鐵路大斷面隧道三臺階七步開挖法施工工藝培訓會

1、蘭新第二雙線一項目部隧道四隊 2010年7月,鐵路大斷面隧道三臺階七步開挖法施工工藝培訓會,三臺階七步開挖法培訓主要內容,1、 西寧隧道出口工程概況,2、 三臺階七步法簡介,3、 三臺階七步法施工工藝,4、三臺階七步法施工控制要點,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,1、西寧隧道出口工程概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,西寧隧道全長為5743m，其中出口位于西寧市城北區(qū)二十里鋪鎮(zhèn)魏家莊村預制場附近，與防空洞相交兩次。洞門形式為端墻式洞門，洞口里程為DK197+863，其明洞長度為23m（DK197+863+840）。線路右側山坡較陡，線路左側覆土較薄，上層風積砂質黃土，下伏上第三系泥巖，夾薄層砂巖

2、、石膏巖和巖鹽。出口段圍巖為V級，洞口地址表現(xiàn)為淺埋偏壓，巖質軟弱破碎、成拱困難。,1、西寧隧道出口工程概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,出口段平面線路處于半徑為7000m的右偏圓曲線上，在縱斷面上，出口處于人字坡段，洞口處于3下坡（出口往路線大里程方向）。出口端的明暗交界里程為DK197+840。隧道進洞采用拱部套拱和50根長30m108大管棚預支護、三臺階七步法開挖的方法。,2、三臺階七步開挖法概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,鐵路大斷面隧道三臺階七步開挖法(以下簡稱“三臺階七步開挖法”)是以弧形導坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階七個開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯

3、開、平行推進的隧道施工方法。,2、三臺階七步開挖法概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,三臺階七步開挖法施工立體效果圖,2、三臺階七步開挖法概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,三臺階七步開挖法適用于開挖斷面為100180 平方米，具備一定自穩(wěn)條件的、V級圍巖地段隧道的施工。主要表現(xiàn)包括：黃土、強風化巖層（強風化泥巖、強風化泥質粉砂巖等）。不適用于圍巖地質為流塑狀態(tài)、洞口淺埋偏壓段（但經過反壓處理或施做超前大管棚后可采用）。,2、三臺階七步開挖法概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,本隧道開挖斷面約為150165 平方米，圍巖級別為V級，上層風積砂質黃土，下伏上第三系泥巖，夾薄層砂巖、石膏巖和巖鹽，

4、雖然洞口地址表現(xiàn)為淺埋偏壓，但洞口施做了一環(huán)30m長的108超前大管棚支護，因此，可以采用三臺階七步開挖法。,2、三臺階七步開挖法概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,三臺階七步開挖法技術特點：,（1）施工空間大，方便機械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)。部分軟巖或土質地段可以采用挖掘機直接開挖，工效較高。,（2）在地質條件發(fā)生變化時，便于靈活、及時地轉換施工工序，調整施工方法。,（3）適應不同跨度和多種斷面形式，初期支護工序操作便捷。,2、三臺階七步開挖法概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,三臺階七步開挖法技術特點：,（4）在臺階法開挖的基礎上，預留核心土，左右錯開開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定。,（5

5、）當圍巖變形較大或突變時，在保證安全和滿足凈空要求的前提下，可盡快調整閉合時間。,三臺階七步開挖法規(guī)避了側壁導坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除臨時支護及受力轉換造成不安全的因素，及時調整閉合時間，方便機械施工，利于施工工序轉換。,2、三臺階七步開挖法概況,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,三臺階七步開挖法原則： 采用三臺階七步開挖法施工應盡量縮短臺階長度，確保初期支護盡快閉合成環(huán)，仰拱和拱墻襯砌及時跟進，盡早形成穩(wěn)定的支護體系。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,3.1 施工工藝流程,（1）三臺階七步開挖法可分為以下主要步驟： A、上部弧形導坑環(huán)向開挖，施做拱部初期

6、支護； B、中、下臺階左右錯開開挖，施做墻部初期支護： C、中心預留核心土開挖、隧底開挖，施做隧底初期支護。,每部開挖后均應及時支護，隧底初期支護后應及時施做仰拱，盡早封閉成環(huán)。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,施做仰拱、仰拱填充,三臺階七步開挖法工藝流程圖,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,3.2 施工作業(yè),（1）采用三臺階七步開挖法施工的隧道，應將超前地質預報納入施工工序，并根據工程水文地質變化情況，及時調整各部臺階長度或施工方法，采取相應的技術措施，及早封閉成環(huán)，保證施工安全。,（2）采用三臺階七步開挖法施工的隧道，應根據工程水文地質

7、條件，按設計要求做好超前支護，防止圍巖松弛，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，超前支護應按設計要求進行加強。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（3）三臺階七步開挖法施工應符合下列要求：,以機械開挖為主，必要時輔以弱爆破；,弧形導坑應沿開挖輪廓線環(huán)向開挖，預留核心土，開挖后及時支護；,其他分步平行開挖，平行施做初期支護，各分部初期支護銜接緊密，及時封閉成環(huán)；,仰拱緊跟下臺階，及時閉合構成穩(wěn)固的支護體系；,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（3）三臺階七步開挖法施工應符合下列要求：,施工過程通過監(jiān)控量測，掌握圍巖

8、和支護的變形情況，及時調整支護參數和預留變形量，保證施工安全；,完善洞內臨時防排水系統(tǒng)，防止地下水浸泡拱墻腳基礎。,三臺階七步開挖法施工步驟,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,拱部超前小導管預注漿支護,第1步，上部弧形導坑開挖：在拱部超前支護后進行，環(huán)向開挖上部弧形導坑，預留核心土，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)進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5米，開挖后立即初噴35cm砼。上臺階開挖失跨比應大于0.3，開挖后應及時進行噴、錨、網系統(tǒng)支護，架設鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復

9、噴砼至設計厚度。,第2、3步，左右側中臺階開挖：開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為33.5m，左右側臺階錯開23m，開挖后立即初噴35cm砼，及時進行噴、錨、網系統(tǒng)支護，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。,第4、5步，左右側下臺階開挖：開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為33.5m，左右側臺階錯開23m，開挖后立即初噴35cm砼，及時進行噴、錨、網系統(tǒng)支護，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30搭設鎖腳

10、錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。,第6步，上中下臺階預留核心土：各臺階開挖分別開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧道開挖、支護循環(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)開挖進尺長度宜為23m開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧底開挖、支護循環(huán)后，及時施作仰拱，仰拱分段長度宜為46m。,上1,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,上1,上2,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,上1,上2,上3,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,上1,上2,上3,上4,中1,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,上1,

11、上2,上3,上4,中1,上5,中2,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,上1,上2,上3,上4,中1,上5,中2,上6,中3,中1,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,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1,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,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2,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,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,

12、中6,中4,下3,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,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4,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,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3,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,上1,上2,上3,上4,中1,上5,中2,上6,中3,中1,上7,

13、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4,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,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1,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,上1,上2,上3,上4,中1,上5,中2,上

14、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16,三臺階七步法-首次開挖工序展示 （未示核心土）,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,三臺階七步開挖法的初期支護由噴射混凝土、錨桿（管）、鋼筋網和鋼架等組成，各部分聯(lián)合受力。初期支護應在開挖后立即施作，以保護圍巖的自然承載力。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,量

15、測數據分析、反饋,初期支護施工工藝流程圖,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（1）初噴混凝土封閉巖面要求：,a、初噴混凝土應在開挖后立即進行。,b、用高壓風自上而下吹凈巖面，埋設控制噴射混凝土厚度的標志釘。,c、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性強的混凝土，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。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（1）初噴混凝土封閉巖面要求：,d、噴射混凝土必須滿足設計強度、厚度及其與巖面粘結力要求。,e、噴射作業(yè)應分段分片依次進行，噴射作業(yè)從拱腳或墻

16、腳自下而上進行，作業(yè)時應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，沿水平方向以螺旋形劃圈移動。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（2）系統(tǒng)錨桿(管)、鋼筋網施做應符合下列要求：,a、初噴混凝土后應及時施做錨桿，錨桿必須設置墊板。巖石隧道拱部系統(tǒng)錨桿必須帶排氣裝置，采取沿錨桿孔進漿的施工工藝；黃土隧道系統(tǒng)錨桿按設計要求選用。,b、鋼筋網可采用為8 mm或6 mm的HPB235鋼制作，網格尺寸宜采用20 cm20 cm25 cm25 cm，搭接長度應為12個網格，網片間采

17、用焊接方式連接。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（2）系統(tǒng)錨桿(管)、鋼筋網施做應符合下列要求：,d、鋼筋網隨受噴面起伏鋪設，其間隙不應大于3 cm，鋼筋網應與錨桿、鋼架連接牢固，且鋼筋保護層厚度不應小于4 cm。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（3）安裝鋼架應符合下列要求：,a、拱部單元安裝工序：放樣確定鋼架基腳位置施做定位錨桿架設鋼架布設縱向連接筋。,b、墻部單元安裝工序：墻腳部位鋪設槽鋼墊板施做定位錨桿對應拱部單元架設墻部鋼架單元布設縱向連接筋。拱、墻部鋼架單元宜采用栓接的方式連接。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一

18、項目部隧道四隊,（3）安裝鋼架應符合下列要求：,c、加強鋼架拱(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，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30。打設4根或4根以上鎖腳錨桿(管)，鎖腳錨桿(管)與鋼架牢固焊接，鎖腳錨桿直徑不應小于22 mm，鎖腳錨管直徑不應小于42 mm，長度不得小于35 m，以控制基腳變形。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,安裝鋼架施工注意事項及要求：,鋼架拱(墻)腳應架設在穩(wěn)固的基巖上或底部鋪墊槽鋼，以保證鋼架基礎穩(wěn)固。安裝前應清除基腳下的虛渣、虛土及雜物。,鋼架安裝允許偏差：鋼架間距、橫向位置和高程與設計位置的偏差不超過

19、5 cm，垂直度允許偏差為2。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,安裝鋼架施工注意事項及要求：,鋼架應與縱向連接筋、鎖腳錨桿焊接牢固，以增強鋼架的整體穩(wěn)定性。,鎖腳錨桿施工應作為施工質量控制的重點，鎖腳錨桿尾部宜加工成“L”形。鋼架連接板應采用栓接牢固連接。,鋼架和初噴混凝土間有較大間隙時，每隔2 m應采用騎馬或楔形墊塊頂緊；鋼架與圍巖的間隙不應大于5 cm。,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,噴射混凝土厚度應符合設計要求，二次復噴混凝土應分層噴射，每層

20、厚宜為56 cm。噴射混凝土表面應平順，無空鼓、裂縫、酥松，平整度宜采用2 m靠尺檢查，允許偏差為側壁5 cm、拱部7 cm。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,3.3 仰拱施工,（1） 隧底開挖應采用全幅分段施工，上面鋪設仰拱棧橋，每循環(huán)開挖長度宜控制在23 m。當仰拱施工滯后下部臺階開挖面3040m時，應停止前方工作面開挖或短距離跳槽進行隧底開挖。短距離跳槽的次數不得多余3次，每次跳槽間隔不得大于10 m。,（2）隧底開挖后，應及時清除虛渣、雜物、泥漿、積水，立即初噴35 cm厚混凝土封閉巖面，按照設計要求安裝仰拱鋼架，復噴射混凝土至設計厚度，使初期支護及時閉合成

21、環(huán)。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,3.3 仰拱施工,（3）仰拱應超前拱墻襯砌，每循環(huán)澆筑長度宜為46 m，仰拱應采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土應分段全幅澆筑，一次成型，不留縱向施工縫，仰拱施工縫和變形縫應設置止水帶。仰拱表面應平順，不積水。,（4）仰拱填充混凝土應在仰拱混凝土終凝后澆筑，澆筑前應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。填充混凝土強度達到5MPa后允許行人通行，達到設計強度的100后允許車輛通行。仰拱填充表面坡度應符合設計要求，應平順、排水通暢、不積水。,3、三臺階七步開挖法施工工藝,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,3.4 監(jiān)

22、控量測,（1）監(jiān)控量測工作必須緊跟開挖、支護作業(yè)進行布點和監(jiān)測，量測數據可運用工程類比法及時分析反饋，必要時應根據分析結果調整支護參數，以保證施工安全。,（2）量測項目可分為必測項目和選測項目。選測項目可結合工程實際情況，按照鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程的規(guī)定選取。,注：監(jiān)控量測具體操作參見隧道監(jiān)控量測作業(yè)指導書，在此不贅述。,4、三臺階七步開挖法施工控制要點,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,4.1 隧道進洞前應做好洞頂及洞口防排水系統(tǒng)。洞頂及洞口排水溝應鋪砌，用砂漿抹面，防止地表水及施工用水下滲，影響結構安全。,4.2 三臺階七步開挖法施工應做好工序銜接。工序安排應緊湊，盡量減少圍巖暴露時間，避免

23、因長時間暴露引起圍巖失穩(wěn)。,4、三臺階七步開挖法施工控制要點,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,（1）初期支護應及時封閉成環(huán)，全斷面初期支護閉合時間宜控制在15d左右，有條件時應盡量縮短閉合時間；,（2）仰拱應超前施做，仰拱距上臺階開挖工作面宜控制在3040 m，鋪設防水板、二次襯砌等后續(xù)工作應及時進行；,（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。,4、三臺階七步開挖法施工控制要點,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,4.3 在滿足作業(yè)空間和臺階穩(wěn)定的前提下，應盡量縮短臺階長度，核心土長度應控制在35 m，寬度宜為隧道開挖寬度的l3l2。,4.4 三臺階七步開挖法施工應嚴格控制開挖長度，根據圍巖地質情況，合理確定循環(huán)進尺，每次開挖長度不得超過15 m；開挖后立即初噴35cm混凝土，以減少圍巖暴露時間。,4、三臺階七步開挖法施工控制要點,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,4.5 嚴格按設計要求施做超前支護，控制好超前支護外插角，嚴格按注漿工藝加固地層，保證隧道開挖在超前支護的保護下施工。,4.6 隧道周邊部位應預留30cm人工開挖，其余部位宜采用機械開挖，局部需要爆破時，必須采用弱爆破，不得超挖。施工時應嚴格控制裝藥量，減少對圍巖的擾動。,4、三臺階七步開挖法施工控制要點,蘭新第二雙線一項目部隧道四隊,4.7 中、下臺階左、右側開挖應錯開，嚴禁對開