三台阶七步预留核心土工法文档格式.docx
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超前支护
测量放样
施作仰拱
施作仰拱填充
围岩稳定性评判、
修正支护参数
分段开挖隧底，施做初期支护
断面检查
否
满足
图三台阶七步开挖法施工流程
施工作业
采用三台阶七步开挖法施工的黄土隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，并根据工程水文地质变化情况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的技术措施，及早封闭成环，保证施工安全。
采用三台阶七步开挖法施工的黄土隧道，应根据工程水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，保证隧道开挖安全。
在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。
三台阶七步开挖法黄土隧道施工应符合下列要求：
1以机械开挖为主，人工辅助开挖；
2弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；
3其他分步平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环；
4仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；
5施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；
6完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。
三台阶七步开挖法施工步骤见图，开挖透视图见，施工工序见图所示。
第1步，上部弧形导坑开挖：
在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为3～5m（当围岩较差时留5m，围岩较好时可留3m），宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2（可以有效的防止软弱围岩开挖面失稳，同时提供了作业平台）。
开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过m（开挖进尺要求不得大于，主要是考虑开挖进尺过大一是围岩暴露面积过大降低了围岩自身承载能力；
二是进尺过大延长了开挖工作面封闭时间）；
开挖后立即初喷3～5cm混凝土（增强围岩自稳能力，避免围岩长时间暴露产生掉块）。
上台阶开挖矢跨比应大于（是指拱部开挖高度与开挖跨度比值应大于。
根据以往隧道施工经验，当矢跨比大于时，拱部开挖比较稳定），开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°
打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
第2、3步，左、右侧中台阶开挖：
开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过m，开挖高度一般为3～，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°
第4、5步，左、右侧下台阶开挖：
第6步，上、中、下台阶预留核心土：
各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
第7步，隧底开挖：
每循环开挖长度宜为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m。
图 开挖步骤图
1
2
3
4
5
6-1
6-2
6-3
衬砌
仰拱
栈桥
7
施工步骤：
第1步：
施作超前支护后，开挖拱部弧形导坑，预留核心土，施作拱部初期支护；
第2、3步：
开挖左右侧中台阶并施作初期支护；
第4、5步：
开挖左右侧下台阶并施作初期支护；
第6步：
分别开挖上、中、下台阶核心土；
第7步：
开挖隧底并施作仰拱初期支护封闭成环。
图 开挖透视图
图 施工工序图
为保护围岩的天然承载力，隧道支护应尽快施作。
三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。
初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力，其施工工艺流程见图。
图初期支护施工工艺流程
1初喷混凝土封闭岩面
1）初喷混凝土应在开挖后立即进行。
2）清除岩面表面的空鼓和掉皮，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。
3）工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水。
大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，快速封闭渗水岩面。
4）喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求。
5）喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，坐也是应避免上部喷射回弹料虚掩拱（墙）脚；
先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。
喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在～，沿水平方向以螺旋形划圈移动。
2系统锚杆（管）、钢筋网施作应符合下列要求：
1）初喷混凝土后应及时施作锚杆，锚杆必须设置垫板。
黄土隧道系统锚杆按设计要求选用。
2）钢筋网可采用为φ8或φ6的HPB235钢制作，网格尺寸宜采用20cm×
20cm～25cm×
25cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接。
3）钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不应小于4cm。
3安装钢架应符合下列要求：
1）拱部单元安装工序：
放样确定钢架基脚位置→施作定位锚杆→架设钢架→布设纵向连接筋。
2）墙部单元安装工序：
墙脚部位铺设槽钢垫板→施作定位锚杆→对应拱部单元架设墙部钢架单元→布设纵向连接筋。
拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接。
3）加强钢架拱（墙）脚锁脚锚杆（管）施工，各台阶每单元钢架拱（墙）脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°
打设4根或4根以上锁脚锚杆（管），并与钢架采用“L”型钢架牢固焊接，锁脚锚杆（管）与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不应小于22mm，锁脚锚管直径不应小于42mm，长度为4m，以控制基脚变形。
4）施工注意事项及要求：
①钢架拱（墙）脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽钢，以保证钢架基础稳固。
安装前应清除基脚下的虚碴、虚土及杂物。
②钢架安装允许偏差：
钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±
5cm，垂直度允许偏差为±
2°
。
③钢架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固，以增强钢架的整体稳定性。
④锁脚锚杆施工应作为施工质量控制的重点，锁脚锚杆尾部宜加工成“L”型。
钢架连接板应采用栓接牢固连接。
⑤钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2m应采用骑马或楔形垫块顶紧；
钢架与围岩的间隙不应大于5cm。
4喷射混凝土厚度应符合设计要求，二次复喷混凝土应分层喷射，每层厚宜为5～6cm。
喷射混凝土表面应平顺，无空鼓、裂缝、松酥，平整度宜采用2m靠尺检查，允许偏差为侧壁5cm、拱部7cm。
黄土隧道仰拱施工
隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2～3m。
当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。
隧底开挖后，应及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。
仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6m，仰拱应采用浮放模板支架成型。
仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。
仰拱表面应平顺，不积水。
仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。
填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100％后允许车辆通行。
仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。
仰拱距开挖掌子面应控制在30m～40m的距离，如围岩变形较大，长时间难以稳定，则应进一步缩短仰拱到开挖面的距离，必要时仰拱跟至下台阶；
二衬距仰拱应控制在20～30m，距开挖掌子面最大不得超过70m。
黄土隧道施工中，量化仰拱、二衬距开挖掌子面的合理距离，对保证隧道施工安全尤为重要。
监控量测
监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据可运用工程类比法及时分析反馈，必要时应根据分析结果调整支护参数，以保证施工安全。
量测项目可分为必测项目和选测项目，必测项目见表，选测项目可结合工程实际情况，按照《铁路隧道监控量测技术规程》的规定选取。
表监控量测必测项目
序号
监测项目
测量方法和仪表
测量精度
备注
洞内、外观察
现场观察，地质罗盘仪
初期支护拱（墙）脚净空变化
采用非接触无尺量测法，全站仪
初期支护拱顶下沉
地表沉降
水准测量的方法，水准仪
1mm
浅埋隧道（H0≤2b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必测
注：
H0—隧道埋深；
b—隧道最大开挖宽度。
净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定。
测点、测线布置详见图。
图净空变化测点布置
1上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护后，布设拱顶下沉测点A和第一条净空量测基线B—B’，在3～6h内取得初读数；
2中台阶开挖并施作上部边墙初期支护后，布设第二条净空量测基线C—C’，在3～6h内取得初读数；
3下台阶开挖并施作下部边墙初期支护后，布设第三条净空量测基线D—D’，在3～6h内取得初读数；
4其它量测项目应在开挖后12h内取得初读数，最迟不得超过24h，且在下一循环开挖前完成；
5拱（墙）脚净空变化、拱顶、地表观测点应布设在同一断面，便于分析、比较。
各测点取得初读数据后，应按照位移速度和量测断面距开挖面距离选择量测频率（见表）。
当出现异常情况时，应加大量测频率。
表量测频率
位移速度
距开挖面距离
位移速度（mm/d）
量测频率
量测断面距开挖面距离（m）
≥5
2次/d
（0～1）B
1～5
1次/d
（1～2）B
～1
1次/2～3d
（2～5）B
～
1次/3d
＞5B
1次/7d
＜
1、B—隧道开挖跨度。
2、当按照“位移速度”和“量测断面距开挖面距离”选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的实施。
量测数据整理及位移--时间变化曲线绘制应符合下列规定。
1量侧数据整理时，应将原始数据按照大小顺序，用频率分布的形式显示出一组数据分布情况，进行数据的数字特征计算以及离散数据的取舍。
2绘制位移--时间变化曲线，通过回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。
具体方法见下（如拱顶下沉）：
1）将量测数据输入计算机系统，绘制位移--时间变化曲线（U-t曲线），见图；
2）若U-t曲线如图（a）所示趋于平缓，通过数据处理或回归分析，可推算最终位移值，掌握位移变化规律；
3）若U-t曲线出现类似图（b）所示情况，变形有加快发展趋势，表明围岩和支护处于不稳定状态，应停止前方开挖面掘进，加强支护；
图位移—时间变化曲线示意图
3一般情况下，采用三台阶七步开挖法施工时，围岩与支护变形有以下规律：
开挖中台阶时，A点和B—B’基线位移会发生突变，中台阶墙部初期支护施作完成后，变形趋于平缓；
开挖下台阶时,A点和C—C’基线位移会发生突变，下台阶墙部初期支护施作完成后，变形趋于平缓；
开挖隧底时，A点和D—D’基线位移会发生突变，仰拱初期支护施作完成，支护全环闭合后，变形趋于平缓。
位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表要求确定
表位移控制基准
类别
距开挖面1B（U1B）
距开挖面2B（U2B）
距开挖面较远
允许值
65%U0
90%U0
100%U0
B—隧道开挖宽度；
U0—极限相对位移值，可根据隧道的开挖宽度、埋深，按照不同的围岩等级，参照《铁路隧道监控量测技术规程》或通过工程类比确定。
根据位移控制基准，可按表分为三个管理等级。
表位移管理等级
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
Ⅲ
U＜U1B/3
U＜U2B/3
Ⅱ
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
Ⅰ
U＞2U1B/3
U＞2U2B/3
U—实测位移值；
隧道位移管理应符合表的规定。
表变形管理
工程对策
正常施工
采取工程对策。
包括加强超前支护等，缩短台阶开挖长度，调整初期支护强度、刚度等，同时加强监控量测
停止开挖。
加强初期支护，加强监控量测
4黄土隧道三台阶七步开挖法施工控制要点
隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统。
洞顶及洞口排水沟应铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。
三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。
工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。
1初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右；
2仰拱应超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30～40m。
铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。
3二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长度，但不得大于50m。
在满足作业空间和台阶稳定的前提下，应尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。
三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，根据围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度不得超过；
开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。
严格按设计要求施作超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。
隧道周边部位应预留30cm人工开挖，其余部位宜采用机械开挖，局部需要爆破时，必须采用弱爆破，不得超挖。
施工时应严格控制装药量，减少对围岩的扰动。
中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为2～3m。
锁脚锚杆（管）对三台阶七步开挖法施工安全至关重要，可防止钢架拱脚向洞内位移和下沉。
钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设。
钢架应架设在坚实基面上，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚碴回填。
钢架应与锁脚锚杆（管）焊接牢固。
隧道超挖部位必须回填密实，严禁初期支护背后存在空洞。
必要时初期支护背后应进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。
施工过程中可采用增加拱（墙）脚锁脚锚杆（管）、增设钢架拱（墙）脚部位纵向连接筋、扩大拱（墙）脚初期支护基础及增设拱（墙）脚槽钢垫板等增强拱（墙）脚承载力等措施控制变形。
应加强监控量测工作，根据量测结果，及时调整支护参数，确定二次衬砌施作时间，进行信息化施工管理。
应完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。
当地层含水量大时，上台阶开挖工作面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部或两侧排水沟排出洞外。
必要时应配合井点降水等措施，降低地下水位至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。
反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。
隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职业健康及安全标准。
5施工组织管理
劳动组织
黄土隧道施工技术复杂，且受地质条件变化的影响大，施工中除采用先进的施工技术和配套的机械化设备外，还应加强施工组织与管理，实现正常循环，才能确保施工生产安全、快速进行。
施工人员必须经培训合格后方可上岗，特殊工种应持证上岗，黄土隧道三台阶七步开挖法单作业面施工一般需要95人左右，并保持相对稳定，人员分配和调整应按不同工种配齐、配足。
黄土隧道三台阶七步开挖法单作业面施工作业人员配备见表，可根据施工现场情况及时调整。
表黄土隧道三台阶七步开挖法单作业面单循环施工作业人员配备表
作业项目
作业内容
人数
开挖
（27人）
工班长
上导坑
风镐手
普工
中导坑
下导坑
挖掘机司机
装载机司机
出渣车司机
初期支护
（37人）
风枪工
钢筋工（钢架、锚杆、网片安装）
17
喷射手
普工（喷射砼上料）
12
仰拱
钢筋工
11
焊工
排水工（防水板、止水带及盲管安装）
6
混凝土工
二衬
（33人）
风水电保障班
（9）
空压机司机
电工
其他保障人员
架子队现场管理人员
（11人）
架子队队长
技术负责人
技术员
试验员
质检员
材料员
安全员
测量员
备注：
开挖班与初期支护班、仰拱与二衬班部分作业人员交叉作业。
合计
95
施工机具应根据隧道实施性施工组织设计要求，配备污染低、能耗小、效率高的机具。
单作业面施工机具配备参见表，可根据施工现场情况及时调整。
表单作业面施工机具配备
机具设备名称
规格型号
单位
数量
电动压风机
20m3/min
台
高压供风
双液注浆机
4m3/h
注浆
风镐
G10
8
开挖修边
风动凿岩机
YT-28
15
系统锚杆、超前支护、局部爆破钻眼
挖掘机
CAT320C
开挖、装碴
自卸车
15t
辆
出碴
装载机
小松WA470
装碴
抽水机
SQ100-60
备用排水
钢筋切断机
QJ40—1
加工钢筋
钢筋折弯机
40
电焊机
BX—300
加工钢架、格栅及
其他钢构件
BX—400
加工钢构件
台式钻床
SP-25A
搅拌机
JS500
拌合混凝土
湿喷机
TK961
喷射混凝土
量测仪器
全站仪
索佳SET2130R
水准仪
PENTAXAP-128
铟钢尺
个
通风
通风机
2×
110kw
6超前地质预报
根据黄土隧道地质较均匀的实际情况，施工采用超前小导管打设时探明前方3～5m范围的地质情况，用地质素描进行开挖前方～的超前地质预报，两种相结合即可指导黄土隧道施工。
7应急预案
施工前进行危险目标的确定及危险性评估，编制应急预案，成立应急抢险组织机构，备足应急物资，组织应急演练。
当出现变形过大、坍塌等紧急情况时，立即启动应急响应机制，投入抢险。
1、应急物资储备
施工现场应备足以下应急物资：
⑴圆木、工字钢、木板、填塞短木；
⑵钢架、锚杆、钢筋网；
⑶应急灯、木工锯、大锤、撬棍等；
⑷消防器材；
⑸草袋等。
2、应急设备
⑴发电机、空压机、电焊机、气焊设备、水泵、喷射混凝土设备、电话、担架；
⑵挖掘机、装载机各5台，运输车10辆；
⑶指挥车1辆。
3、紧急情况响应措施
⑴开裂变形应急措施
当洞内拱顶沉降或洞顶地表沉降过大时，初期支护发生开裂变形，可采取如下治理措施：
a、开挖作业面距初支仰拱闭合不大于20m，二衬跟进至40m以内，即开挖、支护、衬砌近于单工序作业的状态。
b、根据地表监测和围岩量测结果，进一步调整修正支护参数和预留沉降量，防止过度沉降造成初支侵限。
c、将黄土围岩级别降低一级，从设计上加强初支和二衬的强度和刚度，防止开裂，减小沉降。
d、在原设计的基础上，进一步采取大拱脚，加密超前支护、增加纵向连接筋、增加锁脚锚杆等措施。
⑵坍塌事故应急措施
有下述现象发生时，迅
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