铁路隧道大断面破碎硬岩三台阶法合规性快速施工

1、安全有序、快速合规中国中铁隧道集团公司铁路隧道大断面破碎硬岩三台阶法合规性快速施工4工程背景及概述三台阶法施工工艺三台阶法施工组织及管理三台阶法施工建议规定现行铁道部关于步距的规定（铁建设200940号文、铁建设2010120号文）背景一、工程背景及概述围岩级别工作面开挖（榀拱架/循环）初支成环距开挖面距离（m）仰拱铺底距开挖面距离（m）拱墙衬砌距开挖面距离（m）、20090120上台阶12榀、边墙2榀、仰拱3m355090、上台阶1榀、边墙2榀、仰拱3m354070点评但最常用的120号文并未对级及以上的围岩进行步距规定。并未对、的仰拱铺底距开挖面进行规定。三台阶法 某铁路单洞双线隧道开挖断

2、面净空在130左右，硬质破碎岩，少水。设计为级围岩，需要立拱支护（I18），拱架间距1.0m，超前支护42超前小导管长4m，6.5单层钢筋网片，喷混凝土厚度25cm（仰拱15cm），初支仰拱无拱架和钢筋网，仅为素喷混凝土。 采用三台阶法带仰拱施工，每循环进尺为23榀拱架，采用机械手喷混凝土 。一、工程背景及概述 隧道三台阶开挖时，台阶划分高度为上台阶5.5m，中台阶2.6m，下台阶及仰拱为（2.1+1.8）3.9m；三台阶法一、工程背景及概述断面划分需要进行钻爆开挖且具备一定自稳条件的、V级围岩，如硬质岩如砂岩、白云岩等，中强风化破碎岩层等。铁路客专或高铁隧道单洞双线断面，开挖断面在100m2

3、以上，如断面开挖高度在12m左右、宽度均在14m左右。大断面破碎硬质岩三台阶三台阶开挖法是指隧道开挖过程中分上、中、下台阶和仰拱4部分，拱部一次较大断面开挖，中下台阶开挖面可左右错开同时开挖，然后分部同时支护，最后形成支护整体，逐步向纵深推进的作业方法。三台阶法一、工程背景及概述三台阶法一、工程背景及概述断面划分 隧道三台阶开挖时，台阶划分高度为上台阶5.5m，中台阶2.6m，下台阶及仰拱为（2.5+1.4）3.9m；工艺流程1（一）工作面二、三台阶法施工工艺工艺流程1（一）工作面二、三台阶法施工工艺上台阶出碴工艺图片2二、三台阶法施工工艺工艺图片上台阶立拱、中台阶接腿挂网锁脚锚杆（管）支护2

4、二、三台阶法施工工艺工艺图片2上台阶立拱架，中下台阶开挖及出碴（挖机位于中台阶）二、三台阶法施工工艺工艺图片下台阶挖装出碴2二、三台阶法施工工艺工作面碴基本出清，进台架碴清、拱立完后准备喷砼支护二、三台阶法施工工艺工艺图片2上料喷浆一体机准备喷砼支护上料喷浆一体机喷施工 工艺图片2二、三台阶法施工工艺按120号文严格控制各个台阶循环进尺，三台阶法施工中、上台阶长度应控制在10米左右。同一台阶两侧开挖必须错开至少12米。人工钻眼时严格控制超欠挖，不超不欠。周边眼眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm； 必须做好工序衔接。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

5、围岩失稳。工艺要点3213二、三台阶法施工工艺工艺要点锁脚锚管是保证初期支护安全的重要措施，在每节拱架上增设2-4根锚管，即由原设计的2根增为4-6根，同时保证锁脚锚管与钢架的焊接质量。为保证锁脚锚管和拱架间的有效连接，可采取设置锁脚穿孔钢板的形式。33二、三台阶法施工工艺4 为增强钢架的整体稳定性，应将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位系筋和锁脚锚杆焊接牢固。必要时加密纵向连接筋。 修改拱架至适合长度，确保其重量在100kg左右， 2人可轻松抬运，避免机械倒运而降低其工作面施工功效，影响出渣作业。二、三台阶法施工工艺工艺要点367 下、中台阶接腿时间短，而上台阶支护时间长，因而人员及设备的组织

6、上应以上下台阶同时完成为佳。工艺要点3二、三台阶法施工工艺5改变钢拱架及连接筋，以前的搭接焊接工艺，采用套管连接（见图）。减少掌子面的现场焊接工作量，压缩开挖作业循环时间。 二、三台阶法施工工艺工艺要点38 改进开挖台架，如采用特级钢制作钢度满足结构要求而重量轻的台架，确保反铲能较轻松地在中台阶上安放及撤下上台阶施工台架。 增加工具箱等措施，减少开挖工的准备时间，如将风包与台架整合，在台架上增加置物装置，部分风管钻杆可以与台架一同吊运至掌子面，减少开挖工施工准备时间。 工艺要点3二、三台阶法施工工艺9二、三台阶法施工工艺循环时间43工作面循环时间图表（共21.7小时）二、三台阶法施工工艺循环时

7、间4西成某项目工作面循环时间统计2因为交叉作业，出渣与立拱有交叉时间不便统计，且现场出渣较为紧凑无耽误。统计表明上台阶钻眼爆破320min，约5.33h；立拱180 min，约3h；喷浆445min，约7.4h。加上扒碴约5h.总循环时间在21小时左右工艺流程1（二） 仰拱二、三台阶法施工工艺钢筋班进场绑扎钢筋人工进场立模、仰拱及填充层浇注人工清底、初喷砼栈桥左右移位、仰拱开挖12m栈桥前移12m进入下一循环仰拱施工养护仰供按照“开挖初支与前方开挖区下台阶同步同里程进行，洞碴回填后，仰拱区人工配合机械清底、砼浇注12m，养护后栈桥移动12m”组织仰供施工采用18m仰供栈桥，两端各搭接3m，可施

8、做1组12m仰供混凝土。人工配合挖机清底，20m自卸汽车出碴。二、三台阶法施工工艺工艺图片2待上一组填充混凝土强度达到行车条件即可将栈桥移至该组仰供端头。进入下一循环12m仰拱施工。在18m栈桥保护下，仰拱区一次清底12m，补喷砼后，进行仰供钢筋绑扎、立模板，仰供及填充混凝土浇筑和养生。二、三台阶法施工工艺工艺图片2仰拱机械开挖二、三台阶法施工工艺工艺图片2仰拱开挖成型后初喷砼二、三台阶法施工工艺工艺图片2施工仰拱初支二、三台阶法施工工艺工艺图片2仰拱拱架成环后，采用砼填充找平并振捣，完成3m循环。6m仰拱钢筋绑扎后，进行仰拱砼及填充层浇注，完成一个砼浇注循环6m仰拱钢筋绑扎后，下一循环仰拱土

9、体开挖二、三台阶法施工工艺工艺图片2二、三台阶法施工工艺仰拱紧跟是确保初期支护安全的根本措施，仰拱及填充混凝土要及时浇筑，与掌子面间的距离不大于120号文规定。一般距离控制在30m以内，尽早封闭成环，以利于形成完整的初期受力体系。工艺要点333仰拱循环时间约为50小时（12m），每次清底碴均安排在掌子面钻眼装药时开始，待掌子面开始出碴时，仰拱栈桥已完成就位，进行人工清底及初喷砼，后钢筋绑扎及立模、浇注砼等。仰拱和掌子面的工作时间互不干扰，仰拱施工能力大于掌子面开挖进度。12要确保施工步距合规仰拱施工最为关键，其次为工作面开挖，最后为二衬施工。施工理念应以仰拱施工推动工作面施工，并带动二衬施工.

10、必须在施工资源配置及工序安排上将仰拱做为一个独立的施工单元，并优先考虑仰拱施工，并根据仰拱施工进度制定工作面开挖及二衬施工进度。二、三台阶法施工工艺34二、三台阶法施工工艺循环时间4西成项目仰拱循环时间记录1序号项目用时（h）合计1测量0.572h2机械左侧清底碴1.53机械右侧清底碴1.54栈桥移位0.55机械中间清底碴1.56栈桥归位1.57人工清底、抽水2.58复喷砼2.59防水310施做钢筋1211仰拱曲模及止水带定位412浇筑仰拱砼413等强养护514中心水沟及填充模板定位415浇注填充层砼416等强养护24二、三台阶法施工工艺循环时间43仰拱循环时间图表（共72小时）（三） 掌子面

11、与仰拱相互关系施工进度112m长仰拱循环时间为72小时（含24小时养护时间），仰拱机械清碴均安排在掌子面钻眼后开始，确保下台阶爆破前栈桥已就位，从而不影响机械通行，达到仰拱和掌子面的工作互不干扰。仰拱理论进度30*（24/72）*12*0.90=108能够满足掌子面开挖进度要求，必要时还可以停止仰拱施工以满足掌子面施工需要。 西成项目某隧道出口掌子面循环时间约为21.7小时，每天进度为：24/21.7*3.0=3.3m，考虑不可控因素按10%计（因统计数据中已含误工时间，此处仅考虑特殊情况），则月进尺为：3.3*30*0.90=89.1m，基本符合近几个月来该隧道施工进度水平。掌子面仰拱施工进

12、度1二、三台阶法施工工艺掌子面实际施工中，级围岩的掌子面月进度指标为80-110m/月，级围岩的月进度指标为50-80m/月。进度关系1二、三台阶法施工工艺仰拱实际施工中，仰拱是随掌子面的进度而定，实际指标为90m/月左右。2015年进度11月12月1月2月3月月平均（m/月）备注某隧道工作面73103104.671.89689.6围岩级时间关系2二、三台阶法施工工艺工作面仰拱循环时间图表（工作面3个多循环、仰拱1个循环）空间关系3二、三台阶法施工工艺空间关系3二、三台阶法施工工艺空间关系3二、三台阶法施工工艺时间保证空间保证不含作业队后勤人员及队长 三、三台阶施工组织及管理序号班组名称每班人

13、数配备班数小计(人)备注1开挖支护班17234含掌子面拱架、超前、锚、网及每班1个领工员，其中上台阶8人，中下台阶各4人。2喷浆班91.516含领工员2人，由于工作时间短，故采用轮休制3仰拱开挖支护818含指挥开挖（领工员）、拱架安设、喷浆（现浇）4仰拱钢筋5155仰拱立模、砼515含中心水管安装。拆模时仅2人。6文明施工515合计73人力配置1 三、三台阶施工组织及管理机械配置2黄土地层主要采用320挖掘机开挖，人工处理欠挖，挖机和50装载机联合装砟，20m3自卸汽车运砟。泥岩、砂岩和砾岩地层主要以爆破开挖为主，个别段落利用液压破碎锤和铣挖机开挖；砾石土地层主要以铣挖机、液压破碎锤开挖。出砟

14、车46台。农用车运输喷砼料，采用自动上料喷砼车（两台喷浆机组合）进行喷砼作业。仰拱施工采用18m以上栈桥，开挖采用挖机开挖并装砟，弧形模板分层浇筑仰拱和填充。边基止水带接长采用硫化焊接技术。仅考虑对隧道内施工设备 三、三台阶施工组织及管理机械配置2设备名称规格数量使用部位备注挖掘机PC3201工作面装载机ZLC50C1工作面风动凿岩机YT287工作面自动喷浆车2*7m31工作面喷浆机PZ-71工作面喷浆机PZ-72仰拱自卸车15t5工作面、仰拱满足出渣需要混凝土运输车10m32仰拱、二衬模板台车12m1二衬项目管理采取系统部门集中管理，各个工点相对独立组织生产，单独核算的管理模式。工区2工区3

15、工区4工区1 三、三台阶施工组织及管理组织管理3作业队队长为公司职工或长期跟随项目部工作的劳务工，作业队的其它人员均为临时招募，以队长招募为主，项目部职工推荐为辅。队伍来源采用混岗作业的架子队组织模式进行管理，该管理模式 施工成本较低，政令畅通，管理简易，可以实现不间断连续循环作业，有利于加快施工进度和提高施工效率。开挖时，每班组连续作业两个循环。 管理模式工作协议作业队和工区签订内部承包协议，以二三项料包干、计件工资的方式进行内部核算，所有核算费用均以工资方式发放至每一个作业人员。成本控制 三、三台阶施工组织及管理成本管理4主要围绕现场施工实物数量的控制来开展，各工序及时全程紧跟，控制工班现

16、场消耗量，在工费管理上采用内部工费承包并辅以材料节超考核的办法进行分配，承包模式主要采用计件工费承包和定员工费承包两种，通过采取工序劳务费用承包、开挖消耗材料费用包干、结构材料、空压机台班定额消耗考核、超欠挖考核、循环时间考核等节奖超罚措施，提高工人积极性，使每方开挖单价控制在合理范围内，从而有效控制项目成本。 三、三台阶施工组织及管理施工管理5 施工前制定合理的施工工序流程，施工中严格按工序流程组织施工，任何人不得随意更改工序流程，确保标准化作业，减小随意施工造成的管理困难及质量难以控制。施工工序标准化施工用材料尽可能在洞外加工成品，例如钢拱架及连接筋，改变以前的搭接焊接工艺，采用套管连接。

17、减少了掌子面的现场焊接工作量，压缩开挖作业循环时间施工材料成品化隧道施工的重点在掌子面，开挖是隧道施工的“龙头”，是控制隧道施工总进度的。因此，把掌子面作为工序管理的重点。 “一切为了掌子面”应是工区施工的灵魂，各相关部门全面服务于工作面施工。即:隧道施工以开挖为龙头，铺底二衬紧跟，各工序平行施工。隧道施工总原则1 三、三台阶施工组织及管理施工管理5制定循环时间考核办法对开挖支护班、喷浆班的循环时间进行规定，循环时间节约奖励6元/min，超时罚款3元/min。循环时间制定时按10小时/循环考虑，折合进度约为100m。将二衬作业队和开挖作业队的循环奖捆绑，二衬作业队的循环奖为开挖队的80%，以促

18、使两个作业队互相配合。（相关资源如：质检员、安全员、测量组、挖掘机、大车、装载机司机也均参与考核奖的分配）。为了节约循环时间，需要想方设法压缩各个工序时间，如提前到现场等待交接班，提前做好工序前的准备工作，尽量实行平行作业等。考核制度分配虽是针对所有人员，但开挖作业队仅队长、领工员、骨干作业人员实际得到奖励份额较多。循环时间考核2根据每个工作面及每个工序的人员、设备配置情况和不同的围岩情况，定出循环时间及奖罚标准，由调度室对每个循环时间进行考核，节奖超罚。以工作面交接进行循环时间考核。作业人员交接工作都放在掌子面，做到“零交接、零耽搁、零误时”。 奖励标准的定位是以前几个月平均线性超挖值为基数

19、（做得好的可控制在10cm左右），线性超挖降低后节余的材料费，按50%奖励工班，且只奖不罚。控制好的作业人员得到的奖励可达到500800元/月，甚至能拿到1000多元。 由测量人员进行考核，每循环进行收方，现场签认，奖励每旬兑现一次。 材料成本节约了，作业人员也得到了实惠，达到了双赢的效果。 三、三台阶施工组织及管理施工管理5超欠挖考核2 每月成本分析时，用喷混凝土料实耗量与应耗量的比值考核测量人员的收方精度，进行闭合控制。方法标准闭合安质部现场巡视，技术员在现场监督质量。发生事故2000元以内由作业队承担，发生一起重伤事故，对作业队处于2000-5000元罚款，并承担20%医药费，最高不超过

20、2万元；发生死亡事故，对作业队处于5000-10000元罚款，并承担5%事故处理费，最高不超过5万元；安全质量 三、三台阶施工组织及管理施工管理5把好质量关把好安全关3 每作工点安排一个技术主管，现场两个技术员12小时轮换值班，检验批由内业员填写。 三、三台阶施工组织及管理施工管理54 三、三台阶施工组织及管理后勤保障6维修项目部成立了机修班，负责对大型机械维修及水、电、风线路的接长、维护，机修班同样采用内部承包方式。各作业队均配备有维修人员，负责对使用的小型机具（含喷浆机）进行维护保养。原则隧道施工如同战场打仗，打的是后勤保障。后勤保障工作就是全心全意为了掌子面，遵循“谁误时谁负责的原则”进

21、行考核，要求做到“现场要什么有什么”，机具、机械、材料供应都是送上门的，供应充分、及时，急现场所急，办事节奏快，不过夜。现场一有事，不管什么时间，相关人员都是立即奔赴现场去处理。 三、三台阶施工组织及管理奖罚制度7平行作业施工过程管理的最大特点就是依靠严格的制度进行管理，按规定标准，按程序进行施工管理。要求人人、事事、每时每刻都严格认真遵守制度，通过管理层将多项制度贯彻到底，从领导到每一位作业工人，都不得违反。严格执行奖罚制度的实行，一是严格，二是立即兑现，三是公平公正，真正起到鼓励和教育人的作用。真正做到靠制度管人，靠制度管事，靠制度管施工。每月工资分配都进行张榜公布，不进行暗箱操作，让每个

22、人都知道自已的收入，让群众进行监督，尽量做到按劳分配，多劳多得。工区每天早上7：00或晚上6：30由生产副经理组织召开生产交班会，参加会的人员有工区领导、各部门、分队主要管理人员。 三、三台阶施工组织及管理交班制度81）汇报开挖平均线性超挖数据及分析和循环时间误时情况及原因。2）前一天作业计划进展情况及现场状态，存在的问题。3）本日的作业计划和可能要做的工序调整，对前一天的问题进行解决。4）汇报前一天的日成本核算情况。做到当天的问题当天发现当天解决。会议内容 严格标准、有效管理工序衔接重叠，进行零交接，尽可能进行多工序平行作业。隧道整体施工应平稳，节奏紧凑，组织合理， 三、三台阶施工组织及管理

23、管理重点9配套合理的激励政策、管理及后勤人员靠前指挥与服务。关键工序配足人员设备，缩短主要工序时间。领工员是现场施工组织的核心。高效运行但采取措施后，安全步距是可以达到的。施工步距1 四、三台阶施工建议 近年来，随着自上而下管控不断加强，管理规定的执行力度和惩罚措施也日趋严苛，安全步距规定日益变成施工企业不敢碰触的一道红线。在安全步距的严格卡控下，现场施工普遍面临巨大的压力。一方面，工期要求普遍偏紧；另一方面，在安全步距要求下施工作业空间极其有限，严重影响施工速度。施工步距1 四、三台阶施工建议仰供与下台阶的步长控制是保证施工步距的关键，步距达不到要求，往往是仰供步距超标，衬砌无法跟进。因而要重视仰供施工的组织，必须配备足够的仰供施工专门人员（不少于7人）、配备专门用于仰供开挖的挖机、配备可保证12m工作长度的仰供栈桥（栈桥长度需达18m）。非爆破开挖时三台阶长度（实际是中、上台阶长度）按10m控制，仰供开挖至下台阶长度按15-21m控制（