《現(xiàn)代土木工程施工專項(xiàng)技術(shù)》 課件 2.2臺(tái)階法

第二章地鐵施工技術(shù)——區(qū)間大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部宋永發(fā)2.1新奧法（全斷面開挖法）臺(tái)階法開挖是將隧道設(shè)計(jì)斷面分成兩次開挖（不包括仰拱），其中上臺(tái)階超前一定距離后，上下臺(tái)階同時(shí)并進(jìn)的施工方法。該工法將設(shè)計(jì)斷面分成上半部斷面和下半部斷面，錯(cuò)開一定距離L（臺(tái)階長(zhǎng)度）先開挖上半斷面，待開挖至一定長(zhǎng)度后再開挖下半斷面，上、下半斷面在不同的工作面同時(shí)掘進(jìn)施工。三車道隧道一般采用三臺(tái)階。臺(tái)階法開挖法是隧道施工中采用最多的開挖方法，主要適用于IⅢ、Ⅳ級(jí)圍巖，同時(shí)在地質(zhì)條件較差的V級(jí)圍巖也可采用臺(tái)階法開挖（V級(jí)圍巖在采取超前支護(hù)、臨時(shí)仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)未發(fā)生異常的情況下慎重使用）。臺(tái)階法施工圍巖適應(yīng)性強(qiáng)，便于挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸汽車等大型機(jī)械設(shè)備聯(lián)合施工，施工進(jìn)度快，穩(wěn)定性好。2.2.1臺(tái)階法概念2.2.2臺(tái)階法施工形式根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)度不同，劃分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和微臺(tái)階法三種。施工中采用哪一種臺(tái)階法，要根據(jù)兩個(gè)條件來決定：第一是對(duì)初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，要求閉合時(shí)間越短；第二是對(duì)上部斷面施工所采用的開挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備需要施工場(chǎng)地大小的要求。對(duì)軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全；對(duì)較好圍巖，主要考慮如何更好地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率，保證施工中的經(jīng)濟(jì)效益，因此只考慮后者。臺(tái)階法施工形式(1)

長(zhǎng)臺(tái)階法長(zhǎng)臺(tái)階法上臺(tái)階長(zhǎng)度35～50m，下臺(tái)階長(zhǎng)度20m，整個(gè)斷面分為上下兩個(gè)臺(tái)階分別進(jìn)行開挖、出渣、支護(hù)施工（在上臺(tái)階可使用多功能平臺(tái)進(jìn)行鉆眼爆破和支護(hù)施工），相互干擾小，支護(hù)及時(shí)，施工進(jìn)度快，月進(jìn)尺可達(dá)120~150m。長(zhǎng)臺(tái)階法開挖斷面小，有利于維持開挖面的穩(wěn)定，適用范圍較全斷面法廣，一般適用Ⅰ～Ⅲ級(jí)圍巖。在上、下兩個(gè)臺(tái)階上，分別進(jìn)行開挖、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等作業(yè)線，因此臺(tái)階長(zhǎng)度長(zhǎng)。但臺(tái)階長(zhǎng)度過長(zhǎng)，如大于100m時(shí)，則增加了支護(hù)封閉時(shí)間，同時(shí)也增加了通風(fēng)排煙、排水的難度，降低了施工的綜合效率。因此，長(zhǎng)臺(tái)階一般在圍巖條件相對(duì)較好、工期不受控制、無大型機(jī)械化作業(yè)時(shí)選用。2.2.2臺(tái)階法施工形式臺(tái)階法施工形式(2)

短臺(tái)階法短臺(tái)階法上臺(tái)階長(zhǎng)度為5～7m，一般適用于地質(zhì)條件較差的Ⅳ～V級(jí)圍巖，上臺(tái)階洞渣需通過機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至下臺(tái)階，開挖及支護(hù)作業(yè)需人工搭設(shè)施工平臺(tái)，上下兩個(gè)臺(tái)階施工相互干擾較大，但利用及時(shí)施做仰拱封閉成環(huán)，縮短襯砌與掌子面距離，月進(jìn)尺可一般為90～100m。短臺(tái)階法的上臺(tái)階一般采用小藥量的松動(dòng)爆破，出渣采用人工或小型機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至下臺(tái)階。因此，臺(tái)階長(zhǎng)度又不宜過長(zhǎng)，如果超過15m，則出渣所需的時(shí)間顯得過長(zhǎng)。短臺(tái)階法可縮短支護(hù)閉合時(shí)間，改善初期支護(hù)的受力條件，有利于控制圍巖變形。缺點(diǎn)是上部出渣對(duì)下部斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。2.2.2臺(tái)階法施工形式臺(tái)階法施工形式(3)

微臺(tái)階法微臺(tái)階法是全斷面開挖的一種變異形式，適用于Ⅴ～Ⅵ級(jí)圍巖，一般臺(tái)階長(zhǎng)度為3～5m。臺(tái)階長(zhǎng)度小于3m時(shí)，無法正常進(jìn)行鉆眼和拱部的噴錨支護(hù)作業(yè)；臺(tái)階長(zhǎng)度大于5m時(shí)，利用爆破將石渣翻至下臺(tái)階有較大的難度，必須采用人工翻渣。微臺(tái)階法上下斷面相距較近，機(jī)械設(shè)備集中，作業(yè)時(shí)相互干擾大，生產(chǎn)效率低，施工速度慢。2.2.2臺(tái)階法施工形式臺(tái)階法施工形式(1)

工藝原理將隧道設(shè)計(jì)斷面分成兩部分開挖（不包括仰拱），其中下臺(tái)階隨上臺(tái)階同步施工，同時(shí)仰拱、二次襯砌緊跟下臺(tái)階，由于下臺(tái)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創(chuàng)造了良好的空間作業(yè)環(huán)境，尤其適合于在圍巖較差時(shí)初期支護(hù)及二次襯砌及時(shí)封閉成環(huán)。2.2.3臺(tái)階法的工藝原理及工法特點(diǎn)臺(tái)階法的工藝原理及工法特點(diǎn)(2)

工藝工法特點(diǎn)地質(zhì)條件較差時(shí)采取上下短臺(tái)階法施工，采用人工組裝平臺(tái)進(jìn)行開挖、支護(hù)作業(yè)，設(shè)備配置簡(jiǎn)單，上下臺(tái)階同時(shí)鉆孔和起爆，達(dá)到隧道同時(shí)開挖掘進(jìn)的目的，同時(shí)可保證開挖后及時(shí)完成初期支護(hù)，在快速施工的同時(shí)能夠有效保證施工安全。上下短臺(tái)階施工時(shí)上下臺(tái)階相互干擾較大，施工中要解決好上下臺(tái)階施工干擾問題。2.2.3臺(tái)階法的工藝原理及工法特點(diǎn)臺(tái)階法的工藝原理及工法特點(diǎn)1)

臺(tái)階法一般適用于Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖地段修建的鐵路、公路隧道施工。2)

V級(jí)圍巖在采取超前支護(hù)、臨時(shí)仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)未發(fā)生異常的情況下，慎重使用臺(tái)階法施工，單線隧道及圍巖地質(zhì)條件較好的雙線隧道可采用二臺(tái)階法。3)

隧道斷面較高、單層臺(tái)階斷面尺寸較大時(shí)可采用三臺(tái)階法；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)，為增加掌子面自穩(wěn)能力，可采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖。2.2.4臺(tái)階法適用范圍臺(tái)階法適用范圍1)增加了工作面，前后干擾較小，有利于機(jī)械化作業(yè)，進(jìn)度較快。2)一次開挖面積較小，有利于掌子面穩(wěn)定，特別是下臺(tái)階開挖時(shí)較為安全。3)短臺(tái)階法相互干擾，增加對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)。2.2.5臺(tái)階法的優(yōu)缺點(diǎn)臺(tái)階法的優(yōu)缺點(diǎn)1、施工工藝流程

施工工藝流程圖及施工工序布置如圖2-1和圖2-2所示：2.2.6臺(tái)階法施工流程及方法臺(tái)階法施工流程及方法圖2-1臺(tái)階法施工工藝流程圖圖2-2臺(tái)階法施工工序布置圖2、臺(tái)階長(zhǎng)度確定臺(tái)階長(zhǎng)度必須根據(jù)隧道斷面跨度、圍巖地質(zhì)條件、初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求、上臺(tái)階施工所需空間大小等因素來確定。地質(zhì)條件較好時(shí)往往采用長(zhǎng)臺(tái)階法開挖，通過普通鑿巖機(jī)上下臺(tái)階同時(shí)鉆孔和起爆，達(dá)到隧道同時(shí)開挖掘進(jìn)的目的，效率比全斷面開挖略低，但設(shè)備投入相對(duì)較低。地質(zhì)條件較差時(shí)，為利于支護(hù)及時(shí)封閉成環(huán)，臺(tái)階長(zhǎng)度應(yīng)縮短，宜為5m左右，如采用三級(jí)臺(tái)階法，第一個(gè)臺(tái)階高度宜控制在2.5m以下；三級(jí)臺(tái)階法所采取的輔助施工措施使得上下臺(tái)階相互干擾較大，施工效率降低，需要解決好上下臺(tái)階施工干擾問題。2.2.6臺(tái)階法施工流程及方法臺(tái)階法施工流程及方法3、施工步驟Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖隧道采用短臺(tái)階法施工工藝，上下臺(tái)階采用人工鉆眼，光面爆破技術(shù)，裝載機(jī)配合大型自卸車裝渣運(yùn)輸，施做初期支護(hù)具體施工步驟如下：1)上臺(tái)階開挖，開挖作業(yè)高度4.9m，挖掘機(jī)裝碴，人工搭設(shè)簡(jiǎn)易作業(yè)平臺(tái)，鉆眼、裝藥、起爆，每循環(huán)進(jìn)尺2.4～3m，安裝格柵鋼架、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并打設(shè)?42鎖腳錨管進(jìn)行固定（長(zhǎng)度3.5m），打設(shè)L系統(tǒng)錨桿，鋼架底部不密實(shí)或懸空時(shí)，在鋼架底部安裝砼墊塊。2)利用上臺(tái)階挖掘機(jī)扒碴及安裝鋼架、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)時(shí)間同步在下臺(tái)階采用裝載機(jī)配合自卸汽車出碴，出碴完畢后安裝下臺(tái)階鋼架、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、打設(shè)?42鎖腳錨管進(jìn)行固定（長(zhǎng)度3.5m），打設(shè)系統(tǒng)錨桿。2.2.6臺(tái)階法施工流程及方法臺(tái)階法施工流程及方法3、施工步驟Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖隧道采用短臺(tái)階法施工工藝，上下臺(tái)階采用人工鉆眼，光面爆破技術(shù)，裝載機(jī)配合大型自卸車裝渣運(yùn)輸，施做初期支護(hù)具體施工步驟如下：3)上下臺(tái)階同時(shí)噴射砼封閉。4)開挖仰拱，每循環(huán)開挖長(zhǎng)度6m，施做初期支護(hù)，澆筑仰拱砼，每組仰拱砼澆筑長(zhǎng)度12m。仰拱施工期間采用自制棧橋保持車輛通行。5)整體液壓模板臺(tái)車就位（臺(tái)車長(zhǎng)度12m），灌注拱墻襯砌砼。2.2.6臺(tái)階法施工流程及方法臺(tái)階法施工流程及方法1、易出現(xiàn)的質(zhì)量問題1)爆破效果不理想，周邊輪廓不圓順，形成大的超欠挖。2)開挖進(jìn)尺過大，周邊超挖值大。3)下臺(tái)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，炮眼間距不能有效控制。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。2.2.7易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施2、保證措施1)

周邊眼采用25小藥卷竹片連接間隔裝藥，控制周邊眼線性裝藥量不超過0.2kg/m。2)

在下臺(tái)階鉆眼時(shí)人工搭設(shè)2.0m高簡(jiǎn)易平臺(tái)，控制鉆眼方向及炮眼間距滿足鉆爆設(shè)計(jì)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，控制鉆眼方向與隧道軸線一致。3)

嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，對(duì)隧道鉆爆設(shè)計(jì)實(shí)行動(dòng)態(tài)化管理，及時(shí)調(diào)整炮眼深度、裝藥量、炮眼間距等鉆爆參數(shù)，達(dá)到光面爆破的目的。2.2.7易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施2、保證措施4)控制鋼架安裝質(zhì)量，鋼架間距誤差要求在±10cm內(nèi)，錨桿間距誤差在土15cm內(nèi)，錨桿錨入圍巖長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%，鋼筋網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度誤差在±5cm內(nèi)，將鋼架安裝垂直度控制在±2°以內(nèi)；沿隧道環(huán)向預(yù)埋短鋼筋，控制噴射砼厚度不小于設(shè)計(jì)值。5)材料采購(gòu)前對(duì)分供方進(jìn)行評(píng)定，選擇合格的分供方廠家購(gòu)料。所購(gòu)材料必須附有說明書、合格證、技術(shù)檢驗(yàn)證等質(zhì)量證件，并滿足工程要求。2.2.7易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施2、保證措施6)

進(jìn)入工地的主要材料嚴(yán)格按規(guī)定和設(shè)計(jì)要求把關(guān)，所有場(chǎng)制材料須有出廠合格證和必要的檢驗(yàn)、試驗(yàn)單。對(duì)進(jìn)場(chǎng)料、設(shè)備按技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、樣品進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，并事先確定重點(diǎn)檢驗(yàn)料。7)

嚴(yán)格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各種添加劑。2.2.7易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及保證措施1)

臺(tái)階長(zhǎng)度不宜超過隧道開挖寬度的1.5倍。臺(tái)階不宜多分層。一般以一個(gè)垂直臺(tái)階開挖到底，保持平臺(tái)長(zhǎng)2.5～3m為好，易于掌握炮眼深度和減少翻渣t作量，裝渣機(jī)應(yīng)緊跟開挖面，減少扒渣距離以提高裝渣運(yùn)輸效率。應(yīng)根據(jù)兩個(gè)條件來確定臺(tái)階長(zhǎng)度：一是初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖穩(wěn)定性越差，閉合時(shí)間要求越短；二是上半部斷面施工時(shí)開挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備所需的空間大小的要求。2.2.8臺(tái)階法施工注意事項(xiàng)臺(tái)階法施工注意事項(xiàng)2)

上部開挖時(shí)，因臨空面較大，易使爆破面渣塊過大，不利于裝渣，應(yīng)適當(dāng)密布中小炮眼。但采用先拱后墻法施工時(shí)，對(duì)于下部開挖時(shí)，應(yīng)注意上部的穩(wěn)