浅述弧形导坑三台阶七步开挖

一、工程概况

延安安塞经志丹至吴起高速公路前山隧道項目，总体呈北东～南西展布，地面标高为1309～1488m，相对高差达179m，地形起伏很大，冲沟发育，梁沟相间，地形破碎。隧道为左右分离式，左线本标段内长度1675m，右线本标段长度1695m，设四处停车加宽带，共160米，开挖断面高10.5m，宽15.2m，开挖断面137.3m3，均为黄土质围岩，围岩节理发育，有少量裂隙渗水，开挖后自稳能力较差。

停车加宽段IV级黄土围岩初期支护参数如下： 二、施工特点

弧形导坑三台阶七步开挖实际上就是弧形导坑开挖和三台阶开挖法相结合的一种新的开挖方法，利用原有人员、机械设备作业，不增加额外资源投入。采用弧形导坑法施工，无操作台架，扩大了上断面核心土预留面积，增强了掌子面围岩的稳定，保证了洞身开挖施工安全。开挖过程中分上、中、下及仰拱四部分，以前后左右七个不同的开挖面相互交错施工，然后分部同时支护，最后形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法。减少加工和拆除大断面施工操作台架时间，也节约了材料，减少了费用投入。中、下台阶施工作业相互前后交错，形成流水作业，不占用总体进度工期。

将台架施工二台阶方法和弧形导坑三台阶七步法进行比较，对比见下表： 三、施工方法

3.1、开挖顺序及工艺流程 3.2、开挖施工技术要点

大断面黄土隧道采用弧型导坑三台阶七步开挖法掘进，施工方法为：采用人工配合挖掘机开挖，上台阶①步开挖进尺为每循环1榀，钢架间距为80cm，开挖高度为4～5m，累计开挖长度约为3～5m，②步核心土滞后3～5m，核心土留设距拱顶1.2～1.5m，核心土开挖时两侧留设马口（即中台阶③、④步的位置先不要挖除，以稳固拱脚围岩），保证两侧拱脚有效支撑，中台阶开挖高度为3m左右，左右两侧（③④步）交错3～5m施工，且尽量避开两侧同时开挖施工作

业；下台阶⑤步滞后中台阶约10～15m，⑥步滞后⑤步3～5m，相互交错施工作业，施工完成后立即回填，以利安全，⑦步紧跟⑤、⑥步施工，开挖完成后立即施做仰拱，每循环开挖控制在6m以内，尽早施工完成仰拱。

3.3、施工步骤 3.3.1、上台阶开挖支护 （1）超前支护

在拱部打设φ50超前小导管，导管参数为：壁厚4mm，长度4.5m，环向间距为40cm，每四榀施打一循环，每循环33根，两循环间有效搭接长度1.3m，外插角7度。每根钢管梅花状打间距为15cm注浆孔，孔径为8～10mm，采用高压注浆。

（2）开挖

采用三台阶七步开挖法，利用挖掘机开挖，人工配合修整，每循环开挖进尺1榀，钢架间距80cm，开挖后人工修边，使围岩超欠挖符合设计及规范要求。

（3）初期支护施工

人工修整完成后，立即初喷2～3cm厚喷射混凝土，初步稳固围岩，安装钢架，钢架间距80cm，上台阶为三单元拼装，避免单元间连接板在拱顶处，各单元之间采用6个M20高强螺栓通过连接钢板连接。钢架拱脚安设C20混凝土托梁，钢架纵向采用φ22钢筋连接，钢筋端头弯曲10cm以上弯成“[”型弯钩，以便与工字钢腹板焊接牢固，钢架安装合格后将超前小导管尾部焊接至钢拱架上。挂设φ8钢筋网片，网眼尺寸为20X20cm，打设系统早强砂浆锚杆，锚杆长度为3.5m，锚杆端部施做“L”型弯钩与工字钢满焊，锚杆为环向间距@120cm与纵向方向交错成梅花状布置。在钢架、钢筋网、锚杆施做完毕经验收合格后立即喷射C20混凝土至设计厚度，完成上台阶的施工，形成承载拱。

3.3.2、中台阶开挖

上台阶开挖掘进5～8m后开挖中台阶，首先开挖上台阶核心土（②步），创造中台阶施工条件，②步开挖时，两侧留设马口，不得一次性全部挖除。中台阶施工时，避免两侧在同一断面上施工，两侧（③、④步）里程错开3米以上，一般在3～5米即可。中台阶由于是单侧开挖，开挖断面较小，每循环可一次性

开挖两榀，喷锚完成后，再施工另一侧中台阶，循环往复施工，始终两侧交错作业。

3.3.3、下台阶

⑤、⑥步滞后中台阶约8～10m开始施工，⑤、⑥步相互交错施工作业3～5m，施工完成后立即将开挖作业坑槽回填，以利初支混凝土的收敛安全。施工具体步骤同中台阶施工。此处不再叙述。

3.3.4、仰拱开挖

⑦步紧跟下台阶施工，⑥步施工完成后，立即组织⑦步的开挖，以尽快施做仰拱，仰拱开挖进尺不宜过长，一般4～6m，开挖完成后及时铺设栈桥浇筑仰拱混凝土。待仰拱混凝土强度满足要求后施做⑧步仰拱填充，保证仰拱至掌子面在安全距离范围内。为掌子面安全施工创造条件。

四、监控量测及变形判定 4.1、监控测量

每10米布设一处量测断面，每断面拱顶1点、拱腰2点。

周边位移和拱顶下沉：1-15天，2次/天；15天-1月，1次/2天；1-3月，1次/7天；以后1次/月。

4.2、变形判定

变形急剧增长阶段：变形速度大于5㎜/d，说明该段已进入不稳定状态，停止掘进，分析变化原因，及时采取相应措施，必要时应进行加强支护。

变形缓慢增长阶段：变形速度5--0.2㎜/d，说明该段处于较稳定状态，可进行施工。

基本稳定状态：变形速度小于0.2㎜/d，时，说明该段已稳定。 五、施工注意事项

实际施工时，可根据围岩的差异情况，对局部滑塌处可适当加密小导管间距，保证拱部开挖围岩不掉快，确保施工安全。

严格控制开挖长度，上台阶严格控制在每循环一榀，中、下台阶为两榀，一方面保证围岩扰动较小，另一方面减少围岩外露时间，保证施工安全。

由于黄土隧道围岩本身承载能力差，且受施工影响因素很大，在拱脚加设混凝土托梁，能够保证二衬施做前围岩的整体下沉量，以控制断面净空符合设计要求。

各步骤分步开挖施工形成流水作业，施工过程中切不可冒进，大断面土质隧道上台阶严格控制循环进尺，必须两侧相互前后错开3米以上。

六、结束语

弧形导坑三步七台阶法扩大了核心土支撑掌子面的面积，增强了掌子面围岩的安全和稳定，提供了一项安全、快速的施工方法，减少台架投入及运输、加工、拆装费用，节约投资和减少人员工费、机械、设备使用费，取得了较好的经济、社会效益，适用于在黄土地区修建的大断面铁路、公路隧道深埋段（Ⅳ、V级围岩）施工，对黄土地区修建的其他地下工程亦有借鉴意义。

参考文献：

1. JTG F60-2009 公路隧道施工技术规范 2. TB10108-2002.铁路隧道喷锚构筑法技术规程