三台阶七步预留核心土工法.docx

1、三台阶七步预留核心土工法黄土隧道三台阶七步预留核心土开挖法工法2010-8山西中南部铁路通道公司筹备组i总贝y1.0.1为保证黄土隧道施工安全和质量，规范开挖作业程序，加强过程控制，提 高施工进度，制定本工法。1.0.2 黄土隧道三台阶七步流水开挖法根据围岩状况可分为三台阶预留核心土法、三台阶上导坑预留核心土法和三台阶不留核心土三种方法。本资料重点介绍三台 阶七步预留核心土开挖法（以下简称“三台阶七步开挖法” ），本工法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，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。1.0.3 三台阶七步开挖法适用于开挖断面为 1

2、00180吊，具备一定自稳条件的W、V级围岩地段隧道的施工。、V级围岩地质主要有黄土、强风化岩层等，不适用条 件有围岩地质为流塑状态、洞口浅埋偏压段（但经过反压处理或施做超前大管棚后可 采用）。1.0.4 三台阶七步开挖法具有下列技术特点1施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地 段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。2在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。3适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。4在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。5当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快

3、调 整闭合时间。6三台阶七步开挖法规避了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除 临时支护及受力转换造成不安全的因素，并能及时调整闭合时间，方便机械化施工， 利于施工工序转换。1.0.5采用三台阶七步开挖法施工应尽量缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护体系。1.0.6 采用三台阶七步开挖法进行黄土隧道施工除应符合本指南要求外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。2 施工准备2.0.1 施工调查前应查阅设计文件和资料，制定调查提纲。施工调查内容应包括 工程概况、施工条件、地形地质及其他与工程相关内容。调查结束后应编写施工调查 报告。2.0.2 施工

4、调查后应结合三台阶七步开挖法的特点，按照建设项目的规模和工期要求，有针对性地编制实施性施工组织设计和施工作业指导书。2.0.3 采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应进行施工技术交底，作业人员应进行岗前培训和安全教育，从事特殊工种的作业人员应持证上岗。2.0.4 施工机械配备应满足正常施工要求。实施中，可根据施工进度要求分期、分批组织上场。2.0.5 隧道施工机械配套应针对隧道大断面的特点，以实现机械化均衡生产为目标，配套的生产能力应为均衡施工能力的 1.21.5倍。3施工工艺3.1施工工艺流程3.1.1三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：1上部弧形导坑环向开挖，施作拱部初期支护；2中、下台阶左右

5、错开开挖，施作墙部初期支护；3中心预留核心土开挖，隧底开挖，施作隧底初期支护。每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施作仰拱，尽早封闭成环。3.1.2三台阶七步开挖法的施工工艺流程见图 3.1.2 。图3.1.2 三台阶七步开挖法施工流程3.2施工作业321 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。3.2.2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

6、稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。3.2.3三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。3.2.4三台阶七步开挖法施工步骤见图 3.2.4-1，开挖透视图见324-2，施工工 序见图3.2.4-3所示。第1步，上部弧

7、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35m（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1/31/2 （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 1.5 （开挖进尺要求不得大于1.5m，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35cm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0.3 （是指拱部开挖高度与开挖跨度比值应大于 0.3。根据以往

8、隧道施工经验，当矢跨 比大于0.3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1.5 m开挖高度一般为33.5m,左、右侧台阶错开23m，开挖后立即初 喷35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4、5步，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应

9、根据初期支护钢架间距确定，最大 不得超过1.5 m开挖高度一般为33.5m,左、右侧台阶错开23m开挖后立即初 喷35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 23m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 46m核心土注：1、 上台阶开挖高度不小于上台阶开挖跨度的 0.3倍， 一般为3

10、.04.0m。2、 中、下台阶开挖高度为隧道总开挖高度（不含仰拱） 减去上台阶开挖高度后平均分配，一般为 3.03.5m3、 上台阶核心土长度（隧道纵向）3.05.0m,高度1.5 2.5m,宽度为上台阶开挖跨度的1/31/2。3m-5m626栈桥3m3m4 m6m仰拱56-173rr5m3m3m3m3m1525m4rr6m3044 : 56-26-3仰拱填充图3.2.4-1 开挖步骤图施工步骤: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 ；

11、第7步：开挖隧底并施作仰拱初期支护封闭成环。图324-2 开挖透视图超前支护施工工序正面示意图施工工序纵断面示意图图324-3 施工工序图325 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 3.2.5 o图3.2.5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

12、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1.02.0m,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 8或 6的HPB235钢制作，网格尺寸宜采用20cmK 20c叶 25

13、cmK 25cm搭接长度应为12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一施作定位锚杆一架设钢架一布设纵向连接筋。2） 墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板f施作定位锚杆f对应拱部单元架设墙部钢架单元一布设纵向连接筋。 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

14、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土5cm垂直度允许偏差为土 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

15、形垫块顶紧； 钢架与围岩的间隙不应大于5cm4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56cm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7cm3.3黄土隧道仰拱施工3.3.1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23m当仰拱施工滞后下部台阶开挖面 3040m时，应停止前方工作面开挖或短 距离跳槽进行隧底开挖。332 隧底开挖后，应及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷 35cm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。3.3.3仰拱应

16、超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为 46m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。3.3.4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 5MPe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。3.3.5仰拱距开挖掌子面应控制在 30m40m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

17、控制在2030m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。3.4监控量测3.4.1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。3.4.2量测项目可分为必测项目和选测项目，必测项目见表 3.4.2，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3.4.2 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1洞内、外观察现场观察，地质罗盘仪2初期支护拱（墙）脚净空变化采用非接触无尺量测法，全站仪0.

18、1mm3初期支护拱顶下沉采用非接触无尺量测法，全站仪0.1mm4地表沉降水准测量的方法，水准仪1mm浅埋隧道（HW 2b）、 洞口段、下穿咼速公 路（建筑物）段必测注：隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。343 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3.4.3 。A拱顶观测点CD图3.4.3 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36h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36h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

19、D D,在36h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。3.4.4 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3.4.4 ）。当出现异常情况时，应加大量测频率。表344 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）量测频率 52次/d（0 1） B2次/d151次/d（1 2） B1次/d0.5 11次/23d（2 5） B1次/23d0.2 0.51 次 /3d 5B1 次 /7dV

20、 0.21 次 /7d注：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。3.4.5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3.4.5；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

21、 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；U（mm） 电 U（mm）图3.4.5 位移一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。346 位移控制基准应根

22、据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表 346要求确定表3.4.6 位移控制基准类另y距开挖面1B ( Ub)距开挖面2B ( Ub)距开挖面较远允许值65%U90%U100%U注：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。347 根据位移控制基准，可按表347分为三个管理等级。表4.5.4 位移管理等级管理等级距开挖面1B距开挖面2B出U Ub/3U U2b/3nUb/3 w U 2Ub/3L2b/3 w U 2Uib/3U 2UW3注：U实测位移值；3.4.8 隧道位移管理应符合表3.4.8

23、的规定表3.4.8 变形管理管理等级工程对策出正常施工n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I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4.0.1 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。4.0.2 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 3040m铺

24、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 50m4.0.3 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35m宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2。4.0.4 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1.5m；开挖后立即初喷35cm混凝土，以减少围 岩暴露时间。4.0.5 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。4.0.6 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，

25、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。4.0.7 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 23m4.0.8 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。4.0.9 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。4.0.10 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

26、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。4.0.11 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。4.0.12 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。4.0.13 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

27、管理5.0.1 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 5.0.1，可根据施工现场情况及时调整。表5.0.1 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序号作业项目作业内容人数1开挖（27 人）工班长1上导坑风镐手4普工5中

28、导坑风镐手2普工4下导坑风镐手2普工4挖掘机司机1装载机司机1出渣车司机32初期支护 （37 人）工班长1风枪工4钢筋工（钢架、锚杆、网片安装）17喷射手3普工（喷射砼上料）123仰拱 （27 人）工班长1钢筋工11焊工3排水工（防水板、止水带及盲管安装）6混凝土工64二衬 （33 人）工班长1钢筋工11焊工3排水工（防水板、止水带及盲管安装）6混凝土工125风水电保障班（9）空压机司机1电工1其他保障人员76架子队现场管 理人员（11 人）架子队队长1技术负责人1技术员1试验员1质检员1材料员1安全员1测量员4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 955.0.2

29、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、效率咼的机具。5.0.3 单作业面施工机具配备参见表5.0.3，可根据施工现场情况及时调整。表5.0.3 单作业面施工机具配备序 号作业项目机具设备名称规格型号单位数量备注1开挖电动压风机20m/min台4高压供风双液注浆机4mi/h台2注浆风镐G10台8开挖修边风动凿岩机YT-28台15系统锚杆、超前支 护、局部爆破钻眼挖掘机CAT320C台1开挖、装碴自卸车15t辆6出碴装载机小松WA470辆2装碴抽水机SQ100-60台4备用排水2初期支护:钢筋切断机 :QJ40-1台1加工钢筋钢筋折弯机40台1加工钢筋电焊机B 300台5加工钢架、格栅及 其他钢构件电焊机B 400台2加工钢构件台式钻床SP-25A台1加工钢构件r搅拌机JS500台2拌合混凝土湿喷机TK961台4喷射混凝土3量测仪器全站仪索佳 SET2130R台1水准仪PENTAXAP-128台