三台阶法施工作业指导书.docx
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三台阶法施工作业指导书
目录
1.适用条件、范围1
2.作业准备1
3.技术要求1
4.施工程序与工艺流程1
5.施工要求13
6.劳动组织14
7.材料要求14
8.设备机具配置15
9.质量控制及检测15
10.安全及环保要求17
三台阶法施工作业指导书
1.适用条件、范围
本作业指导书适用于新建怀邵衡铁路三台阶法、三台阶临时仰拱法开挖隧道洞身。
2.作业准备
2.1内业准备
（1）熟悉隧道设计图纸，澄清有关技术问题。
（2）熟悉《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）、《新建时速200公里客货共线铁路工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2004]8号）、《铁路混凝土施工质量验收标准》（TB10424-2010）、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）等规范和技术标准。
（3）对施工人员进行三台阶法、三台阶临时仰拱法开挖技术交底。
（4）对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。
2.2外业准备
（1）施工机械进场到位、人员配置满足施工需要；
（2）测量人员进行施工放样，测绘洞身横断面图与设计比较；
（3）砂石料、钢材、水泥等原材料试验完成，配合比设计完成并经监理审批；
（4）混凝土拌和站安装完毕并经调试，按规定程序验收通过。
3.技术要求
隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，开挖方式采用弱爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量，严格控制超欠挖。
并按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定性，为支护参数的调整、开挖工法的转换提供依据。
4.施工程序与工艺流程
4.1三台阶法
图1三台阶法施工工艺流程
三台阶法是将隧道分成上中下三部分开挖，施工时先开挖上台阶，待开挖到一定长度后再同时开挖中台阶及下台阶，形成上、中、下三台阶同时并进的方法。
将隧道断面分上、中、下台阶开挖，爆破施工分三次进行，可以减小爆破对围岩的扰动，保护围岩，上台阶开挖后，为中、下台阶创造临空面，降低炸药消耗，同时三台阶开挖可减少隧道开挖后的空间效应，初期支护能尽早施工，可充分发挥围岩的自稳、自承能力，获得安全的地下空间。
4.1.1超前地质预报
超前地质预报是确定隧道施工掌子面前方突（涌）水（泥）、塌方、瓦斯等地质灾害风险源的位置、规模、性质等工程地质及水文地质条件，为隧道工程设计和施工方案的制定与风险防范提供依据。
图2TSP超前地质预报立体图
图3TSP超前地质预报测线平面示意图
4.1.2测量放线
开挖前将控制开挖的中线水平引至开挖部位掌子面，确定开挖轮廓。
4.1.3开挖方法
隧道开挖应根据实际围岩地质情况选择开挖方法。
结合实际地质情况，Ⅴ级围岩可采用人工配合机械开挖，Ⅳ级围岩可采用光面爆破。
三台阶法开挖断面如下图：
图4三台阶开挖横断面示意图
图5三台阶开挖纵断面示意图
采用三台阶法要严格控制装药量及按照光面爆破设计施工，减少炮轰波对围岩的扰动。
采用多功能作业台架人工风枪钻孔，非电毫秒雷管微差起爆。
石质隧道的爆破作业，应采用光面爆破或预裂爆破。
爆破作业应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、循环进尺和爆炸材料进行钻爆设计。
钻爆设计应根据爆破效果不断优化爆破参数。
钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求等。
钻爆设计土应包括炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要经济指标和必要的说明。
爆破参数应通过试验确定。
可参照下表选用。
表1光面爆破参数
岩石类别
周边眼间距E（cm）
周边眼抵抗线W（cm）
相对距离
E/W
装药集中度q（kg/m）
极硬岩
50～60
55～75
0.8～0.85
0.25～0.30
硬岩
40～50
50～60
0.8～0.85
0.15～0.25
软质岩
35～45
45～60
0.75～0.8
0.07～0.12
表2预裂爆破参数
岩石类别
周边眼间距E（cm）
至内排崩落眼间距（cm）
装药集中度q（kg/m）
极硬岩
40～50
40
0.3～0.4
硬岩
40～50
40
0.2～0.25
软质岩
35～40
35
0.07～0.12
注：
1.表中所列参数适用于炮眼深度1.0～4.0m,炮眼直径40～50mm,药卷直径20～25mm。
2.当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值。
3.周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值。
软岩在取较小E值时，W值应适当增大。
4.E/W：
软岩取小值，硬岩及断面小时取大值。
5.表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其它类型炸药时，应修正。
周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求，硬岩开眼位置在轮廓线上，软岩可向内偏5～10cm。
底板和仰拱底面采用预留光爆层爆破。
辅助眼交错均匀布置在周边眼和掏槽眼之间，力求爆破出的石块块度适合装碴需要。
周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10～20cm。
当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。
炸药可选用岩石硝铵炸药和乳化炸药。
钻爆设计要时刻注意岩层变化，做到“岩变我变”。
当岩层发生变化时，由技术人员对钻眼深度、炮眼布置、装药数量现场进行交底，确保爆破质量。
爆破器材选用1#岩石乳化炸药、塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。
炮孔布置、雷管段别布置见炮眼布置见下图；断面开挖药量分配见下表；断面主要技术经济指标见下表。
图6三台阶法炮眼布置
表3Ⅳ级围岩短台阶光面爆破炮眼药量分配表
序号
部位
炮眼
分类
炮眼数
雷管
段数
炮眼
长度
炮眼装药量
每孔
药卷数
单孔
装药量
合计
药量
个
段
cm
卷/孔
Kg/孔
Kg
1
上
台
阶
周边眼
35
15
240
1
0.2
7.0
2
辅助眼
22
13
240
2.5
0.5
11.0
3
内圈眼
10
11
240
3
0.6
6.0
4
4
9
240
4
0.8
3.2
5
6
7
240
4
0.8
4.8
6
8
5
240
4
0.8
6.4
7
掏槽眼
6
3
260
4
0.8
4.8
8
9
1
270
6
1.2
10.8
9
小计
100
54.0
10
中
台
阶
周边眼
10
5
320
1
0.2
2.0
11
2
5
320
4
0.8
1.6
12
2
5
320
6
1.2
2.4
13
6
3
320
4
0.8
4.8
14
2
3
320
6
1.2
2.4
15
8
1
320
4
0.8
6.4
16
拉槽眼
8
3
600
10
2.0
16.0
17
8
5
600
14
2.8
22.4
18
小计
46
58.0
19
下
台
阶
周边眼
10
5
320
1
0.2
2.0
20
2
5
320
4
0.8
1.6
21
2
5
320
6
1.2
2.4
22
6
3
320
4
0.8
4.8
23
2
3
320
6
1.2
2.4
24
8
1
320
4
0.8
6.4
25
拉槽眼
8
3
600
10
2.0
16.0
26
8
5
600
14
2.8
22.4
27
小计
46
58.0
28
仰
拱
周边眼
12
3
500
9
1.8
21.6
29
辅助眼
6
1
500
8
1.6
9.6
30
小计
18
31.2
31
合计
210
201.2
表4Ⅳ级围岩三台阶光面爆破主要经济技术指标
序号
项目
单位
数量
备注
1
开挖断面积
m2
126.72
2
预计每循环进尺
m
2.0
3
每循环爆破石方
m3
245.02
4
炮眼总数
个
145
5
钻孔总数
m
145
6
雷管用量
发
159
7
炸药用量
Kg
201.2
8
比装药量
Kg/m3
0.48
按全断面计算，并将中槽、中下导及仰拱折算为2.0m数量计算得出
9
预计炮眼利用率
%
94
4.1.4开挖工序
（1）上台阶开挖：
在拱部超前支护施工后，沿隧道开挖轮廓线环向开挖上台阶。
开挖进尺控制在每循环1榀拱架间距。
开挖后立即出喷4cm砼封闭，并架设钢架。
按照设计要求施作锁脚锚杆和系统锚杆，喷射砼。
（2）中台阶开挖：
开挖进尺控制在每循环1榀拱架间距，开挖后立即出喷4cm砼封闭，并架设钢架。
按照设计要求施作锁脚锚杆和系统锚杆，喷射砼。
（3）下台阶开挖：
开挖进尺控制在每循环1榀拱架间距，开挖后立即出喷4cm砼封闭，并架设钢架。
按照设计要求施作锁脚锚杆和系统锚杆，喷射砼。
（4）隧道仰拱开挖：
围岩较好时，仰拱与下台阶同时开挖；围岩软弱破碎时，仰拱单独开挖。
采用人工配合机械开挖，人工清底，并及时按设计架设钢架及喷射砼，施工仰拱衬砌和填充。
（5）利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。
4.1.5监控量测
隧道开挖成型后及时埋设监控量测点，进行监控量测工作。
监控量测初始读数要在12小时内获取，最迟不超过24小时。
监控量测数据要及时整理分析，根据监控量测反馈信息，合理指导施工。
为预留变形量、支护参数的调整、施工方法的改变提供依据。
4.2三台阶临时仰拱法
三台阶临时仰拱法超前地质预报、测量放线、监控量测与三台阶法相同。
4.2.1施工工艺
三台阶临时仰拱法是将隧道断面分成上中下三个部分进行开挖的施工方法。
要求及时施作各部临时仰拱；各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的隧道施工方法。
采用三台阶临时仰拱法，施工空间较大，可以多作业面平行施工，功效较高；当地质条件发生变化时，便于及时、灵活的调整施工方法；适应不同跨度和多种断面形式，初期支护操作工序便捷；在台阶法开挖的基础上，分上、中、下三部分错开开挖，有利于工作面的稳定；当围岩变形较大或发生突变时，在保证安全和满足净空的条件下，可尽快调整闭合时间。
开挖断面如下图。
图7三台阶临时仰拱施工工艺流程
图8三台阶临时仰拱法横断面
图9三台阶临时仰拱法纵断面
图10三台阶临时仰拱法工序平面
4.2.2开挖工序
（1）a、利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护；b、开挖①部台阶；c、施作①部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，并设锁脚锚管；d、导坑底部铺设I18轻型工字钢，喷10cm厚混凝土，施作①部临时仰拱，必要时封闭掌子面；e、钻设系统锚杆后复喷至设计厚度，必要时在①部中间设置竖向支撑。
（2）a、上台阶施工至适当距离后，开挖②部台阶；b、导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，架立钢架，并设锁脚锚管；c、导坑底部喷10cm厚混凝土，施作②部临时仰拱；d、钻设系统锚杆后复喷至设计厚度。
（3）开挖③部台阶，及时封闭初期支护。
参照工序
（2）进行。
（4）灌筑该段内仰拱。
（5）灌筑该段内隧底填充
（6）根据量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。
5.施工要求
5.1三台阶法施工要求
（1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
（2）如有超前支护等辅助施工措施，应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。
（3）开挖方式采用弱爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。
（4）锁脚钢管应及时设置，且对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。
（5）各步台阶一次开挖长度宜控制2～3m之间，第3部台阶开挖后仰拱应紧跟。
（6）施工时根据现场情况，必要时在临时仰拱中增设钢架。
5.2三台阶临时仰拱法施工要求
（1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。
爆破时严格控制炮眼深度及装药量。
（2）上台阶每循环开挖进尺：
Ⅴ级围岩不应大于1榀钢架间距，Ⅳ级围岩不应大于榀钢架间距。
上台阶长度不得大于10m。
（3）边墙每循环开挖支护进尺不得大于2榀钢架间距。
中台阶长度不得大于10m。
（4）隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环，Ⅳ、Ⅴ级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。
（5）仰拱施作紧跟。
仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚管，仰拱每循环开挖进尺不得大于3m。
仰拱距掌子面的距离：
Ⅳ级围岩不应大于50m，Ⅴ级围岩不应大于40m。
（6）二衬距掌子面的距离：
Ⅳ级围岩不应大于90m，Ⅴ级围岩不应大于70m。
（7）钢架之间纵向连接筋应及时施作并连接牢固。
6.劳动组织
人员、机械设备应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置。
配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2～1.5倍。
隧道单口施工，根据开挖方法配置1台大型挖掘机或2台小型挖掘机平行作业，另备1台装载机进行装碴施工，大型自卸汽车不宜少于4辆，20m3/min空压机一般不应少于3台（土质隧道不宜少于2台）。
根据时速200km/h客货共线大断面的特点，每工班开挖作业人员不宜少于20人。
7.材料要求
（1）水泥
宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥的混合材宜为粉煤灰，除设计要求外不宜使用早强水泥，强度等级不小于42.5MPa。
使用前应做强度复查试验。
（2）外加剂
应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土性能的产品。
外加剂与水泥间应有良好的适应性。
宜选用多功能复合外加剂。
（3）细骨料
细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂，不得使用海砂。
采用的中砂或粗砂细度模数应大于2.5，含水率宜控制在5%～7%使用前应一律过筛。
含泥量不应大于3%，泥块含量不应大于0.5%。
（4）粗骨料
应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，不宜采用砂岩碎石。
混凝土应采用二级或三级级配粗骨料。
粗骨料应分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量。
严禁选用具有潜在碱活性骨料。
采用泵送方式时，粗骨料粒径应控制在0.3～0.4D（D为管径）范围之内，最大粒径不能超过40mm，且应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10%（C30以下不大于10%，C30～C45不大于8%，C50及以上不大于5%）。
（5）水
水质应符合工程用水的有关标准，水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。
8.设备机具配置
劳力、机械设备的配置应结合工期要求、工点具体特点进行合理的配置，主要施工机械设备配置见下表：
表5主要施工机械设备配置
序号
设备名称
数量
备注
1
挖掘机
1台
2
装载机
1台
3
自卸汽车
6辆
4
空压机
3台
5
机械手
1台
6
风枪
18台
9.质量控制及检测
9.1质量控制
（1）开工前，技术人员认真学习施工规范，熟悉审核图纸，对每道工序进行书面交底。
交底中讲清设计要求、技术标准、定位方法、功能作用、施工参数、操作要点和注意事项，使所有操作人员心中有数。
（2）把好原材料和施工配比关，加强检测频率，坚持“经过试验、用数据说话”的原则。
（3）实行技术人员现场值班制度，指导控制施工，及时对工程进行检测。
（4）每道工序均严格进行自检、互检和交接检；上道工序不合格，下道工序不接收。
（5）经理部成立质量管理小组，加强对现场工程质量进行巡查。
狠抓薄弱环节，严格按工艺施工，以彻底消除质量通病。
（6）开挖轮廓线以衬砌设计轮廓线为基准，考虑围岩变形量、施工误差和测量贯通误差等因素适当加大；严禁超挖。
（7）钻爆法施工开挖时，采用光面爆破或预裂爆破。
爆破前根据地质条件、断面尺寸、开挖方法、循环进尺、钻眼机具和爆破材料等进行钻爆设计，施工中根据爆破效果调整爆破参考。
（8）边墙、仰拱或底板等的地基承载力必须符合设计要求；软弱地基处理方法和施工质量符合设计要求；开挖前进行施工工艺设计。
（9）开挖后及时进行初期支护。
采用分部开挖时，应在初期支护砼强度达到设计强度70%及以上时进行下一部分的开挖。
隧道通过膨胀性围岩时，支护紧跟开挖，尽快封闭，对围岩形成约束，分部开挖施工过程中应加强对临时支护的保护。
9.2质量检验
（一）主控项目
（1）隧道开挖断面的中线和高程必须符合设计要求。
检验数量：
施工单位每一开挖循环检查一次，监理单位按施工单位检验数量的10%平行检验。
检验方法：
施工单位采用仪器测量。
监理单位平行检验。
（2）隧道开挖应严格控制欠挖。
当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌应小于5cm。
拱脚和墙脚以上１ｍ内断面严禁欠挖。
检验数量：
施工单位、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：
施工单位采用自动断面仪等仪器测量周边轮廓断面，绘断面图与设计断面核对。
监理单位见证测量，现场核对开挖断面。
（3）洞身开挖中，应在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。
检验数量：
施工单位、监理单位每一开挖循环检查一次。
检验方法：
施工单位进行工程地质观察和描述，监理单位见证检查。
（4）光面爆破或预裂爆破钻眼前，应根据钻爆设计图准确标出炮眼位置。
钻孔时应按钻爆设计要求严格控制炮眼的间距、深度和角度。
掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。
周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角应符合钻爆设计要求，眼底不应超出开挖断面轮廓线15cm。
检验数量：
施工单位每一开挖循环检查全部掏槽眼和10个周边眼，监理单位按施工单位检查数量的20%见证检查。
检验方法：
测量。
（二）一般项目
光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩不应小于80%，中硬岩不应小于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。
检验数量：
施工单位每一爆破开挖循环检查一次。
检验方法：
对照钻爆设计资料，观察、计数检验炮眼痕迹保存率。
10.安全及环保要求
10.1安全控制措施
（1）建立健全安全生产责任制，做到分工明确，责任到人。
定期进行安全大检查，对查出的安全隐患限期整改并复查。
（2）深化教育，强化安全意识。
施工人员上岗前必须进行安全教育和培训，并经考试合格后发给《安全上岗证》方准上岗。
电工、电焊工、架子工、质检员、安全员等特殊作业人员，必须经地方劳动局等有关部门培训合格后持证上岗。
调换工种人员，必须重新进行安全培训。
（3）建立和完善各项安全作业制度和防护措施，并狠抓落实，使全体施工人员有章可循，有法可依。
（4）坚持班前安全讲话制度，讲明施工中的安全隐患和预防措施。
（5）配备充足的安全器材。
进入现场必须佩带安全帽，高空作业必须佩带安全绳和安全带；爆破防护人员配备口哨、对讲机等联系工具。
（6）尽量避免上下双层和多层作业，无法避免时应采取必要的安全措施。
（7）认真实施标准化作业，开展安全质量标准工地建设，搞好文明施工。
10.2环境保护
（1）如有新修便道，完工后对新修便道进行达标整理保留备作公路养护维修便道或掘除原材料，恢复植被，恢复原貌。
（2）施工通道经常洒水处理，弃土场洒水湿润，施工中产生的污水处理后，按指定的地方排放。
（3）保护施工现场和临近农田、水井、农业灌溉设施不受破坏，争取把因施工对附近村民的干扰降到最低。
（4）洞内开挖土石方的弃置，符合设计要求和环境保护、水土保持的有关规定，不得影响既有建筑物的安全，并应采取挡护措施防止弃碴流失对环境造成不良影响。
土石弃方运至制定地点，严禁随意倾倒。
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