三臺階七步開挖法施工工藝

1、1三臺階七步開挖法l 總 則1.0.1為保證鐵路大斷面隧道施工安全和質(zhì)量，規(guī)范開挖作業(yè)程序，加強(qiáng)過程控制，提 高施工進(jìn)度，制定本作業(yè)指南。，分上、中、下三個臺階七個開挖面，各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯開、平行推進(jìn) 的隧道施工方法。m。，具備一定自穩(wěn)條件的W、V級圍巖地段隧道的施工。1施工空間大，方便機(jī)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(jī)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(yīng)不同跨度和多種斷面形式，初期支護(hù)工序操作便捷。4在臺階法開挖的基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，左右錯開開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定。5當(dāng)圍巖變形較大或突

2、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。，確保初期支護(hù)盡快閉合成環(huán)，仰拱和拱墻襯砌及時跟進(jìn)，盡早形成穩(wěn)定的支護(hù)體系。 ，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2施工準(zhǔn)備，制定調(diào)查提綱。施工調(diào)查內(nèi)容應(yīng)包括工程概況、 施工條件、 地形地質(zhì)及其他與工程相 關(guān)內(nèi)容。調(diào)查結(jié)束后應(yīng)編寫施工調(diào)查報告。，按照建設(shè)項目的規(guī)模和工期要求， 有針對性地編制實施性施工組織設(shè)計和施工作業(yè)指 導(dǎo)書。2.0.3采用三臺階七步開挖法施工的隧道，應(yīng)進(jìn)行施工技術(shù)交底，作業(yè)人員應(yīng)進(jìn)行崗前 培訓(xùn)和安全教育，特殊工種的作業(yè)人員應(yīng)持證上崗。，可根據(jù)施工進(jìn)度要求分期、分批組織上場。2.0.5隧道施工機(jī)械配套應(yīng)針對隧

3、道大斷面的特點(diǎn)，以實現(xiàn)機(jī)械化均衡生產(chǎn)為目標(biāo)，配 套的生產(chǎn)能力應(yīng)為均衡施工能力的1.21.5倍。3施工工藝3.1施工工藝流程3.1.1三臺階七步開挖法可分為以下主要步驟：l上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開挖，施做拱部初期支護(hù)；2中、下臺階左右錯開開挖，施做墻部初期支護(hù)：23中心預(yù)留核心土開挖、 隧底開挖， 施做隧底初期支護(hù)。隧底初期支護(hù)后應(yīng)及時施做仰拱，盡早封閉成環(huán)。每部開挖后均應(yīng)及時支護(hù)，3圖3.2施工作業(yè),應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)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(yīng)的技術(shù)措施，及早封閉成環(huán)，保證施工安全。，應(yīng)根據(jù)工程水文地質(zhì)條件，按設(shè)計要求做好超前支護(hù)，防止圍巖松弛，

4、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(hù)應(yīng)按設(shè)計要求進(jìn)行加強(qiáng)。323三臺階七步開挖法施工應(yīng)符合下列要求:41以機(jī)械開挖為主，必要時輔以弱爆破；2弧形導(dǎo)坑應(yīng)沿開挖輪廓線環(huán)向開挖，預(yù)留核心土，開挖后及時支護(hù)；3其他分步平行開挖，平行施做初期支護(hù)，各分部初期支護(hù)銜接緊密，及時封閉成環(huán)；4仰拱緊跟下臺階，及時閉合構(gòu)成穩(wěn)固的支護(hù)體系；5施工過程通過監(jiān)控量測，掌握圍巖和支護(hù)的變形情況，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)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(chǔ)。，開挖透視圖見 ，施工工序見圖5AyP*rillili1 ai0 3v4*1*1S31*1S

5、3 sisissssss .p pssssss主起曹議.33*3153-3-.33*3153-3- * *SS3SSSSSS3SSSS 0 0WWW-.MH豊整H H丫-lixzuvhwss-lixzuvhwss盂4S4S.6.6-SSS135-SSS135 3835*3835*.ss.ss s swswss*wswss* .-.-HwaHwa上s s m m s s 5*5* _$wss_$wss - - - - i51i51辰苗 vm*=.97 7廿5-*|5-*|豊*二w w詈IH*SrTverTve贛二詔寧倉上工75S75S* *3 3s s上%M M苗-ss, ,-*13-*13 n

6、*3n*3 o o o o WHWHU4U4 -*-* 盂為三4 4 *5*5* stt-7s?is*cstt-7s?is*c - - 0000 s-SSLees-s-SSLees- - -2-2 0 0 2$*lwwwlma?2$*lwwwlma?TllTTllTL LW=.SS g 3 3召3g551S3 3iS53=s Saib8施工步驟：第1步，上部弧形導(dǎo)坑開挖：在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核 心土，核心土長度宜為35米，寬度宜為隧道開挖寬度的1/31/2。開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定， 最大不得超過1.5米， 開挖后立即初噴35cm砼。 上臺階開挖失跨比

7、 應(yīng)大于0.3，開挖后應(yīng)及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30搭設(shè)鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復(fù)噴砼至設(shè)計厚度。第2、3步，左右側(cè)中臺階開挖：開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.5m,開挖高度一般為33.5m，左右側(cè)臺階錯開23m開挖后立即初噴35cm砼， 及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊 沿按下傾角30搭設(shè)鎖腳錨桿,拱腳錨桿和鋼架牢固焊接,復(fù)噴砼至設(shè)計厚度。第4、5步,左右側(cè)下臺階開挖：開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定,最大不得超過1.5m,開挖高度一般為33.

8、5m，左右側(cè)臺階錯開23m,開挖后立即初噴35cm砼， 及時進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊 沿按下傾角30搭設(shè)鎖腳錨桿,拱腳錨桿和鋼架牢固焊接,復(fù)噴砼至設(shè)計厚度。第6步,上中下臺階預(yù)留核心土： 各臺階開挖分別開挖后及時施作仰拱初期支護(hù), 完成 兩個隧道開挖、支護(hù)循環(huán)后,及時施作仰拱,仰拱分段長度宜為46m。第7步，隧底開挖：每循環(huán)開挖進(jìn)尺長度宜為23m開挖后及時施作仰拱初期支護(hù)，完成兩個隧底開挖、支護(hù)循環(huán)后,及時施作仰拱,仰拱分段長度宜為46m。,各部分聯(lián)合受力。 初期支護(hù)應(yīng)在開挖后立即施作,以保護(hù)圍巖的自然承載力,其施工 工藝流程見開 挖9圖3

9、25初期支護(hù)施工工藝流程1初噴混凝土封閉巖面：1）初噴混凝土應(yīng)在開挖后立即進(jìn)行。2）用高壓風(fēng)自上而下吹凈巖面，埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志釘。3）工作面滴水或淋水時，宜采用鉆孔埋管做好引排水。大面積潮濕的巖面宜采用粘結(jié) 性強(qiáng)的混凝土，通過添加外加劑、摻合劑改善混凝土性能，也可采用干噴形式快速封閉滲水 巖面。4）噴射混凝土必須滿足設(shè)計強(qiáng)度、厚度及其與巖面粘結(jié)力要求。5）噴射作業(yè)應(yīng)分段分片依次進(jìn)行， 噴射作業(yè)從拱腳或墻腳自下而上進(jìn)行， 作業(yè)時應(yīng)避免上部噴射回彈料虛掩拱（墻）腳；先找平凹洼部分，后噴射凸出部分， 各部平順連接。噴頭應(yīng) 與受噴面垂直，噴嘴口至受噴面距離宜保持在1.02.0m，沿水平方向

10、以螺旋形劃圈移動。2系統(tǒng)錨桿（管）、鋼筋網(wǎng)施做應(yīng)符合下列要求：1）初噴混凝土后應(yīng)及時施做錨桿，錨桿必須設(shè)置墊板。巖石隧道拱部系統(tǒng)錨桿必須帶排氣裝置，采取沿錨桿孔進(jìn)漿的施工工藝；黃土隧道系統(tǒng)錨桿按設(shè)計要求選用。2）鋼筋網(wǎng)可采用為$8 mn或 $6 mm的HPB235鋼制作，網(wǎng)格尺寸宜采用20 cmx 20 cm-25 cmx25 cm，搭接長度應(yīng)為12個網(wǎng)格，網(wǎng)片間采用焊接方式連接。3）鋼筋網(wǎng)隨受噴面起伏鋪設(shè)，其間隙不應(yīng)大于3 cm， 鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿、鋼架連接牢 固，且鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于4 cm。3安裝鋼架應(yīng)符合下列要求：101）拱部單元安裝工序： 放樣確定鋼架基腳位置一施做定位錨桿一架設(shè)鋼

11、架一布設(shè)縱向 連接筋。2）墻部單元安裝工序： 墻腳部位鋪設(shè)槽鋼墊板一施做定位錨桿一對應(yīng)拱部單元架設(shè)墻 部鋼架單元一布設(shè)縱向連接筋。拱、墻部鋼架單元宜采用栓接的方式連接。3）加強(qiáng)鋼架拱（墻）腳鎖腳錨桿（管）施工，各臺階每單元鋼架拱（墻）腳以上30 cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30。打設(shè)4根或4根以上鎖腳錨桿（管），鎖腳錨桿（管）與 鋼架牢固焊接，鎖腳錨桿直徑不應(yīng)小于22 mm,鎖腳錨管直徑不應(yīng)小于42 mm,長度不得小于3.5 m,以控制基腳變形。4）施工注意事項及要求：1鋼架拱（墻）腳應(yīng)架設(shè)在穩(wěn)固的基巖上或底部鋪墊槽鋼，以保證鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)固。 安裝前應(yīng)清除基腳下的虛渣、虛土及雜物。2鋼架

12、安裝允許偏差： 鋼架間距、橫向位置和高程與設(shè)計位置的偏差不超過5 cm，垂直度允許偏差為2。3鋼架應(yīng)與縱向連接筋、鎖腳錨桿焊接牢固，以增強(qiáng)鋼架的整體穩(wěn)定性。4鎖腳錨桿施工應(yīng)作為施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)，鎖腳錨桿尾部宜加工成“L”形。鋼架連接板應(yīng)采用栓接牢固連接。5鋼架和初噴混凝土間有較大間隙時，每隔2m應(yīng)采用騎馬或楔形墊塊頂緊；鋼架與圍巖的間隙不應(yīng)大于5 cm。4噴射混凝土厚度應(yīng)符合設(shè)計要求，二次復(fù)噴混凝土應(yīng)分層噴射， 每層厚宜為56 emo噴射混凝土表面應(yīng)平順，無空鼓、裂縫、酥松，平整度宜采用2 m靠尺檢查，允許偏差為側(cè)壁5 cm、拱部7 cm。3.3 仰拱施工3.3.1隧底開挖應(yīng)采用全幅分段施工

13、,上面鋪設(shè)仰拱棧橋,每循環(huán)開挖長度宜控制 在23 m。當(dāng)仰拱施工滯后下部臺階開挖面3040m時，應(yīng)停止前方工作面開挖或短距離跳槽進(jìn)行隧底開挖。短距離跳槽的次數(shù)不得多余3次,每次跳槽間隔不得大于10 m。3.3.2隧底開挖后，應(yīng)及時清除虛渣、雜物、泥漿、積水，立即初噴35 cm厚混凝 土封閉巖面，按照設(shè)計要求安裝仰拱鋼架，復(fù)噴射混凝土至設(shè)計厚度，使初期支護(hù)及時閉合 成環(huán)。3.3.3仰拱應(yīng)超前拱墻襯砌，每循環(huán)澆筑長度宜為46 m仰拱應(yīng)采用浮放模板支架 成型。仰拱混凝土應(yīng)分段全幅澆筑，一次成型，不留縱向施工縫，仰拱施工縫和變形縫應(yīng)設(shè) 置止水帶。仰拱表面應(yīng)平順，不積水。113.3.4仰拱填充混凝土應(yīng)在

14、仰拱混凝土終凝后澆筑，澆筑前應(yīng)清除仰拱表面的雜物和 積水，連續(xù)澆筑，一次成型，不留縱向施工縫。填充混凝土強(qiáng)度達(dá)到5MPa后允許行人通行,達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%后允許車輛通行。仰拱填充表面坡度應(yīng)符合設(shè)計要求，應(yīng)平順、排水 通暢、不積水。3. 4 監(jiān)控量測3.4.1監(jiān)控量測工作必須緊跟開挖、支護(hù)作業(yè)進(jìn)行布點(diǎn)和監(jiān)測，量測數(shù)據(jù)可運(yùn)用工程類比 法及時分析反饋，必要時應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以保證施工安全。3.4.2量測項目可分為必測項目和選測項目。必測項目見表3.4.2選測項目可結(jié)合工程實際情況，按照鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程的規(guī)定選取。表3.4.2監(jiān)控量測必測項目序號檢測項目測量方法和儀表測量精度備

15、注1洞內(nèi)、外觀察現(xiàn)場觀察，地質(zhì)羅盤儀2初期支護(hù)拱（墻）腳凈空變化采用非接觸無尺量測法，全站儀0.1mm3初期支護(hù)拱頂下沉采用非接觸無尺量測法，全站儀0.1mm4地表沉降水準(zhǔn)測量的方法，水準(zhǔn)儀1mm淺埋隧道（How2b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必測注：Ho為隧道埋深；b為隧道最大開挖寬度。3.4.3凈空變化量測測點(diǎn)布置和初讀數(shù)的讀取應(yīng)符合下列規(guī)定。測點(diǎn)、測線布置詳見圖123. 4.3。拱頂觀測點(diǎn)圖3.4.3凈空變化測點(diǎn)布置1上部弧形導(dǎo)坑開挖并施做拱部初期支護(hù)后，布設(shè)拱頂下沉測點(diǎn)A和第一條凈空量測基線BB在36 h內(nèi)取得初讀數(shù)；2中臺階開挖并施做上部邊墻初期支護(hù)后，布設(shè)第二條凈空量測基線

16、cC在36h內(nèi)取得初讀數(shù)；3下臺階開挖并施做下部邊墻初期支護(hù)后，布設(shè)第三條凈空量測基線DD,在36 h內(nèi)取得初讀數(shù)；4其他量測項目應(yīng)在開挖后12 h內(nèi)取得初讀數(shù)，最遲不得超過24 h，且在下一循環(huán)開 挖前完成；5拱（墻）腳凈空變化、拱頂、地表觀測點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在同一斷面，便于分析、比較。3. 4. 4各測點(diǎn)取得初讀數(shù)據(jù)后， 應(yīng)按照位移速度和量測斷面距開挖面距離選擇量測頻率（見表3.4.4）。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)加大量測頻率。表3.4.4量測頻率位移速度距開挖面距離位移速度（mm/c）側(cè)量頻率量測斷面距開挖面距離 （m）量測頻率52次/d（01）B2次/d151次/d（12）B1次/d0.511次/2

17、3d（25）B1次/23d0.20.51次/3d5B1次/7dV0.21次/7d注：1 B為隧道開挖跨度;2當(dāng)按照“位移速度”和“量測斷面距開挖面距離”選擇量測頻率出現(xiàn)較大差異時，宜取量測頻率較高的實施。133. 4.5量測數(shù)據(jù)整理及位移一時間變化曲線繪制應(yīng)符合下列規(guī)疋：1量測數(shù)據(jù)整理時，應(yīng)將原始數(shù)據(jù)按照大小順序，用頻率分布的形式顯示出一組數(shù)據(jù)分 布情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)的數(shù)字特征計算以及離散數(shù)據(jù)的取舍。2繪制位移一時間變化曲線，通過回歸分析預(yù)測最終位移值和各階段的位移速率。具體方法如下(如拱頂下沉)：1)將量測數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)系統(tǒng)，繪制位移一時間變化曲線(Uf曲線)，見圖3.4.5;(b)注：為拱頂最

18、大允許位移值。圖3.4.5位移一時間變化曲線示意2)若uf曲線如圖3.4.5(a)所示趨于平緩，通過數(shù)據(jù)處理或回歸分析，可推算最終位移值，掌握位移變化規(guī)律；3)若卜曲線出現(xiàn)類似圖3.4.5(b)所示情況，變形有加快發(fā)展趨勢，表明圍巖和支護(hù)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)停止前方開挖面掘進(jìn)，加強(qiáng)支護(hù)。3一般情況下，采用三臺階七步開挖法施工時，圍巖與支護(hù)變形有以下規(guī)律：開挖中臺階時，A點(diǎn)和BB基線位移會發(fā)生突變， 中臺階墻部初期支護(hù)施做完成后，變形趨于平緩;開挖下臺階時，A點(diǎn)和cc基線位移會發(fā)生突變，下臺階墻部初期支護(hù)施做完成后，變形趨于平緩；開挖隧底時，A點(diǎn)和DD基線位移會發(fā)生突變，仰拱初期支護(hù)施做完成，支護(hù)

19、 全環(huán)閉合后，變形趨于平緩。3.4.6位移控制基準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)測點(diǎn)距開挖面的距離，由初期支護(hù)極限相對位移按表3.4.6要求確定。表3.4.6位移控制基準(zhǔn)類別距開挖面1B(U1B距開挖面2B(U2B)距開挖面較遠(yuǎn)允許值65%Uo90%Uo100%Uo14注：1 B為隧道開挖寬度;2 Uo為極限相對位移值，可根據(jù)隧道的開挖寬度、埋深，按照不同的圍巖等級，參照鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程或通過工程類比確定。3.4.7根據(jù)位移控制基準(zhǔn)，可按表3.4.7分為三個管理等級。表3.4.7位移管理等級管理等級距開挖面1曰距開挖面2B出UUIB/3u U2B/3nU1B/ 3 U2,1B/3U2B/ 3U2U1B3u2%

20、B/3注：U為實測位移值。3.4.8隧道位移管理應(yīng)符合表3.4.8的規(guī)定。表3.4.8變形管理管理等級工程對策出正常施工n米取工程對策，包括加強(qiáng)超前支護(hù)等，縮短臺階開挖長度，調(diào)整初期支護(hù)強(qiáng)度、剛度等，同時加強(qiáng)監(jiān)控量測I停止開挖，加強(qiáng)初期支護(hù)，加強(qiáng)監(jiān)控量測4 施工控制要點(diǎn)4.0.1隧道進(jìn)洞前應(yīng)做好洞頂及洞口防排水系統(tǒng)。洞頂及洞口排水溝應(yīng)鋪砌，用砂 漿抹面，防止地表水及施工用水下滲，影響結(jié)構(gòu)安全。4.0. 2三臺階七步開挖法施工應(yīng)做好工序銜接。工序安排應(yīng)緊湊，盡量減少圍巖暴露 時間，避免因長時間暴露引起圍巖失穩(wěn)。1初期支護(hù)應(yīng)及時封閉成環(huán)，全斷面初期支護(hù)閉合時間宜控制在15d左右，有條件時應(yīng)盡量縮短閉合時間；2仰拱應(yīng)超前施做，仰拱距上臺階開挖工作面宜控制在3040 m鋪設(shè)防水板、二次襯砌等后續(xù)工作應(yīng)及時進(jìn)行；3二次襯砌距仰拱宜保持2倍以上襯砌循環(huán)作業(yè)長度，但不得大于50m。15403在滿足作業(yè)空間和臺階穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡量縮短臺階長度，核心土長度應(yīng)控制在35 m,寬度宜為隧道開挖寬度的I/3I/2。404三臺階七步開挖法施工應(yīng)嚴(yán)格控制開挖長度，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況，合理確定循 環(huán)進(jìn)尺，每次開挖長度不得超過1