三台阶七步隧道施工法演示

铁路隧道三台阶七步开挖法施工工艺阳安二线直通线项目部经理部二工区2016年4月1、杜家山隧道出口概况杜家山隧道出口概况杜家山隧道起迄里程为XDK217+880～XDK228+466，全长10.586km，隧道位于安康枢纽，安康东至大岭铺之间，为双线隧道，洞身进口160.76m位于半径为800m的曲线上，出口238.85m位于半径为6000m的曲线上，其余均位于直线上，洞身最大埋深约773m。主要地层为第四系全新统、上更新统膨胀土、砂类土及碎石类土及泥盆系千枚岩、灰岩、志留系片岩、石英岩及构造岩等。出口段235.8m处于半径为6000m的曲线上，在纵断面上，出口处于人字坡段，洞口处于10.9‰下坡（出口往路线大里程方向）。出口端的里程为XDK228+466。隧道进洞采用拱部套拱和41根长30mΦ108大管棚预支护、三台阶七步法开挖的方法。1、杜家山隧道出口概况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核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。30m~40m4m~6m12345116-16-26-3栈桥仰拱衬砌超前支护7三台阶七步开挖法施工立体效果图三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100～180平方米，具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段隧道的施工。主要表现包括：强风化岩层千枚岩、千枚岩夹灰岩（强风化泥碳质片岩、强风化泥质粉石英岩等）。不适用于围岩地质为流塑状态、洞口浅埋偏压段（但经过反压处理或施做超前大管棚后可采用）。本隧道开挖断面约为110～130平方米，主要地层为第四系全新统、上更新统膨胀土、砂类土及碎石类土及泥盆系千枚岩、灰岩、志留系片岩、石英岩及构造岩等，洞口围岩级别为V级，虽然洞口地址表现为浅埋偏压，但洞口施做了一环30m长的Φ108超前大管棚支护，因此，可以采用三台阶七步开挖法。三台阶七步开挖法技术特点：（1）施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。（2）在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。（3）适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。三台阶七步开挖法技术特点：（4）在台阶法开挖的基础上，预留核心土，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，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。三台阶七步开挖法规避了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，及时调整闭合时间，方便机械施工，利于施工工序转换。三台阶七步开挖法原则：采用三台阶七步开挖法施工应尽量缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护体系。3.1施工工艺流程（1）三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：A、上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；B、中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护：C、中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护。每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。测量放样超前支护上部弧形导坑开挖断面处理、初支左右交错开挖中台阶、初支左右交错开挖下台阶、初支分段开挖隧底、初支施做仰拱、仰拱填充围岩稳定性评判修正支护参数三台阶七步开挖法工艺流程图满足断面检查不满足3.2施工作业（1）采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，并根据工程水文地质变化情况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的技术措施，及早封闭成环，保证施工安全。（2）采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应根据工程水文地质条件，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。（3）三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：以弱爆破为主，必要时辅以机械开挖；弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；其他分步平行开挖，平行施做初期支护，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；（3）三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。30m~40m4m~6m12345116-16-26-3栈桥仰拱衬砌超前支护7拱部超前小导管预注浆支护上1上1上2上1上2上3上1上2上3上4中1上1上2上3上4中1上5中2上1上2上3上4中1上5中2上6中3中1上1上2上3上4中1上5中2上6中3中1上7中4中2下1上1上2上3上4中1上5中2上6中3中1上7中4中2上8中5中3下1下2上1上2上3上4中1上5中2上6中3中1上7中4中2上8中5中3下1下2下1上9中6中4下3上1上2上3上4中1上5中2上6中3中1上7中4中2上8中5中3下1下2下1上9中6中4下2下3上10中7中5下4上1上2上3上4中1上5中2上6中3中1上7中4中2上8中5中3下1下2下1上9中6中4下2下3上10中7中5下4上11中8中6下5下3上1上2上3上4中1上5中2上6中3中1上7中4中2上8中5中3下1下2下1上9中6中4下2下3上10中7中5下4上11中8中6下5下3上12中9中7下6下4上1上2上3上4中1上5中2上16……中1上17中14中2上18中15……下1下2下1上19中16中14下2……上20中17中15下14上21中18中16下15……上22中19中17下16下14上23中20中18下17下15仰1上1上2上3上4中1上5中2上16……中1上17中14中2上18中15……下1下2下1上19中16中14下2……上20中17中15下14上21中18中16下15……上22中19中17下16下14上23中20中18下17下15仰1上24中21中19下18下16三台阶七步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。开挖清理岩面初喷混凝土封闭岩面施做系统锚杆，挂钢筋网安装钢架复喷混凝土至设计厚度量测数据分析、反馈初期支护施工工艺流程图（1）初喷混凝土封闭岩面要求：a、初喷混凝土应在开挖后立即进行。b、用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。c、工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干喷形式快速封闭渗水岩面。（1）初喷混凝土封闭岩面要求：d、喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求。e、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。喷头应与受喷面垂直，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：a、初喷混凝土后应及时施做锚杆，锚杆必须设置垫板。岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺；b、钢筋网可采用为φ8mm或φ6mm的HPB235钢制作，网格尺寸宜采用20cm×20cm～25cm×25cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接。（2）系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求：d、钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不应小于4cm。（3）安装钢架应符合下列要求：a、拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置→施做定位锚杆→架设钢架→布设纵向连接筋。b、墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板→施做定位锚杆→对应拱部单元架设墙部钢架单元→布设纵向连接筋。拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接。（3）安装钢架应符合下列要求：c、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30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30。打设4根或4根以上锁脚锚杆(管)，锁脚锚杆(管)与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不应小于22mm，锁脚锚管直径不应小于42mm，长度不得小于3．5m，以控制基脚变形。安装钢架施工注意事项及要求：①钢架拱(墙)脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的虚渣、虚土及杂物。②钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±5cm，垂直度允许偏差为±2°。安装钢架施工注意事项及要求：③钢架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固，以增强钢架的整体稳定性。④锁脚锚杆施工应作为施工质量控制的重点，锁脚锚杆尾部宜加工成“L”形。钢架连接板应采用栓接牢固连接。⑤钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2m应采用骑马或楔形垫块顶紧；钢架与围岩的间隙不应大于5cm。兰新第二双线一项目部隧道四队兰新第二双线一项目部隧道四队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5～6cm。喷射混凝土表面应平顺，无空鼓、裂缝、酥松，平整度宜采用2m靠尺检查，允许偏差为侧壁5cm、拱部7cm。3.3仰拱施工（1）隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2—3m。当仰拱施工滞后开挖面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。短距离跳槽的次数不得多余3次，每次跳槽间隔不得大于10m。（2）隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5cm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。3.3仰拱施工（3）仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6m，仰拱应采用浮放模板支架成型。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。（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的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100％后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。3.4监控量测（1）监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据可运用工程类比法及时分析反馈，必要时应根据分析结果调整支护参数，以保证施工安全。（2）量测项目可分为必测项目和选测项目。选测项目可结合工程实际情况，按照《铁路隧道监控量测技术规程》的规定选取。注：监控量测具体操作参见《隧道监控量测作业指导书》，在此不赘述。4.1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，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。4.2三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。（1）初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右，有条件时应尽量缩短闭合时间；（2）仰拱应超前施做，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30—40m，铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行；（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。4.3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3—5m，宽度宜为隧道开挖宽度的l／3～l／2。4.4三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，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1．5m；开挖后立即初喷3—5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。4.5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，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。4.6隧道周边部位应采用弱爆破，不得超挖。施工时应严格控制装药量，减少对围岩的扰动。4.7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2～3m。4.8钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢