隧道工程施工三台阶七步开挖法应用

李 强

(山西吕梁环城高速公路管理有限责任公司，山西 吕梁 033000)

0 引言

隧道施工是公路建设过程中非常重要的一个内容，和施工质量的高低，在一定的程度上与安全问题和质量问题有着密切的联系，而在施工过程中，应用三台阶七步开挖方法，能够有效的解决安全以及质量问题，在一定的程度上提高了隧道工程的施工保障，因此对该技术应用进行研究显得意义重大，它是能够保证隧道工程顺利实施的关键。

1 工程概况

某地高速公路隧道设计总长度为180 m，根据设计方案的要求，该工程设计为单面下坡形式，整体的坡度为-5.816‰。整个地区中的围岩等级为Ⅴ级设计在右偏圆曲线上，间隔距离长度为4.6 m。进口中应用的是斜切洞门，出口则为墙式洞门，其埋深为17 m。设计最高时速为80 km/h。

2 三台阶七步开挖法施工技术

1)施工位置的空间比较大，容许在断面中可以实现多种机械共同施工操作，施工效率非常高。在部分岩石中可以应用挖掘机来进行下半部断面的开挖施工，必然给围岩造成扰动。

2)地质结构较为复杂，在软硬围岩相间隧道结构中，施工方法比较灵活，进度可控，可以更好的保证工期满足要求。

3)应用不同跨度与断面的结构形式，可以将临时支护结构拆除掉，以降低施工成本。

4)混凝土结构部分的施工应该在初期支护中及时进行闭合，从而可以改善内部施工环境。

5)在断面内一次性施工，可以实现防水层与混凝土衬砌施工，以提升该部分的施工质量。

6)设备、人员投入较少，更便于操作，可以在较大范围内应用。

较之其他的施工技术来说，三台阶七步开挖施工方法因为可以在七个部分中实现同时开挖施工，可以更好的提升工程的施工效率，缩短工期，促进经济效益的提升。而针对泥岩隧道工程来说，因为围岩部分较为软弱，节理裂缝发育非常的明显，所以隧道的开挖施工时间要严格控制，该施工方法可以达到要求。此外，其他的施工技术在开挖支护拆除的过程中会导致平衡力学体系无法保证，而这对泥岩隧道来说，围岩状态可以改变变形问题。综合以上论点，确定使用三台阶七步法最佳[1]。

3 施工工艺

3.1 开挖施工准备

1)施工准备。根据设计方案以及施工工艺规范的要求对于隧道部分实施超前支护处理，尤其是对于一些地质条件比较差的地区，比如断层、破碎带等部分，这样才能更好的保证施工的安全性与稳定性。在隧道开挖前应该进行供电、供水系统的设置，还要避免在雨季施工。

2)洞口段施工。洞口以及与其相邻的结构部分工程要进行统筹规划管理，缩短施工工期，防止在雨季内实施。洞口开始施工前，应该检查边、仰坡位置上的稳定性达标，及时将该位置上的碎石、危石清理干净，设置截水沟结构，然后才能进行洞门施工；洞口环节衬砌要保证与洞门同时进行。开挖的过程中应该自上而下来进行，在回填之后要按照施工要求来进行衬砌施工，设置25 mm的浆砌片石来进行，同时还应该设置锚喷网来进行防护。

3.2 洞身开挖

根据新奥法施工要求来开始施工，按照规范的要求来进行隧道开挖施工，保证各个环节的施工质量都能够达到规范的要求，同时还应该使用专用的机械设备来进行施工，使得整个工序的施工按照要求顺利完成。

1)上弧导坑开挖。以设计方案为依据，对于隧道实施超前支护施工之后，应该使用上弧导坑预留核心土法来实施开挖，具体的施工速度要结合泥岩隧道的围岩类型以及支护钢架的距离来进行确定，但是要控制在1.5 m以下。上弧道坑拱部矢跨比要控制在0.3以下，同时还应该至少预先留出3 m长度，也要控制在5 m以下。上弧导坑开挖完成之后，可以在拱部位置上实施喷、锚、网系统来实施支护施工，这样就能够使得整体结构更具稳定性，以达到承载性的需要[2]。

2)中台阶及下台阶的左、右侧开挖。在完成了上述施工形成了承载拱之后，就要开始该部分的施工。在具体施工阶段，要根据初期支护钢架的间隔距离来确定具体的施工尺寸，同时还应该保证开挖进度与上弧导坑结构位置相同，与上述结构一样，间隔距离应控制在1.5 m以下。开挖高度也要严格控制，以3 m～3.5 m之间为最佳，同时还应该将左右台阶交错布置，错开间距应为2 m～3 m，按照上述要求来进行喷、锚与网结构部分施工。

3)上、中、下台阶预留核心开挖施工。各个台阶位置上都预先留出核心土部分，此时的开挖施工应该与各个循环进尺保持一致。

4)仰拱的分段开挖。该部分的循环开挖长度应该设定为2 m～3 m，开挖完成之后就要开始仰拱初期支护施工，在完成了2个～3个分段开挖与支护循环之后，就能够进行混凝土施工，此时可以根据围岩类型与循环进度来确定，可以将仰拱分段设定为4 m～6 m，此时可以应用跳槽施工的方式来进行。

3.3 初期支护

初期支护主要就是利用锚杆、钢筋网、钢架以及混凝土来组合而成的承载结构部分。支护过程要在开挖施工之后迅速展开，从而可以有效的降低裸露时间，避免围岩结构出现变形的问题，要防止在短期内出现脱落的情况。锚喷支护施工的具体流程如下所示：地质条件检测→放样→开挖施工→初喷混凝土3 cm～5 cm→安装钢架→测量定位→挂钢筋网→施作系统锚杆→复喷混凝土至设计厚度→监控量测→反馈、调整支护参数[3]。

3.4 仰拱(填充、底板)施工

为了充分的保证工程的安全性满足要求，仰拱混凝土在制作完成之后需要立即进行，同时还应该尽快完成闭环，以满足受力的需要，整体结构稳定性达标。在进行隧道内部围岩部分施工的过程中，在喷锚支护的全断面部分施工完成之后，要结合围岩收敛量检测数据来将临时支护拆除，同时还应该开挖并且进行混凝土部分的施工。为了可以更好的提升工程质量水平，仰拱混凝土要采取全幅浇筑施工的方法，从而可以防止材料的运输及仰拱施工以及在混凝土强度无法达到要求之后载荷不合格的情况出现。

4 施工监测

隧道工程的施工中，在第一组衬砌部分施工开始支护，需要在断面内部的拱顶、拱脚位置上分别设置7个观测位置，应用设备仪器来确定沉降量参数。伴随着工程的持续进行，需要间隔10 m就要设置观测点。结合最终数据的要求，合理的调整预留沉降量，同时还应该保证二次衬砌质量达标。在施工中需要严格的按照施工工艺规范的要求进行质量的控制，严格确定观测次数，以满足工程的施工需要为基础。此外，在进行观测中，应该选择合适的仪器设备，否则将无法保证数据的准确度，对于后续工程的施工也存在负面影响。

5 结语

泥岩隧道的开挖施工是当前隧道工程的关键环节，本文主要是以实际工程案例来讲解三步七台阶的施工方法，发现该方法是非常有效的，可以提升施工效率与工程质量，可以在更大范围内推广应用，促进我国交通事业的发展和进步。