2、臺階法施工工藝工法

2、臺階法施工工藝工法臺階法施工工藝工法

QB/ZTYJGYGF-SD-0102-2024

第五工程有限公司趙繼平

1前言

1.1工藝工法概況

臺階法開挖是將隧道設計斷面分成兩次開挖（不包括仰拱），其中上臺階超前肯定距離后，上下臺階同時并進的施工方法。臺階法開挖法是隧道施工中采納最多的開挖方法，主要適用于Ⅲ、Ⅳ級圍巖，同時在地質(zhì)條件較差的Ⅴ級圍巖也可采納臺階法開挖（Ⅴ級圍巖在實行超前支護、臨時仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測數(shù)據(jù)未發(fā)生的特別的狀況下慎重使用）。臺階法施工圍巖適應性強，便于挖掘機、裝載機、自卸汽車等大型機械設備聯(lián)合施工，施工進度快，穩(wěn)定性好。

臺階法簡潔分為長臺階法、短臺階法、三臺階法，長臺階法上臺階長度35～50m，下臺階長度20m，整個斷面分為上下兩個臺階分別進行開挖、出渣、支護施工（在上臺階可使用多功能平臺進行鉆眼爆破和支護施工），相互干擾小，支護準時，施工進度快，月進尺可達120～150m現(xiàn)在較少采納；短臺階法上臺階長度為5～7m，一般適用于地質(zhì)條件較差的Ⅳ～Ⅴ級圍巖，上臺階洞渣需通過機械轉(zhuǎn)運至下臺階，開挖及支護作業(yè)需人工搭設施工平臺，上下兩個臺階施工相互干擾較大，但利用準時施做仰拱封閉成環(huán)，縮短襯砌與掌子面距離，月進尺可一般為90～100m。本工法主要敘述上下短臺階法施工。

以雙線鐵路隧道為例，隧道設計開挖高度10.8m，開挖面積100.5m2，上臺階超前下臺階5～7m，上臺階進行鉆眼過程中下臺階進行裝碴及運輸作業(yè)，爆破后由挖掘機將上部洞碴挖運至下臺階，上部安裝鋼架及打設錨桿過程中下部集中裝碴運輸，在裝碴作業(yè)完成后施做下部兩側(cè)鋼架及錨桿，上下臺階同時進行初期支護噴射砼作業(yè)，后部仰拱及襯砌緊跟開挖掌子面施工。

1.2工藝原理

將隧道設計斷面分成兩部開挖（不包括仰拱），其中下臺階隨上臺階同步施工，同時仰拱、二次襯砌緊跟下臺階，由于下臺階距離掌子面距離較短，為后部仰拱及襯砌緊跟開挖掌子面制造了良好的空間作業(yè)環(huán)境，尤其適合于在圍巖較差時初期支護及二次襯砌準時封閉成環(huán)。

2工藝工法特點

地質(zhì)條件較差時實行上下短臺階法施工，采納人工組裝平臺進行開挖、支護作業(yè)，設備配置簡潔，上下臺階同時鉆孔和起爆，達到隧道同時開挖掘進的目的，同時可保證開挖后準時完成初期支護，在快速施工的同時能夠有效保證施工平安。上下短臺階施工時上下臺階相互干擾較大，施工中要解決好上下臺階施工干擾問

題。

3適用范圍

本工藝工法適用Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段修建的鐵路、大路隧道施工（Ⅴ級圍巖在實行超前支護、臨時仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測數(shù)據(jù)未發(fā)生的特別的狀況下，可慎重使用臺階法施工）。

4主要引用標準

4.1《客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ214)、《客運專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收暫行標準》(鐵建設160號)、《鐵路隧道施工規(guī)范》(TB10204)、《新建鐵路鐵路工程測量規(guī)范》(TB10101)、《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》(鐵建設189號)。

4.2設計圖紙、合同文件。

5施工方法

隧道在Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段采納短臺階法施工，開挖采納光面爆破技術(shù)，組裝臨時平臺協(xié)作人工YT-28風動鑿巖機鉆眼，初期支護采納格柵鋼架+錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射砼聯(lián)合支護體系。

隧道開挖分為上臺階、下臺階、仰拱三個部分分部開挖：上臺階長度5～7m，每循環(huán)進尺2.4～3m（Ⅲ級圍巖循環(huán)進尺3m，Ⅳ級圍巖循環(huán)進尺2.4m，與格柵鋼架間距相對應）；每循環(huán)進尺不超過2榀鋼架間距，下臺階左右兩側(cè)錯開間距大于2榀鋼架間距；仰拱每次開挖及支護長度6m，每組仰拱填充砼澆筑長度12m，仰拱距掌子面距離不大于50m，襯砌距掌子面距離不大于90m。

6工藝流程及操作要點

6.1施工工藝流程

施工工藝流程見圖1，工藝流程圖見圖2

圖1臺階法施工工藝流程圖

圖2臺階法施工工序布置圖

6.2操作要點

6.2.1施工預備

1風、水管、電線敷設、施工便道、施工場地布置，機械設備、人員配置、材料預備、修建防排水設施、修建環(huán)保、水保設施。

2依據(jù)設計資料具體分析了解工程地質(zhì)、當?shù)厮牡刭|(zhì)狀況，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工監(jiān)控量測方案及沉降觀測方案。

6.2.2施工步驟

Ⅲ、Ⅳ級圍巖隧道采納短臺階法施工工藝，上下臺階采納人工鉆眼，光面爆破技術(shù)，裝載機協(xié)作大型自卸車裝渣運輸，施做初期支護詳細施工步驟如下：

1上臺階開挖，開挖作業(yè)高度4.9m，挖掘機裝碴，人工搭設簡易作業(yè)平臺，鉆眼、裝藥、起爆，每循環(huán)進尺2.4～3m，安裝格柵鋼架、鋪設鋼筋網(wǎng)，并打設φ42鎖腳錨管進行固定（長度3.5m），打設L系統(tǒng)錨桿，鋼架底部不密實或懸空時，在鋼架底部安裝砼墊塊。

2利用上臺階挖掘機扒碴及安裝鋼架、鋪設鋼筋網(wǎng)時間同步在下臺階采納裝載機協(xié)作自卸汽車出碴，出碴完畢后安裝下臺階鋼架、鋪設鋼筋網(wǎng)、打設φ42鎖腳錨管進行固定（長度3.5m），打設系統(tǒng)錨桿。

3上下臺階同時噴射砼封閉。

4開挖仰拱，每循環(huán)開挖長度6m，施做初期支護，澆筑仰拱砼，每組仰拱砼澆筑長度12m。仰拱施工期間采納自制棧橋保持車輛通行。

5整體液壓模板臺車就位（臺車長度12m），灌注拱墻襯砌砼。

6.2.3監(jiān)控量測

監(jiān)控量測，可把握圍巖變化規(guī)律及支護結(jié)構(gòu)的力學狀態(tài)和穩(wěn)定程度，推斷支護參數(shù)設置是否合理，因此必需加強監(jiān)控量測，切實做到“勤量測”。主要施工監(jiān)測項目見下表1：

表1監(jiān)控量測項目表

注：B—隧道開挖寬度，υ—變形速速

7勞動力組織

見表2某單工作面（雙線隧道）勞動力組織表，供參考。

8主要機具設備

采納短臺階法施工可在圍巖較差的狀況下充分發(fā)揮上下臺階平行作業(yè)的特點，施工進度快，工期有保證。

依據(jù)機械工作力量和實際工作量，某單個工作面主要機械設備配備如表3，供參考。

9質(zhì)量掌握

9.1易消失的質(zhì)量問題

9.1.1爆破效果不抱負，周邊輪廓不圓順，形成大的超欠挖。

9.1.2開挖進尺過大，周邊超挖值大。

9.1.3下臺階開挖高度過高，不利于鉆眼作業(yè)，炮眼方向不易與隧道線路方向平行，炮眼間距不能有效掌握。

9.1.4噴射砼厚度不足、鋼架未與隧道走向垂直，初期發(fā)生變形。

9.2保證措施

9.2.1周邊眼采納Φ25小藥卷竹片連接間隔裝藥，掌握周邊眼線性裝藥量不超過0.2kg/m。

9.2.2在下臺階鉆眼時人工搭設2.0m高簡易平臺，掌握鉆眼方向及炮眼間距滿意鉆爆設計要求，并在已完成的炮眼中插入直木棍，作為其它周邊眼的參照，掌握鉆眼方向與隧道軸線全都。

9.2.3嚴格掌握開挖進尺，對隧道鉆爆設計實行動態(tài)化管理，準時調(diào)整炮眼深度、裝藥量、炮眼間距等鉆爆參數(shù)，達到光面爆破的目的。

9.2.4掌握鋼架安裝質(zhì)量，鋼架間距誤差要求在±10cm內(nèi)，錨桿間距誤差在±15cm內(nèi)，錨桿錨入圍巖長度不小于設計長度的95%，鋼筋網(wǎng)片搭接長度誤差在±5cm內(nèi)，將鋼架安裝垂直度掌握在±2°以內(nèi)；沿隧道環(huán)向預埋短鋼筋，掌握噴射砼厚度不小于設計值

9.2.5材料選購前對分供方進行評定，選擇合格的分供方廠家購料。所購材料必需附有說明書、合格證、技術(shù)檢驗證等質(zhì)量證件，并滿意工程要求。

9.2.6進入工地的主要材料嚴格按規(guī)定和設計要求把關(guān)，全部廠制材料須有出廠合格證和必要的檢驗、試驗單。對進場料、設備按技術(shù)質(zhì)量標準、樣品進行嚴格檢驗，并事先確定重點檢驗料。

9.2.8嚴格按協(xié)作比施工，掌握好水灰比，掌握和使用各種添加劑。

10平安措施

10.1主要平安風險分析

短臺階法施工隧道開挖要注意圍巖塌方、掉塊等平安風險的評估，提出相應的風險處理措施，編制施工應急預案。

10.2保證措施

10.2.1進洞人員必需戴平安帽，特別工種應持證上崗。

10.2.2堅持平安交底制度和平安學習制度，提高全員平安意識。

10.2.3施工中應嚴格掌握施工步距，保持掌子面到仰拱距離不超過50m，襯砌距離掌子面不超過70m。

10.2.4堅持進行監(jiān)控量測，準時對量測數(shù)據(jù)進行整理、分析，實行監(jiān)控量測日報制度，每天將監(jiān)控量測報表發(fā)送至現(xiàn)場施工主要管理人員，便于現(xiàn)場準時實行相應加強措施。

10.2.5施工中發(fā)覺擔心全因素時，應暫停開挖，加強支護措施。

10.2.6加強洞內(nèi)電力、通風、排水管線路的管理，防止漏電、漏風傷人。

10.2.7編制隧道防坍塌應急預案，并組織管理人員與作業(yè)班組進行應急演練。

10.2.8做好洞內(nèi)外文明施工，保證良好的施工環(huán)境。

11環(huán)保措施

11.1開頭施工前，必需進行環(huán)境因素識別，確定重要環(huán)境因素，制定相應的管理方案；

11.2臨時工程及場地布置應實行措施愛護自然環(huán)境；

11.3隧道棄碴場坡面按設計進行復墾或綠化，碴頂整平滿意設計要求，坡腳進行防護，防止水土流失；

11.4施工場地布置時，在水源愛護地區(qū)內(nèi)不得取土、棄土、破壞植被等，不得設置攪拌站、洗車臺、充電房等，并不得堆放任何含有害物質(zhì)的材料或廢棄物；

11.5施工廢水、生活污水和生活垃圾不得隨便排棄，并在生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)及洞門口設置污水處理池，生活污水或生產(chǎn)及洞內(nèi)廢水經(jīng)過污水處理池處理后排放到指定地點。

12應用實例

12.1工程簡介

由中鐵一局集團第五工程有限公司承建的東秦嶺隧道位于陜西省藍田縣灞源鄉(xiāng)境內(nèi)，是西安南京鐵路西安合肥段的重點掌握工程。隧道為電氣化Ⅰ級雙線鐵路，右側(cè)設與正洞平行的導坑(即平導)幫助正洞施工，正洞起迄里程為DK95+278～DK107+546，全長12268m；平導起迄里程為DyK95+253～DyK107+523，全長12270m。圍巖主要為石英巖、片麻巖，節(jié)理發(fā)育～較發(fā)育。

隧道設計開挖開挖寬度10.8m，開挖面積100.5m2。采納臺階法施工,Ⅳ級圍巖地段支護參數(shù)：拱墻均設置格柵鋼架，間距1榀/1.2m，噴射C25混凝土拱墻18cm厚，拱墻設置φ8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格25cm×25cm，錨桿長度L=3.0m，間距1.2×1.0m(環(huán)×縱)，梅花型布置，二次襯砌厚度為40cm厚C30混凝土。

圖3Ⅲ級圍巖襯砌斷面圖

12.2施工狀況

東秦嶺隧道設計（含變更設計）共有1192m為Ⅳ級圍巖，采納短臺階法施工，單口月平均進度105m。

采納臺階法施工，上下臺階獨立作業(yè)，施工干擾小，開挖進尺2.4m，每循環(huán)開挖3.5小時（含人工搭設鉆眼平臺0.5小時），上臺階挖掘機扒碴1.5小時（下臺階裝碴1小時），上臺階安裝格柵鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)5小時（下臺階裝碴3小時，下臺階安裝格柵鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)2小時），噴射砼（上下臺階平行作業(yè)）5小時，每循環(huán)需要16小時，每天可