1、三臺階七步開挖法l 總 則1.0.1 為保證鐵路大斷面隧道施工安全和質量，規范開挖作業程序，加強過程控制，提高施工進度，制定本作業指南。1.0.2鐵路大斷面隧道三臺階七步開挖法(以下簡稱“三臺階七步開挖法”)是以弧形導坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階七個開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開、平行推進的隧道施工方法。1.0.3三臺階七步開挖法適用于開挖斷面為100180 m。，具備一定自穩條件的、V級圍巖地段隧道的施工。1.0.4三臺階七步開挖法具有下列技術特點： 1施工空間大，方便機械化施工，可以多作業面平行作業。部分軟巖或土質地段可以采用挖掘機直接開挖，工效較高。 2在地質

2、條件發生變化時，便于靈活、及時地轉換施工工序，調整施工方法。 3適應不同跨度和多種斷面形式，初期支護工序操作便捷。 4在臺階法開挖的基礎上，預留核心土，左右錯開開挖，利于開挖工作面穩定。 5當圍巖變形較大或突變時，在保證安全和滿足凈空要求的前提下，可盡快調整閉合時間。1.0.5采用三臺階七步開挖法施工應盡量縮短臺階長度，確保初期支護盡快閉合成環，仰拱和拱墻襯砌及時跟進，盡早形成穩定的支護體系。1.0.6采用三臺階七步開挖法進行大斷面隧道施工除應符合本作業指南要求外，尚應符合國家現行的有關強制性標準的規定。2 施工準備2.0.1施工調查前應查閱設計文件和資料，制定調查提綱。施工調查內容應包括工程

3、概況、施工條件、地形地質及其他與工程相關內容。調查結束后應編寫施工調查報告。2.0.2施工調查后應結合三臺階七步開挖法的特點，按照建設項目的規模和工期要求，有針對性地編制實施性施工組織設計和施工作業指導書。2.0.3 采用三臺階七步開挖法施工的隧道，應進行施工技術交底，作業人員應進行崗前培訓和安全教育，特殊工種的作業人員應持證上崗。2.0.4施工機械配備應滿足正常施工要求。實施中，可根據施工進度要求分期、分批組織上場。2.0.5 隧道施工機械配套應針對隧道大斷面的特點，以實現機械化均衡生產為目標，配套的生產能力應為均衡施工能力的1215倍。3 施工工藝3.1 施工工藝流程3.1.1 三臺階七步

4、開挖法可分為以下主要步驟： l 上部弧形導坑環向開挖，施做拱部初期支護； 2中、下臺階左右錯開開挖，施做墻部初期支護： 3 中心預留核心土開挖、隧底開挖，施做隧底初期支護。每部開挖后均應及時支護，隧底初期支護后應及時施做仰拱，盡早封閉成環。3.1.2三臺階七步開挖法的施工工藝流程見圖312。圍巖穩定性評判、修正支護參數監控量測超前支護上部弧形導坑開挖，施作初期支護斷面檢查左右側錯開開挖中臺階，施作初期支護左右側錯開開挖下臺階，施作初期支護開挖上、中、下臺階預留核心土分段開挖隧底，施作初期支護施作仰拱施作仰拱填充圖3.1.2三臺階七步開挖法施工工藝流程3.2 施工作業3.2.1采用三臺階七步開挖

5、法施工的隧道，應將超前地質預報納入施工工序，并根據工程水文地質變化情況，及時調整各部臺階長度或施工方法，采取相應的技術措施，及早封閉成環，保證施工安全。3.2.2采用三臺階七步開挖法施工的隧道，應根據工程水文地質條件，按設計要求做好超前支護，防止圍巖松弛，保證隧道開挖安全。在斷層、破碎帶、淺埋段等自穩性較差或富水地層中，超前支護應按設計要求進行加強。3.2.3 三臺階七步開挖法施工應符合下列要求： 1 以機械開挖為主，必要時輔以弱爆破； 2弧形導坑應沿開挖輪廓線環向開挖，預留核心土，開挖后及時支護； 3其他分步平行開挖，平行施做初期支護，各分部初期支護銜接緊密，及時封閉成環； 4仰拱緊跟下臺階

6、，及時閉合構成穩固的支護體系； 5施工過程通過監控量測，掌握圍巖和支護的變形情況，及時調整支護參數和預留變形量，保證施工安全； 6完善洞內臨時防排水系統，防止地下水浸泡拱墻腳基礎。3.2.4三臺階七步開挖法施工步驟見圖3.2.4-1，開挖透視圖見3.2.42，施工工序見圖3.2.43。圖3.2.4-1施工步驟圖3.2.42開挖透視圖圖 3.2.4-3施工工序圖施工步驟：第1步，上部弧形導坑開挖：在拱部超前支護后進行，環向開挖上部弧形導坑，預留核心土，核心土長度宜為35米，寬度宜為隧道開挖寬度的1/31/2。開挖循環進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5米，開挖后立即初噴35cm砼。

7、上臺階開挖失跨比應大于0.3，開挖后應及時進行噴、錨、網系統支護，架設鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。第2、3步，左右側中臺階開挖：開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為33.5m，左右側臺階錯開23m，開挖后立即初噴35cm砼，及時進行噴、錨、網系統支護，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。第4、5步，左右側下臺階開挖：開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度

8、一般為33.5m，左右側臺階錯開23m，開挖后立即初噴35cm砼，及時進行噴、錨、網系統支護，接長鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30搭設鎖腳錨桿，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接，復噴砼至設計厚度。第6步，上中下臺階預留核心土：各臺階開挖分別開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧道開挖、支護循環后，及時施作仰拱，仰拱分段長度宜為46m。第7步，隧底開挖：每循環開挖進尺長度宜為23m開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧底開挖、支護循環后，及時施作仰拱，仰拱分段長度宜為46m。3.2.5三臺階七步開挖法的初期支護由噴射混凝土、錨桿（管）、鋼筋網和鋼架等組成，各部分聯合受力。初

9、期支護應在開挖后立即施作，以保護圍巖的自然承載力，其施工工藝流程見開 挖清理巖面初噴混凝土封閉巖面施作系統錨桿，掛鋼筋網安裝鋼架復噴混凝土至設計厚度量測數據分析、反饋圖3.2.5 初期支護施工工藝流程1初噴混凝土封閉巖面： 1)初噴混凝土應在開挖后立即進行。 2)用高壓風自上而下吹凈巖面，埋設控制噴射混凝土厚度的標志釘。 3)工作面滴水或淋水時，宜采用鉆孔埋管做好引排水。大面積潮濕的巖面宜采用粘結性強的混凝土，通過添加外加劑、摻合劑改善混凝土性能，也可采用干噴形式快速封閉滲水巖面。4)噴射混凝土必須滿足設計強度、厚度及其與巖面粘結力要求。5)噴射作業應分段分片依次進行，噴射作業從拱腳或墻腳自下

10、而上進行，作業時應避免上部噴射回彈料虛掩拱(墻)腳；先找平凹洼部分，后噴射凸出部分，各部平順連接。噴頭應與受噴面垂直，噴嘴口至受噴面距離宜保持在1.02.0m，沿水平方向以螺旋形劃圈移動。2系統錨桿(管)、鋼筋網施做應符合下列要求： 1)初噴混凝土后應及時施做錨桿，錨桿必須設置墊板。巖石隧道拱部系統錨桿必須帶排氣裝置，采取沿錨桿孔進漿的施工工藝；黃土隧道系統錨桿按設計要求選用。 2)鋼筋網可采用為8 mm或6 mm的HPB235鋼制作，網格尺寸宜采用20 cm20 cm25 cm25 cm，搭接長度應為12個網格，網片間采用焊接方式連接。 3)鋼筋網隨受噴面起伏鋪設，其間隙不應大于3 cm，鋼

11、筋網應與錨桿、鋼架連接牢固，且鋼筋保護層厚度不應小于4 cm。3安裝鋼架應符合下列要求： 1)拱部單元安裝工序：放樣確定鋼架基腳位置一施做定位錨桿一架設鋼架一布設縱向連接筋。 2)墻部單元安裝工序：墻腳部位鋪設槽鋼墊板一施做定位錨桿一對應拱部單元架設墻部鋼架單元一布設縱向連接筋。拱、墻部鋼架單元宜采用栓接的方式連接。 3)加強鋼架拱(墻)腳鎖腳錨桿(管)施工，各臺階每單元鋼架拱(墻)腳以上30 cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30。打設4根或4根以上鎖腳錨桿(管)，鎖腳錨桿(管)與鋼架牢固焊接，鎖腳錨桿直徑不應小于22 mm，鎖腳錨管直徑不應小于42 mm，長度不得小于35 m，以控制基腳

12、變形。 4)施工注意事項及要求： 鋼架拱(墻)腳應架設在穩固的基巖上或底部鋪墊槽鋼，以保證鋼架基礎穩固。安裝前應清除基腳下的虛渣、虛土及雜物。 鋼架安裝允許偏差：鋼架間距、橫向位置和高程與設計位置的偏差不超過5 cm，垂直度允許偏差為2。 鋼架應與縱向連接筋、鎖腳錨桿焊接牢固，以增強鋼架的整體穩定性。 鎖腳錨桿施工應作為施工質量控制的重點，鎖腳錨桿尾部宜加工成“L”形。鋼架連接板應采用栓接牢固連接。 鋼架和初噴混凝土間有較大間隙時，每隔2 m應采用騎馬或楔形墊塊頂緊；鋼架與圍巖的間隙不應大于5 cm。 4 噴射混凝土厚度應符合設計要求，二次復噴混凝土應分層噴射，每層厚宜為56 cm。噴射混凝土

13、表面應平順，無空鼓、裂縫、酥松，平整度宜采用2 m靠尺檢查，允許偏差為側壁5 cm、拱部7 cm。3.3仰拱施工331 隧底開挖應采用全幅分段施工，上面鋪設仰拱棧橋，每循環開挖長度宜控制在23 m。當仰拱施工滯后下部臺階開挖面3040m時，應停止前方工作面開挖或短距離跳槽進行隧底開挖。短距離跳槽的次數不得多余3次，每次跳槽間隔不得大于10 m。332隧底開挖后，應及時清除虛渣、雜物、泥漿、積水，立即初噴35 cm厚混凝土封閉巖面，按照設計要求安裝仰拱鋼架，復噴射混凝土至設計厚度，使初期支護及時閉合成環。333仰拱應超前拱墻襯砌，每循環澆筑長度宜為46 m，仰拱應采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土

14、應分段全幅澆筑，一次成型，不留縱向施工縫，仰拱施工縫和變形縫應設置止水帶。仰拱表面應平順，不積水。334仰拱填充混凝土應在仰拱混凝土終凝后澆筑，澆筑前應清除仰拱表面的雜物和積水，連續澆筑，一次成型，不留縱向施工縫。填充混凝土強度達到5MPa后允許行人通行，達到設計強度的100后允許車輛通行。仰拱填充表面坡度應符合設計要求，應平順、排水通暢、不積水。34監控量測341監控量測工作必須緊跟開挖、支護作業進行布點和監測，量測數據可運用工程類比法及時分析反饋，必要時應根據分析結果調整支護參數，以保證施工安全。342量測項目可分為必測項目和選測項目。必測項目見表342選測項目可結合工程實際情況，按照鐵路

15、隧道監控量測技術規程的規定選取。表342監控量測必測項目序號檢測項目測量方法和儀表測量精度備注1洞內、外觀察現場觀察，地質羅盤儀2初期支護拱（墻）腳凈空變化采用非接觸無尺量測法，全站儀0.1mm3初期支護拱頂下沉采用非接觸無尺量測法，全站儀0.1mm4地表沉降水準測量的方法，水準儀1mm淺埋隧道（Ho2b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必測 注：Ho為隧道埋深；b為隧道最大開挖寬度。343凈空變化量測測點布置和初讀數的讀取應符合下列規定。測點、測線布置詳見圖343。圖3.4.3 凈空變化測點布置 1 上部弧形導坑開挖并施做拱部初期支護后，布設拱頂下沉測點A和第一條凈空量測基線BB，在36

16、h內取得初讀數； 2 中臺階開挖并施做上部邊墻初期支護后，布設第二條凈空量測基線cC，在36 h內取得初讀數； 3下臺階開挖并施做下部邊墻初期支護后，布設第三條凈空量測基線DD，在36 h內取得初讀數； 4其他量測項目應在開挖后12 h內取得初讀數，最遲不得超過24 h，且在下一循環開挖前完成； 5拱(墻)腳凈空變化、拱頂、地表觀測點應布設在同一斷面，便于分析、比較。344各測點取得初讀數據后，應按照位移速度和量測斷面距開挖面距離選擇量測頻率(見表344)。當出現異常情況時，應加大量測頻率。表344量測頻率位移速度距開挖面距離位移速度（mm/d）側量頻率量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率52次

17、/d(01)B2次/d151次/d(12)B1次/d0.511次/23d(25)B1次/23d0.20.51次/3d5B1次/7d0.21次/7d注：1 B為隧道開挖跨度；2 當按照“位移速度”和“量測斷面距開挖面距離”選擇量測頻率出現較大差異時，宜取量測頻率較高的實施。345量測數據整理及位移一時間變化曲線繪制應符合下列規定： l量測數據整理時，應將原始數據按照大小順序，用頻率分布的形式顯示出一組數據分布情況，進行數據的數字特征計算以及離散數據的取舍。 2繪制位移一時間變化曲線，通過回歸分析預測最終位移值和各階段的位移速率。具體方法如下(如拱頂下沉)： 1)將量測數據輸入計算機系統，繪制位移

18、一時間變化曲 線(Uf曲線)，見圖345； (b)注：為拱頂最大允許位移值。 圖345 位移一時間變化曲線示意2)若uf曲線如圖345(a)所示趨于平緩，通過數據 處理或回歸分析，可推算最終位移值，掌握位移變化 規律；3)若卜曲線出現類似圖345(b)所示情況，變形有 加快發展趨勢，表明圍巖和支護處于不穩定狀態，應 停止前方開挖面掘進，加強支護。 3一般情況下，采用三臺階七步開挖法施工時，圍巖與支護變形有以下規律：開挖中臺階時，A點和BB基線位移會發生突變，中臺階墻部初期支護施做完成后，變形趨于平緩；開挖下臺階時，A點和cc基線位移會發生突變，下臺階墻部初期支護施做完成后，變形趨于平緩；開挖隧

19、底時，A點和DD基線位移會發生突變，仰拱初期支護施做完成，支護全環閉合后，變形趨于平緩。346 位移控制基準應根據測點距開挖面的距離，由初期支護極限相對位移按表346要求確定。表346位移控制基準類別距開挖面1B（U1B）距開挖面2B（U2B）距開挖面較遠允許值65%Uo90%Uo100%Uo 注: 1 B為隧道開挖寬度；2 Uo為極限相對位移值，可根據隧道的開挖寬度、埋深，按照不同的圍巖等級，參照鐵路隧道監控量測技術規程或通過工程類比確定。347根據位移控制基準，可按表347分為三個管理等級。表347 位移管理等級管理等級距開挖面l曰距開挖面2BUUlB3u U2B3U1B3U2，1B3U2

20、B3U2U1B3u2B3注：U 為實測位移值。348隧道位移管理應符合表348的規定。表348變形管理管理等級工 程 對 策正常施工采取工程對策，包括加強超前支護等，縮短臺階開挖長度，調整初期支護強度、剛度等，同時加強監控量測I停止開挖，加強初期支護，加強監控量測4施工控制要點401 隧道進洞前應做好洞頂及洞口防排水系統。洞頂及洞口排水溝應鋪砌，用砂漿抹面，防止地表水及施工用水下滲，影響結構安全。4O2三臺階七步開挖法施工應做好工序銜接。工序安排應緊湊，盡量減少圍巖暴露時間，避免因長時間暴露引起圍巖失穩。 1初期支護應及時封閉成環，全斷面初期支護閉合時間宜控制在15d左右，有條件時應盡量縮短閉合時間； 2仰拱應超前施做，仰拱距上臺階開挖工作面宜控制在3040 m，鋪設防水板、二次襯砌等后續工作應及時進行； 3二次襯砌距仰拱宜保持2倍以上襯砌循環作業長度，但不得大于50m。403在滿足作業空間和臺階穩定的前提下，應盡量縮短臺階長度，核心土長度應控制在35 m，寬度宜為隧道開挖寬度的l3l2。404三臺階七步開挖法施工應嚴格控制開挖長度，根據圍巖地質情況，合理確定循環進尺，每次開挖長度不得超過15 m；開挖后立即初噴35 em混凝土，以減少圍巖暴露時間。405嚴格按設計要求施做超前支護，控制好超前支護外插角，嚴格按注漿工藝加固地