三台阶七部法在浅埋隧道施工中的应用

摘要：文章以杭州市灵隐路～梅灵北路下穿隧道公路施工为例，介绍了浅埋暗挖三台阶七部法的施工技术，探讨了施工关键和技术难点，并提出了相应的解决措施。

关键词：公路地下隧道；浅埋暗挖；三台阶七部法；隧道施工

中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）08-0170-02

随着公路隧道施工技术的不断进步，地下工程施工方法不断创新，提出了许多浅埋暗挖施工方法，其中“化整为零”的三台阶七部法就是很有代表性的一种工法。该方法以地层预加固（处理）为前提，每台阶预留核心土，以锚、网喷支护为基础，充分发挥加固后的地层与初支体系共同受力，承受外部荷载，以监控量测手段指导施工，控制初支结构的拱顶沉降和收敛，确保开挖洞室和地面建筑物的安全。与明挖法和盖挖法相比，三台阶七部法的最大优点是避免了大量拆除工作。因此在地质条件允许情况下，考虑采用三台阶七部法施工对加快施工进度及节约施工成本有显著成效。

一、工程概况

杭州市灵隐路—梅灵北路下穿隧道公路工程位于杭州市西湖灵隐景区内，线路北起灵溪隧道南接线距南洞口305m处，隧道往南下穿灵隐路交叉口，穿越梅灵北路西侧小山包后，再下穿普福岭路交叉口，终于吉庆山隧道北接线距洞口170m处。

本隧道工程隧道为单洞双向两车道，采用明挖、暗挖法相结合施工；其中K0+305～K0+440、K0+865～K1+038段为明挖法施工段（合计308m）；K0+440～K0+865段为浅埋暗挖CRD法施工段（计425m）。隧道净宽：2×0.75m（检修道）+8m（行车道），隧道净空4.5m。隧道围岩为V级，地质复杂，以含碎石亚粘土、碎石混亚粘土为主，上软下硬。沿线地下水主要为孔隙性潜水及岩溶水，地下水丰富。施工区管线密布，局部管线渗漏水严重。K0+440～K0+510过灵隐路段隧道覆盖层薄，最小覆盖层厚1.76米，上部车流量大、载重大。

二、三台阶七部法施工方法

原设计暗挖隧道采用CRD工法施工，全部为人工手持风镐开挖，施工进度不能满足工期需要，在施工至山体中间覆盖层较厚部位，为加快施工进度，采用了三台阶七部法施工，遵循“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的施工原则，自上而下步步为营，随挖随撑，及时做好初期支护。并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛已经稳定后，再施做防水层，施作二次衬砌结构。洞身开挖过程中采用机械开挖，人工手持风镐配合开挖整形，开挖后及时架设钢支撑和初喷5cm砼封闭掌子面，施作超前小导管，复喷混凝土。

（一）三台阶七部法施工工法

开挖及初支施工方法和步序如图1所示：

图1

1．（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；（2）分部开挖①部，同时，每循环进尺一次，掌子面喷5cm厚混凝土封闭；（3）分部施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架；（4）施作锁脚钢管；（5）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2．（1）在滞后于①部一段距离后，交错开挖 ②、③部；（2）喷5cm厚混凝土封闭掌子面；（3）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，施作钢架，并设锁脚钢管；（4）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

3．（1）在滞后于③部一段距离后，左右交错开挖④、⑤部；（2）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，施作钢架；（3）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

4．分台阶开挖⑥部。

5．（1）开挖⑦部；（2）隧底周边部分喷4cm厚凝土，施作钢架；（3）复喷混凝土至设计厚度。

6．灌筑 Ⅷ 部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充应分次施作）。

7．根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑 Ⅸ 部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

通过以上步骤的循环施工，形成一种三台阶七部法施工方法。

（二）暗洞开挖施工方法及技术措施

隧道三台阶七部法施工，台阶长度宜控制在3.0～5.0米左右。

隧道开挖外轮廓线要考虑施工误差、预留变形和超挖等因素。

隧道开挖过程中应尽可能保留核心土。

隧道开挖时应保持开挖轮廓的平直、圆顺。

隧道开挖工作应一次到位，杜绝钢支撑就位时的欠挖处理。

作好开挖的施工记录：记录隧道超欠挖情况、地质断面描述。

三、施工难点及特点

1．视围岩地质情况，开挖进尺严格控制在0.5m或0.75m（一榀钢支撑间距）以内，及时支护，稳打稳扎，确保安全。围岩自稳能力极差，开挖后易产生坍方，施工中应加强加固措施。

2．开挖时必须做好降水后残存水的止水和砂层固结处理，以防漏水、防流砂、防坍塌、防底部涌水。

3．强化现场空量测，必要时，加大量测频率，对量测信息及时进行回归分析，坚持信息化指导施工，合理安排施工工序，优化施工方法。并及时将量测结果反馈给设计单位，以动态调整支护参数。必须解决好初期支护形成过程中的受力体系转换带来的影响，防止地面及拱部的过量沉降是贯穿整个施工过程中的技术难点。

四、施工关键措施

1．超前预支护加固土体。超前小道管采用φ42无缝钢管，长6m、3m，小导管前端焊接锥体钎头，导管壁上梅花型设置φ6注浆孔，小导管每环纵向搭界不小于1米，确保每循环开挖都在小导管的保护下进行。注浆的目的是为了开挖时土体的稳定，并可增强周边土体的密实性，减小土体渗透系数。

2．及时施做初期支护，稳定围岩。初期支护采用I20a拱架工字钢间距0.5m（0.75m）+喷射35cm（30cm）厚C20混凝土。

3．监控测量。监控测量是隧道施工不可缺少的重要组成部分。根据工程情况，建立监控量测体系，重点是地表下沉，拱顶沉降和边墙收敛；必要时进行地中位移、钢架应力、地层压力等量测项目。

五、体会与建议

1．从杭州市灵隐路—梅灵北路下穿隧道公路工程施工情况来看，由于隧道结构所处的地质环境差，围岩自稳能力极差。在施工过程中用超前小导管注浆对土体进行预加固十分重要，采用三台阶七部法施工能够加强快施工进度，对浅埋暗挖及围岩自稳能力极差的隧道进行施工，极为有效。

2．边墙部位支护钢架的锁定锚杆或锚管打设突出超前固结下方地层，有效的防止了中层和下断面开挖后边墙部位的坍塌，且减少了拱顶沉落量。

3．核心土的预留减小了开挖后隆底和周边收敛，引起拱脚流砂涌泥，并减少了汇水面积，使水向两侧分流便于施工排水处理。

作者简介：宗得锋（1973－），男，中铁十八局集团第三工程有限公司工程师。