涂博士正洞三台阶工法

1、软弱围岩隧道三台阶开挖工法施工要点中铁十七局集团MHTJ-4标项目经理部二零一五年十一月十九日目 录一、工程概况1二、施工工艺2三、监控量测6四、台阶法隧道施工控制要点11五、台阶法喷射砼施工13六、其他主要工序13- 15 -隧道三台阶开挖工法施工要点一、工程概况MHTJ-4标段包括隧道10座，分别为薛家畔1号隧道、薛家畔2号隧道、阳城隧道、青阳隧道、红石湾隧道、武家坡隧道、新窑隧道、银山1号隧道、银山2号隧道、银山3号隧道。隧道全长23938.68m，其中包括级围岩2925m，级围岩13213m，级围岩7602.2m，明洞及洞门198.48m，、围岩占86，95%。根据蒙华公司关于确保隧道

2、质量安全的指导意见（蒙华工技201573号文）、蒙陕指挥部关于加强隧道质量安全和技术管理的通知（蒙华工技201524号文）及蒙陕指挥部2015年10月13日下发的关于加强技术管理工作的通知要求，结合设计图纸要求，、级围岩均采用三台阶法开挖，且要求拱初支紧跟下台阶，距掌子面距离不大于2倍洞径。仰拱实行长段落施工，每次浇筑长度不小于24m。为满足以上要求，我标段认真研究了蒙华四标隧道地质情况、围岩等级、支护参数等情况，优化了三台阶开挖工法流程，明确了各台阶高度、长度、施工顺序、施工方法等，该开挖方法操作简单，速度快，效率高，能保证初支及时封闭成环。二、施工工艺该工法运用新奥法原理，贯彻“管超前、严

3、注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的软弱围岩隧道施工十八字方针，能达到“控制变形、防止坍方”的要求。该工法适用于蒙华四标、级及以上软弱围岩隧道正洞的开挖施工。并根据实际揭示的围岩是砂质新黄土，老黄土，粉细砂、砂岩等不同情况对台阶长度、高度、初支封闭距离进行调整。上台阶开挖采用机械配合人工进行，开挖方式为弧形导坑预留核心土，开挖顺序先两侧后拱部，核心土根据围岩情况预留，对围岩较好直立不塌时可不留。中、下台阶采用机械开挖、人工修整方法，开挖顺序从上往下进行。仰拱开挖采用分段整幅开挖方式，一次开挖2至3榀（无拱架段一次开挖不大于3米），开挖一段支护一段，保证初紧跟下台阶，距掌子面不大于2倍洞径。

4、1、工艺流程三台阶开挖法可分为以下主要步骤： 上部导坑环向开挖，施作拱部初期支护； 中、下台阶左右错开开挖，施作墙部初期支护； 中心预留核心土开挖，隧底开挖，施作隧底初期支护。每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护仰拱及时封闭成环，施工按2倍径控制。具体工艺流程图见图1：三台阶开挖工艺流程图。图1 三台阶施工工艺流程2、施工作业说明 根据隧道的水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，保证隧道开挖安全。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。 弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，以人工和机械开挖结合进行，机械开挖后周边预留30cm周边土进行

5、人工开挖，开挖后及时支护；其它分步平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环；仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系。 施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时指导调整支护参数和预留变形量，保证施工安全； 三台阶开挖法施工步骤见下图2：三台阶开挖工序图。图2 三台阶开挖工序图A.上部导坑开挖：利用上一循环架立的刚架施作拱部42超前小导管；挖掘机开挖1部，人工配合整修周边断面，开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，级围岩2榀拱架，级围岩1榀拱架,预留核心土，核心土长度宜为23m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2,开挖后立即初喷35cm厚度混凝土。上台阶开

6、挖高度为3.5m（根据各级围岩设计拱架单元确定）,长度为34m，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，钢架基础垫设垫板,复喷混凝土至设计厚度。B.左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，每次开挖2榀拱架，中台阶开挖高度一般为4.1m（根据各级围岩拱架单元确定），长为1011m，左、右侧台阶错开，开挖后立即初喷35cm厚度混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢

7、固焊接，钢架基础垫设垫板,复喷混凝土至设计厚度。C.左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，每次开挖不超过2榀拱架，开挖高度一般为2.8m（根据各级围岩拱架单元划分确定），长度为79m，左、右侧台阶错开，开挖后立即初喷35cm厚度混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°45°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，钢架基础垫设槽钢,复喷混凝土至设计厚度。D.上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。E.隧底开挖：每循环开挖长度宜为23榀，开挖后及时施作

8、仰拱初期支护，达到24米后及时施作仰拱。 三台阶开挖法的初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。初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力，其施工工艺流程见图3：初期支护工艺流程图。图3 初期支护工艺流程图3、仰拱填充层施工 隧底开挖采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在23榀。 隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷35cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。 仰拱浇筑超前拱墙衬砌，与填充层一起浇筑，每循环浇筑长度宜为24m，一次成型，填充混凝土强度达到5MPa后允

9、许行人通行，达到设计强度的100后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度符合设计要求，平顺、排水通畅、不积水。 三、监控量测1、量测断面及间距布置对于地表下沉量测，按表1要求进行观测断面设置。同一断面观测点按照图4：地表沉降横向测点布置示意图要求布置。为掌握各级围岩位移变化规律，在各级围岩起始地段增设量测断面；量测断面严格按照设计要求布置。图4 地表沉降横向测点布置示意图 表1 地表下沉量测测点纵向间距隧道埋深与开挖宽度断面间距（m）2BH0 2（H+B）20BH0 2B10H0 B5洞内拱顶下沉和水平收敛观测断面布置按表2：必测项目量测断面间距的要求布设。净空收敛测线布置按表3：净空收敛测线布置要求

10、设置。同一断面测点布置见图5：拱顶下沉量测和水平收敛量测示意图进行布置。表2 必测项目量测断面间距围岩级别断面间距（m）单双线正洞单双车道辅助坑道5102030（软质岩）50（硬质岩）在特殊地段布设监测断面备注：1）级围岩，在不良地质地段（主要指土体、水平层软质岩等）监测断面应适当加密。2）级软质岩主要指：砂岩、片岩、板岩、页岩、泥质砂岩、砂砾岩、泥灰岩等。3）级硬质围岩原则上不布设监测断面，特殊地段根据现场情况布设监测断面，特殊地段指：掌子面施工时，有掉块、坍方等的地段；初期支护有开裂、剥落等的地段；需要进行设计调整的段落（进行一定的监测，为动态调整支护参数、施工方法等提供参考，验证调整效果

11、）；其他需要进行监测的地段。4）各断面布设间距误差控制在“断面间距的10%”以内。表3 净空收敛量测测线布置 地段开挖方法一般地段特殊地段全断面法一条水平测线依现场实际而定两台阶法台阶开挖线上部1.5米处一条水平测线依现场实际而定三台阶法台阶开挖线上部1.5米处各一条水平测线依现场实际而定分部开挖法每分部一条水平测线上部每分部一条水平测线，两条斜测线，其余分部一条水平测线 （a）全断面法 （b）两台阶法（c）三台阶法 （d）分部开挖法图5 拱顶下沉量测和净空变形量测示意图2、量测频率洞内外观察每施工循环记录一次，必要时加大观察频率。地表沉降监测一般为1次/天。出现异常情况时，根据现场管理要求，

12、加大监测频率。在二次衬砌施工通过监测断面 H0+B距离后（H0为该断面隧道埋深，B为该断面隧道开挖宽度），且地表沉降变形时态曲线已经收敛，可停止该断面监测。拱顶下沉和水平收敛监测一般为1次/天。台阶法施工，下部开挖过程中，频率为2次/天。出现异常情况时，根据现场管理要求，加大监测频率。当变形趋于稳定时，监测频率按下表4进行。表4 变形趋于稳定时的监测频率 支护状态平均变形速率持续时间监控频率初支全环封闭2mm/d3天1次/3天初支全环封闭1mm/d7天1次/7天初支全环封闭1mm/d15天1次/15天在初期支护稳定后，可停止该断面的监测。初期支护稳定须同时满足以下条件：初期支护表观现象正常；拱

13、顶下沉和水平收敛平均变形速率小于1mm/d，且持续1个月以上；变形时态曲线已经收敛。3、量测方法量测点布点与量测要求见下表5，本标段在隧道拱顶下沉和水平收敛量测中采用目前比较先进的无接触围岩量测技术。它具有快速、准确、灵活方便等优点。表5 监控量测布点与量测要求表序号量测项目测点布置量测方法及要求仪器1洞内外观察开挖及支护后进行目测：地质观察在爆破后初喷前进行，绘制地质素描图，填写开挖工作面地质调查记录表；检查喷射混凝土有无开裂及发展，锚杆有无松动，钢架支护状态等，并做好相应记录；查看边仰坡有无开裂、起壳，地表有无裂纹；地表水位有无异常变化。2地表沉降量测隧道洞口进行地表沉降量测，横断面方向沿

14、隧道中心及两侧间距25m处设地表下沉测点(测点间距25m)，在隧道中线附近测点应适当加密，同一断面内应取711点，隧道中线两侧监测范围不应小于H0+B基准点应设置在隧道施工影响范围以外稳定处，并设置复核性测点，保证其数据可靠性。采用全站仪三角高程测量或者用精密水准仪进行，沉降测点埋设时先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露12cm，四周用混凝土填实。测点一般采用直径2030mm，长50100cm半圆头钢筋制成。精密水准仪、铟瓦尺，全站仪3拱顶下沉和水平收敛监测测点布设应按施工方法区分，全断面、两台阶、三台阶按图3-3行布置，其他特殊地段施工方法的测点布设根据现场实际情况进行布置。测点埋设在钢架、

15、格栅等初期支护上，并在初支支护后立即埋设。初始读数应在测点埋设12h内读取。拱顶下沉测点应埋设在拱顶轴线附近，数值采用绝对高程，周期性复核后视点，保证其数据可靠性。在测点位置用红色油漆做醒目标识，做好保护措施，防止破坏。如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数。全站仪监控量测结果将作为变更依据，其量测方法有：3.1洞内、外观察洞内开挖面观察：开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比，此项工作由地质预报单位或专业地质工程师进行整理。洞内已施工地段观察：喷射混凝

16、土、钢拱架或格栅钢架变形等工作状态。主要观察内容如下：初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷混凝土是否开裂和剥落。钢拱架或格栅钢架有无扭曲变形、整体下沉等现象；拱架或围岩有无异响。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。3.2拱顶下沉和水平收敛监测拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行。测点埋设：采用直径不小于20mm的螺纹钢，尾端（隧道洞内方向）进行45°斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片（不小于1cm×

17、1cm）。标识要求：测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌，及时记录展示相关信息，监测点上严禁悬挂物品。保护要求：测点及时进行布设，并做好保护，防止破坏。现场监测与施工必须紧密配合，施工现场应提供监测工作时间，保证监测工作的正常进行，监测测点的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中。破坏与松动处理要求：如果测点被破坏，在被破坏测点附近补埋，重新采集数据；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数。3.3地表沉降监测地表沉降监测可采用全站仪或精密水准仪进行，沉降测点埋设时先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露12cm，四周用混凝土填实。测点一般采用直径203

18、0mm，长200cm半圆头钢筋制成。四、台阶法隧道施工控制要点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，并使用钢筋混凝土铺砌，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。2、三台阶法施工应做好工序衔接，工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳，初期支护应及时封闭成环。3、在满足作业空间和台阶稳定的前提下应尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在23m。4、三台阶法施工应严格控制开挖进尺，根据围岩地质情况，合理确定循环进尺每次开挖长度不得超过一榀拱架间距，开挖后立即初喷35cm混凝土，以减少围岩暴露时间。5、严格按设计要求施作超前支护，控制好超前支护的外插角6

19、、隧道周边部位应预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖。7、中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开。 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）脚悬空或采用虚渣回填，钢架应与锁脚锚杆（管）焊接牢固，9、隧道超挖部位必须回填密实，严禁初期支护背后存在空洞，必要时初期支护背后应进行充填注浆，保证初期支护与围岩紧贴。10、施工过程中采用增加拱（墙）脚锁脚锚管，增设钢架拱（墙）脚部位纵向连接筋，扩大拱（墙）脚初期支护基础，及增设拱（墙）脚槽钢垫板等，增强拱（墙）脚承载力等措施控制变形。11、完善洞内临时方排水系统，严禁积水浸泡拱脚及在施工现场漫流，放置基底承载力降低。12、加强监控量测工作，根据量侧结果，及时调整支护参数，确定二次衬砌施作时间，进行信息化施工管理。五、台阶法喷射砼施工1、喷混凝土施工每台喷射混装土机械手配备2人，操作机械手1人，上料1人。先对掌子面进行初喷35cm ,然后对型钢由两侧底脚板处向拱顶依次呈“S” 形喷射，每次喷射厚度：墙部达到型钢一半左右，拱部为型钢厚度的1/3时才能向上移动，等下部凝固后再次重复喷射直到