三台阶七步开挖法在雅康高速前碉隧道中的应用

兰 宇 赵玉东

(1.重庆高速公路集团有限公司，重庆 401121； 2.西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031)

三台阶七步开挖法在雅康高速前碉隧道中的应用

兰 宇1赵玉东2

(1.重庆高速公路集团有限公司，重庆 401121； 2.西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031)

结合雅康高速前碉3号隧道工程实例，对工程采用的三台阶七步开挖法施工原则进行了介绍，阐述了该工艺的特点与施工流程，着重对开挖的步骤及监控量测的方法作了研究，为类似工程施工积累了经验。

三台阶七步开挖法，临时支护，监控量测，隧道

1 工程地质状况

前碉3号隧道是雅康高速公路的重点工程，穿越地区山体陡峭，地形条件复杂，施工难度大。前碉3号隧道康定端围岩较破碎，其中左线Ⅴ级围岩164 m，右线Ⅴ级围岩120 m。隧道出口端基岩裸露，为破碎的花岗岩，风化严重，洞口上方存在零星围岩，右线洞口处于由碎石土堆积而成的斜坡体上，稳定性极差[1]。

2 施工方法及施工步骤

2.1 施工原则

开挖遵循的总原则是：快循环、短进尺、弱爆破、少干扰、早喷锚、勤测量、紧封闭[2]。先进行康定端右线洞口施工，右线进洞30 m，然后再进行左线施工。

前碉3号隧道康定端设计之初的方案是留核心土法，但是根据现场揭露的实际地质情况，经有经验的技术人员研究，最终决定采用更为安全可靠的三台阶七步开挖法[3]。

2.2 工艺特点

与其他施工方法相比，三台阶七步开挖法具有以下特点：

1)操作空间大，便于大型机械施工，可实现多作业面平行开挖。对于某些软弱围岩或土壤地段可以直接采用挖掘机开挖，开挖效率较高。

2)当围岩条件发生变化时，可及时改变施工工序。

3)三台阶七步开挖法不需要临时支护，有效的规避了因拆除临时支护造成不安全的因素。

4)施工工序灵活，适应性强。适应多种断面形式和不同跨度的隧道工程，初期支护工序操作较为简便。

5)三台阶七步法是结合了三台阶法和留核心土法，利于掌子面的稳定。

2.3 工艺流程

三台阶七步开挖法的工艺流程如图1所示[4,5]。

2.4 开挖步骤

第一步，上部开挖弧形导坑：在上部弧形导坑开挖前要进行公布超前支护，以保证围岩的稳定。为保证掌子面的稳定且便于施工，预留核心土的长度不宜过长，3 m～5 m为宜，宽度不宜过大，为隧道跨度的1/4～1/3为宜。循环进尺应根据初支钢架间距确定，但应控制在1.5 m以内，开挖后立即喷射一层3 cm～5 cm厚的混凝土。上台阶开挖后，要及时进行喷锚，并架设钢架。设置索脚锚杆，位置为钢架拱脚上部约30 cm处，并与钢架焊接牢固。以上工作完成后，复喷混凝土至设计厚度。

第二、三步，左右侧中台阶开挖：左右侧台阶的开挖不是同步进行的，两个开挖面应错开2 m～4 m。循环进尺同上台阶一样应根据初支钢架间距确定，同样不能超过1.5 m，开挖高度应结合隧道断面确定，一般3 m～3.5 m为宜。中台阶开挖后应立即初喷一层3 cm～5 cm厚的混凝土。中台阶开挖后，及时铺设钢筋网，进行喷锚支护，并架设钢架。在钢架拱脚上部30 cm处，打设锁脚锚杆。然后复喷混凝土至设计厚度。

第四、五步，左、右侧下台阶开挖：施作方法和顺序如左右侧中台阶一样。

第六步，留核心土开挖：上中下三台阶分别开挖各阶预留核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺一致。

第七步，隧底开挖。

每循环开挖长度宜为2 m～4 m，要及时施作初期支护。完成隧底开挖、支护后，每2个～3个循环之后，施作仰拱。

开挖步骤图见图2。

3 监控量测

喷锚支护、光面爆破和监控量测是新奥法施工理念的三大支柱要素，也是隧道动态设计和信息化施工的主要内容。通过对围岩和支护结构的实时观测，及时反馈施工信息，通过反馈信息，调整和优化设计参数，提高施工的安全性和经济效益。因此施工中必须做好监控量测工作。

1)监控量测的内容。

应测项目：地质及支护状态观察、拱顶下沉、周边位移、地质超前预报、地表下沉监测、锚杆抗拔力等。选测项目：钢支撑内力、喷射混凝土内力等。

2)测点及测线布置。

每个量测断面分别布置一个拱顶沉降测点和三条水平净空测线，如图3所示。

进洞前期洞内监控量测点布置见表1。

3)量测断面间距。

监控量测断面间距的布置应根据实际围岩状况而定，本隧道测量断面间距如表2所示。

4)量测频率。

表1 进洞前期洞内监控量测点布置表

洞内量测分为开挖断面量测和初期支护量测两个部分。开挖面测量在每次开挖后进行一次；初期支护的量测每天至少进行一次，内容包括围岩岩性、结构面产状、支护裂缝观察、锚杆、钢架的状况。净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。

表2 洞内测量断面间距

5)信息反馈。

根据信息采集情况，采取合理的施工方法，对可能发生的塌方、涌水等情况，施工现场做好充分的准备和应对措施。

根据各围岩级别允许相对收敛值和“锚喷构筑法”变形等级为依据，进行稳定性判断，当实测值大于允许值，及时采取补强措施，并结合实际情况调整原支护设计参数或开挖方法。

当位移速度增大，位移量过大，且围岩长期不能稳定，喷射混凝土出现大量的明显纵向裂缝时，应加强监控，采取适当措施补强，如提前施作仰拱、增强喷射混凝土厚度、增加锚杆长度和数量，增设钢支撑改变施工方法等。

4 结语

三台阶七步开挖法在前碉3号隧道中的成功应用说明该工法在围岩较差、开挖断面较大的工程中具有很强的实用性。三台阶七步开挖法以三台阶法和留核心土法为基础，能保障开挖面的稳定，且不需要临时支撑，避免了因拆除临时支撑带来的风险。

[1] 何 武.前碉3号隧道出口进洞施工方案设计[J].山西建筑,2015,41(5):157-158.

[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社，2003:370-389.

[3] 崔小鹏,孙韶峰.CRD工法及三台阶七步开挖工法的对比和改进[J].隧道建设,2010,30(2)：51-53.

[4] 傅才芝.三台阶七步开挖法在兰渝铁路白家坡隧道中的应用[J].甘肃水利水电技术，2010(1)：6-9.

[5] 闻庆权.三台阶七步法在离石隧道施工中的应用[J].现代隧道技术，2009(13)：157-160.

Application of 3-bench 7-step excavation method at Qiandiao No.3 Tunnel along Ya’an-Kangding Expressway

Lan Yu1Zhao Yudong2

(1.ChongqingExpresswayGroupCo.,Ltd,Chongqing401121,China;2.SouthwestJiaotongUniversity,KeyLabofEducationMinistryofTransportationTunnelProject,Chengdu610031,China)

Combining with No.3 Tunnel along Ya’an-Kangding Expressway, the paper introduces the 3-bench 7-step excavation construction principle in the project, illustrates its features and construction procedure, and researches the excavation steps and supervision measurement, so as to accumulate experience for similar construction.

3-bench 7-step excavation method, temporary support, inspection measurement, tunnel

2015-01-16

兰 宇(1979- )，男，高级工程师； 赵玉东(1990- )，男，在读硕士

1009-6825(2015)09-0161-02

U455

A