况下，采取三台阶七步开挖法施工时，围岩和支护变形有以下规律：开挖中台阶时，A点和B—B’基线位移会发生突变，中台阶墙部早期支护施做完成后，变形趋于平缓；开挖下台阶时，A点和c—c’基线位移会发生突变，下台阶墙部早期支护施做完成后，变形趋于平缓；开挖隧底时，A点和D—D’基线位移会发生突变，仰拱早期支护施做完成，支护全环闭合后，变形趋于平缓。
3．4．6 位移控制基准应依据测点距开挖面距离，由早期支护
极限相对位移按表3．4．6要求确定。
表3．4．6位移控制基准
类别
距开挖面1B（U1B）
距开挖面2B（U2B）
距开挖面较远
许可值
65%Uo
90%Uo
100%Uo

注: 1 B为隧道开挖宽度；
2 Uo为极限相对位移值，可依据隧道开挖宽度、埋深，根据不一样围岩等级，参考《铁路隧道监控量测技术规程》或经过工程类比确定。
3．4．7依据位移控制基准，可按表3．4．7分为三个管理等级。
表3．4．7 位移管理等级
管理等级
距开挖面l曰
距开挖面2B
Ⅲ
U<UlB／3
u< U2B／3
Ⅱ
U1B／3≤U≤2￡，1B／3
U2B／3≤U<~2U2B／3
I
U>2U1B／3
u>2％B／3
注：U 为实测位移值。
3．4．8隧道位移管理应符合表3．4．8要求。

表3．4．8变形管理
管理等级
工 程 对 策
Ⅲ
正常施工
Ⅱ
采取工程对策，包含加强超前支护等，缩短台阶开挖长度，
调整早期支护强度、刚度等，同时加强监控量测
I
停止开挖，加强早期支护，加强监控量测

4施工控制关键点
4．0．1 隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶及洞口排水沟应铺砌，用砂浆抹面，预防地表水及施工用水下渗，影响结构安全。
4．O．2三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽可能降低围岩暴露时间，避免因长时间暴露引发围岩失稳。
1早期支护应立即封闭成环，全断面早期支护闭合时间宜控制在15d左右，有条件时应尽可能缩短闭合时间；
2仰拱应超前施做，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30—40 m，铺设防水板、二次衬砌等后续工作应立即进行；
3二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长度，但不得大于50m。
4．0．3在满足作业空间和台阶稳定前提下，应尽可能缩短台阶长度，关键土长度应控制在3—5 m，宽度宜为隧道开挖宽度l／3～l／2。
4．0．4三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，依据围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度不得超出1．5 m；开挖后立即初喷3—5 em混凝土，以降低围岩暴露时间。
4．0．5严格按设计要求施做超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，确保隧道开挖在超前支护保护下施工。
4．0．6隧道周围部位应预留30 em人工开挖，其它部位宜采取机械开挖，局部需要爆破时，必需采取弱爆破，不得超挖。施工时应严格控制装药量，降低对围岩扰动。
4．O．7 中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为2～3 m。
4．0．8钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上，严禁拱(墙)脚悬空或采取虚渣回填。钢架应和锁脚锚杆(管)焊接牢靠。
4．0．9隧道超挖部位必需回填密实，严禁早期支护背后存在空洞。必需时早期支护背后应进行充填注浆，确保早期支护和围岩密贴。
4．O．10施工过程中可采取增加拱(墙)脚锁脚锚杆(管)、增设钢架拱(墙)脚部位纵向连接筋、扩大拱(墙)脚早期支护基础及增设拱(墙)脚槽钢垫板等增强拱(墙)脚承载力等方法控制变形。
4．0．1l 应加强监控量测工作，依据量测结果，立即调整支护参数，确定二次衬砌施做时间，进行信息化施工管理。
4．0．12应完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱(墙)脚及在施工现场漫流，预防基底承载力降低。当地层含水量大时，上台阶开挖工作面周围宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部或两侧排水沟排出洞外。必需时应配合井点降水等方法，降低地下水位至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。
4．O．13 隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职业健康及安全标准。

围岩稳定性评判、修正支护参数
监控量测
超前支护
上部弧形导坑开挖，施作早期支护
断面检验
左右侧错开开挖中台阶，施作早期支护
左右侧错开开挖下台阶，施作早期支护

开挖上、中、下台阶预留关键土
分段开挖隧底，施作早期支护
施作仰拱
施作仰拱填充