1、軟弱圍巖隧道三臺階開挖工法施工要點中鐵十七局集團MHTJ-4標項目經理部二零一五年十一月十九日目 錄一、工程概況1二、施工工藝2三、監控量測6四、臺階法隧道施工控制要點11五、臺階法噴射砼施工13六、其他主要工序13- 15 -隧道三臺階開挖工法施工要點一、工程概況MHTJ-4標段包括隧道10座，分別為薛家畔1號隧道、薛家畔2號隧道、陽城隧道、青陽隧道、紅石灣隧道、武家坡隧道、新窯隧道、銀山1號隧道、銀山2號隧道、銀山3號隧道。隧道全長23938.68m，其中包括級圍巖2925m，級圍巖13213m，級圍巖7602.2m，明洞及洞門198.48m，、圍巖占86，95%。根據蒙華公司關于確保隧道

2、質量安全的指導意見（蒙華工技201573號文）、蒙陜指揮部關于加強隧道質量安全和技術管理的通知（蒙華工技201524號文）及蒙陜指揮部2015年10月13日下發的關于加強技術管理工作的通知要求，結合設計圖紙要求，、級圍巖均采用三臺階法開挖，且要求拱初支緊跟下臺階，距掌子面距離不大于2倍洞徑。仰拱實行長段落施工，每次澆筑長度不小于24m。為滿足以上要求，我標段認真研究了蒙華四標隧道地質情況、圍巖等級、支護參數等情況，優化了三臺階開挖工法流程，明確了各臺階高度、長度、施工順序、施工方法等，該開挖方法操作簡單，速度快，效率高，能保證初支及時封閉成環。二、施工工藝該工法運用新奧法原理，貫徹“管超前、嚴

3、注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的軟弱圍巖隧道施工十八字方針，能達到“控制變形、防止坍方”的要求。該工法適用于蒙華四標、級及以上軟弱圍巖隧道正洞的開挖施工。并根據實際揭示的圍巖是砂質新黃土，老黃土，粉細砂、砂巖等不同情況對臺階長度、高度、初支封閉距離進行調整。上臺階開挖采用機械配合人工進行，開挖方式為弧形導坑預留核心土，開挖順序先兩側后拱部，核心土根據圍巖情況預留，對圍巖較好直立不塌時可不留。中、下臺階采用機械開挖、人工修整方法，開挖順序從上往下進行。仰拱開挖采用分段整幅開挖方式，一次開挖2至3榀（無拱架段一次開挖不大于3米），開挖一段支護一段，保證初緊跟下臺階，距掌子面不大于2倍洞徑。

4、1、工藝流程三臺階開挖法可分為以下主要步驟： 上部導坑環向開挖，施作拱部初期支護； 中、下臺階左右錯開開挖，施作墻部初期支護； 中心預留核心土開挖，隧底開挖，施作隧底初期支護。每部開挖后均應及時支護，隧底初期支護仰拱及時封閉成環，施工按2倍徑控制。具體工藝流程圖見圖1：三臺階開挖工藝流程圖。圖1 三臺階施工工藝流程2、施工作業說明 根據隧道的水文地質條件，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。 弧形導坑應沿開挖輪廓線環向開挖，預留核心土，以人工和機械開挖結合進行，機械開挖后周邊預留30cm周邊土進行

5、人工開挖，開挖后及時支護；其它分步平行開挖，平行施作初期支護，各分部初期支護銜接緊密，及時封閉成環；仰拱緊跟下臺階，及時閉合構成穩固的支護體系。 施工過程通過監控量測，掌握圍巖和支護的變形情況，及時指導調整支護參數和預留變形量，保證施工安全； 三臺階開挖法施工步驟見下圖2：三臺階開挖工序圖。圖2 三臺階開挖工序圖A.上部導坑開挖：利用上一循環架立的剛架施作拱部42超前小導管；挖掘機開挖1部，人工配合整修周邊斷面，開挖循環進尺應根據初期支護鋼架間距確定，級圍巖2榀拱架，級圍巖1榀拱架,預留核心土，核心土長度宜為23m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/31/2,開挖后立即初噴35cm厚度混凝土。上臺階開

6、挖高度為3.5m（根據各級圍巖設計拱架單元確定）,長度為34m，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45°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，鋼架基礎墊設墊板,復噴混凝土至設計厚度。B.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，每次開挖2榀拱架，中臺階開挖高度一般為4.1m（根據各級圍巖拱架單元確定），長為1011m，左、右側臺階錯開，開挖后立即初噴35cm厚度混凝土，及時進行噴、錨、網系統支護，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角45°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢

7、固焊接，鋼架基礎墊設墊板,復噴混凝土至設計厚度。C.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，每次開挖不超過2榀拱架，開挖高度一般為2.8m（根據各級圍巖拱架單元劃分確定），長度為79m，左、右側臺階錯開，開挖后立即初噴35cm厚度混凝土，及時進行噴、錨、網系統支護，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°45°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，鋼架基礎墊設槽鋼,復噴混凝土至設計厚度。D.上、中、下臺階預留核心土：各臺階分別開挖預留的核心土，開挖進尺與各臺階循環進尺相一致。E.隧底開挖：每循環開挖長度宜為23榀，開挖后及時施作

8、仰拱初期支護，達到24米后及時施作仰拱。 三臺階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，其施工工藝流程見圖3：初期支護工藝流程圖。圖3 初期支護工藝流程圖3、仰拱填充層施工 隧底開挖采用全幅分段施工，上面鋪設仰拱棧橋，每循環開挖長度宜控制在23榀。 隧底開挖后，及時清除虛碴、雜物、泥漿、積水，立即初噴35cm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。 仰拱澆筑超前拱墻襯砌，與填充層一起澆筑，每循環澆筑長度宜為24m，一次成型，填充混凝土強度達到5MPa后允

9、許行人通行，達到設計強度的100后允許車輛通行。仰拱填充表面坡度符合設計要求，平順、排水通暢、不積水。 三、監控量測1、量測斷面及間距布置對于地表下沉量測，按表1要求進行觀測斷面設置。同一斷面觀測點按照圖4：地表沉降橫向測點布置示意圖要求布置。為掌握各級圍巖位移變化規律，在各級圍巖起始地段增設量測斷面；量測斷面嚴格按照設計要求布置。圖4 地表沉降橫向測點布置示意圖 表1 地表下沉量測測點縱向間距隧道埋深與開挖寬度斷面間距（m）2BH0 2（H+B）20BH0 2B10H0 B5洞內拱頂下沉和水平收斂觀測斷面布置按表2：必測項目量測斷面間距的要求布設。凈空收斂測線布置按表3：凈空收斂測線布置要求

10、設置。同一斷面測點布置見圖5：拱頂下沉量測和水平收斂量測示意圖進行布置。表2 必測項目量測斷面間距圍巖級別斷面間距（m）單雙線正洞單雙車道輔助坑道5102030（軟質巖）50（硬質巖）在特殊地段布設監測斷面備注：1）級圍巖，在不良地質地段（主要指土體、水平層軟質巖等）監測斷面應適當加密。2）級軟質巖主要指：砂巖、片巖、板巖、頁巖、泥質砂巖、砂礫巖、泥灰巖等。3）級硬質圍巖原則上不布設監測斷面，特殊地段根據現場情況布設監測斷面，特殊地段指：掌子面施工時，有掉塊、坍方等的地段；初期支護有開裂、剝落等的地段；需要進行設計調整的段落（進行一定的監測，為動態調整支護參數、施工方法等提供參考，驗證調整效果

11、）；其他需要進行監測的地段。4）各斷面布設間距誤差控制在“斷面間距的10%”以內。表3 凈空收斂量測測線布置 地段開挖方法一般地段特殊地段全斷面法一條水平測線依現場實際而定兩臺階法臺階開挖線上部1.5米處一條水平測線依現場實際而定三臺階法臺階開挖線上部1.5米處各一條水平測線依現場實際而定分部開挖法每分部一條水平測線上部每分部一條水平測線，兩條斜測線，其余分部一條水平測線 （a）全斷面法 （b）兩臺階法（c）三臺階法 （d）分部開挖法圖5 拱頂下沉量測和凈空變形量測示意圖2、量測頻率洞內外觀察每施工循環記錄一次，必要時加大觀察頻率。地表沉降監測一般為1次/天。出現異常情況時，根據現場管理要求，

12、加大監測頻率。在二次襯砌施工通過監測斷面 H0+B距離后（H0為該斷面隧道埋深，B為該斷面隧道開挖寬度），且地表沉降變形時態曲線已經收斂，可停止該斷面監測。拱頂下沉和水平收斂監測一般為1次/天。臺階法施工，下部開挖過程中，頻率為2次/天。出現異常情況時，根據現場管理要求，加大監測頻率。當變形趨于穩定時，監測頻率按下表4進行。表4 變形趨于穩定時的監測頻率 支護狀態平均變形速率持續時間監控頻率初支全環封閉2mm/d3天1次/3天初支全環封閉1mm/d7天1次/7天初支全環封閉1mm/d15天1次/15天在初期支護穩定后，可停止該斷面的監測。初期支護穩定須同時滿足以下條件：初期支護表觀現象正常；拱

13、頂下沉和水平收斂平均變形速率小于1mm/d，且持續1個月以上；變形時態曲線已經收斂。3、量測方法量測點布點與量測要求見下表5，本標段在隧道拱頂下沉和水平收斂量測中采用目前比較先進的無接觸圍巖量測技術。它具有快速、準確、靈活方便等優點。表5 監控量測布點與量測要求表序號量測項目測點布置量測方法及要求儀器1洞內外觀察開挖及支護后進行目測：地質觀察在爆破后初噴前進行，繪制地質素描圖，填寫開挖工作面地質調查記錄表；檢查噴射混凝土有無開裂及發展，錨桿有無松動，鋼架支護狀態等，并做好相應記錄；查看邊仰坡有無開裂、起殼，地表有無裂紋；地表水位有無異常變化。2地表沉降量測隧道洞口進行地表沉降量測，橫斷面方向沿

14、隧道中心及兩側間距25m處設地表下沉測點(測點間距25m)，在隧道中線附近測點應適當加密，同一斷面內應取711點，隧道中線兩側監測范圍不應小于H0+B基準點應設置在隧道施工影響范圍以外穩定處，并設置復核性測點，保證其數據可靠性。采用全站儀三角高程測量或者用精密水準儀進行，沉降測點埋設時先在地表鉆孔，然后埋入沉降測點，外露12cm，四周用混凝土填實。測點一般采用直徑2030mm，長50100cm半圓頭鋼筋制成。精密水準儀、銦瓦尺，全站儀3拱頂下沉和水平收斂監測測點布設應按施工方法區分，全斷面、兩臺階、三臺階按圖3-3行布置，其他特殊地段施工方法的測點布設根據現場實際情況進行布置。測點埋設在鋼架、

15、格柵等初期支護上，并在初支支護后立即埋設。初始讀數應在測點埋設12h內讀取。拱頂下沉測點應埋設在拱頂軸線附近，數值采用絕對高程，周期性復核后視點，保證其數據可靠性。在測點位置用紅色油漆做醒目標識，做好保護措施，防止破壞。如果測點被破壞，應在被破壞測點附近補埋，重新進行數據采集；如果測點出現松動，則應及時加固，重新讀取初讀數。全站儀監控量測結果將作為變更依據，其量測方法有：3.1洞內、外觀察洞內開挖面觀察：開挖工作面觀察應在每次開挖后進行，及時繪制開挖工作面地質素描圖、填寫開挖工作面地質狀況記錄表，并與勘查資料進行對比，此項工作由地質預報單位或專業地質工程師進行整理。洞內已施工地段觀察：噴射混凝

16、土、鋼拱架或格柵鋼架變形等工作狀態。主要觀察內容如下：初期支護完成后對噴層表面的觀察以及裂縫狀況的描述和記錄，要特別注意噴混凝土是否開裂和剝落。鋼拱架或格柵鋼架有無扭曲變形、整體下沉等現象；拱架或圍巖有無異響。洞外觀察重點應在洞口段和洞身淺埋段，記錄地表開裂、地表變形、邊坡及仰坡穩定狀態、地表水滲漏情況等，同時還應對地面建（構）筑物進行觀察。3.2拱頂下沉和水平收斂監測拱頂下沉和水平收斂監測采用全站儀配合反射膜片進行。測點埋設：采用直徑不小于20mm的螺紋鋼，尾端（隧道洞內方向）進行45°斜切形成斜切面或者端部焊接鋼板，斜切面處或鋼板上面粘貼測量專用反射膜片（不小于1cm×

17、1cm）。標識要求：測點布設以后，在測點位置用紅色油漆做醒目標識，每個斷面左右側各布設1個標示牌，及時記錄展示相關信息，監測點上嚴禁懸掛物品。保護要求：測點及時進行布設，并做好保護，防止破壞。現場監測與施工必須緊密配合，施工現場應提供監測工作時間，保證監測工作的正常進行，監測測點的埋設計劃應列入工程施工進度控制計劃中。破壞與松動處理要求：如果測點被破壞，在被破壞測點附近補埋，重新采集數據；如果測點出現松動，則應及時加固，重新讀取初讀數。3.3地表沉降監測地表沉降監測可采用全站儀或精密水準儀進行，沉降測點埋設時先在地表鉆孔，然后埋入沉降測點，外露12cm，四周用混凝土填實。測點一般采用直徑203

18、0mm，長200cm半圓頭鋼筋制成。四、臺階法隧道施工控制要點1、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，并使用鋼筋混凝土鋪砌，防止地表水及施工用水下滲，影響結構安全。2、三臺階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，初期支護應及時封閉成環。3、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23m。4、三臺階法施工應嚴格控制開挖進尺，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一榀拱架間距，開挖后立即初噴35cm混凝土，以減少圍巖暴露時間。5、嚴格按設計要求施作超前支護，控制好超前支護的外插角6

19、、隧道周邊部位應預留30cm人工開挖，其余部位采用機械開挖。7、中、下臺階左、右側開挖應錯開，嚴禁對開。 8、鋼架應嚴格按設計及規范要求加工制作和架設，鋼架應架設在堅實基面上，嚴禁拱（墻）腳懸空或采用虛渣回填，鋼架應與鎖腳錨桿（管）焊接牢固，9、隧道超挖部位必須回填密實，嚴禁初期支護背后存在空洞，必要時初期支護背后應進行充填注漿，保證初期支護與圍巖緊貼。10、施工過程中采用增加拱（墻）腳鎖腳錨管，增設鋼架拱（墻）腳部位縱向連接筋，擴大拱（墻）腳初期支護基礎，及增設拱（墻）腳槽鋼墊板等，增強拱（墻）腳承載力等措施控制變形。11、完善洞內臨時方排水系統，嚴禁積水浸泡拱腳及在施工現場漫流，放置基底承載力降低。12、加強監控量測工作，根據量側結果，及時調整支護參數，確定二次襯砌施作時間，進行信息化施工管理。五、臺階法噴射砼施工1、噴混凝土施工每臺噴射混裝土機械手配備2人，操作機械手1人，上料1人。先對掌子面進行初噴35cm ,然后對型鋼由兩側底腳板處向拱頂依次呈“S” 形噴射，每次噴射厚度：墻部達到型鋼一半左右，拱部為型鋼厚度的1/3時才能向上移動，等下部凝固后再次重復噴射直到