三台阶七步开挖法在隧道进洞施工中的应用

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1、三台阶七步开挖法在隧道进洞施工中的应用王鹏飞（中铁十四局集团第二工程有限公司，山东泰安271000）【摘要】以潮（州）惠（州）高速公路莲花山2号隧道为背景，结合工程现场实际，对隧道开挖后的围岩判断及监控量测情况，通过辅助施工措施及监控手段对原设计的施工方法进行改进，从而达到节约成本加快进度的目的，并总结经验指导现场施工。.jyqk（左线长5140m，右线长5108m）。主洞最大开挖跨度为17.65m，最大开挖面积为169.2m2。进洞初期主要以Ⅴ级围岩为主，原设计采用双侧壁导坑法进洞。隧道区属新华夏系东亚第二个隆起褶皱带南段粤东沿海地区

2、与南岭东西复杂构造带南缘交接复合部位。区内各类构造横斜展露，形迹较为明显。主要发育北东向构造形迹，北东向断裂带控制地形地貌，是隆起和拗陷的分界线。隧道区地表水不发育，隧址区未见湖泊、水库等大型地表水体发育，仅冲沟地段雨季雨水汇集可产生的暂时性水流，莲花山2号隧道主要发育有12条季节性溪流，沟面宽约1.0～3.8m，勘察期间水面宽约0.2～1.2m，水深0.2～0.4m最大洪水水位约0.3～1.5m。水位暴涨暴落。雨水下渗为地下水主要补给。1.2工程地质及水文条件该隧道区属丘陵地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程118m～695m，最大

3、高差578m。山体自然坡度20°～35°，植被较发育。进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。隧道区潮州端洞口附近仅有狭窄山路通过，惠州端洞口有简易道路通过，交通条件较差。出口右洞进洞初期围岩主要粉质黏土、强风化熔结凝灰岩及中风化熔结凝灰岩。粉质黏土受雨水浸泡易软化，抗雨水冲刷能力差，强风化熔结凝灰岩大部分破坏，节理裂隙发育，岩体呈碎裂结构，岩质较软，岩体破碎，自稳能力差。2施工工法选择2.1超前地质预报隧道进洞施工前，首先对隧道进行超前地质预报，采用地质雷达及超前水平钻孔等手段，及时掌握掌子面地质情况，为制定相应的控制措施提

4、供依据。（１）掌子面情况：根据揭露的围岩判断：掌子面大部分为中风化为熔结凝灰岩，局部夹强风化熔结凝灰岩，围岩节理发育，岩石为块状结构、坚硬，根据已开挖的边仰坡情况，围岩稳定性较好。因洞口段处于冲沟地段，掌子面中部有较多裂隙水。另根据超前水平钻孔取芯情况也可看出，围岩总体上整体性较好，强度较高。掌子面基本情况如图1所示。（2）雷达数据分析：根据雷达的现场测试数据，采用RADAN雷达处理分析系统软件进行分析，经过滤波、增益及其他工具的处理，得到掌子面前方雷达波形如图2所示。根据地质雷达数据分析，莲花山2号隧道出口右洞K205+430～K20

5、5+427段存在破碎小夹层，K205+410～K205+407段局部电磁波传播频率有所降低，推断该段围岩局部整体性有所变差，但总体上围岩整体性较好。2.2方案对比与选择2.2.1施工方法的综合比较（１）双侧壁导坑法适用于Ⅴ级围岩浅埋及软质岩段，其精义在于化大断面为若干小断面开挖，能够做到及时封闭、安全可靠，因需要拆除临时支护，更适合于土质隧道，对于土石混合需要弱爆破的Ⅳ、Ⅴ级山岭隧道并不十分适用。（２）三台阶七步法开挖法是在台阶法和环形开挖法综合的基础上发展起来的，兼容了二者的优点，通过预留核心土对掌子面提供反压作用，且又可作为支护的作

6、业平台，不需要专门台架，对防止边墙局部坍塌更有利。施工方法综合比较见表1。2.2.2结论及建议超前地质预报段落未见不良地质体，总体上围岩整体性较好，岩石主要为中风化，较坚硬，含裂隙水，围岩工程地质条件比设计的Ⅴ级稍好。因掌子面前方28m范围内围岩整体性较好，岩石坚硬，自稳性好，考虑如果开挖断面小则爆破的夹制性较大，因此，在考虑施工方案时建议适当加大开挖断面，以提高爆破效果；另一方面，由于掌子面左侧仰坡较高，施工时必须注意锁脚锚杆质量及超挖回填质量，确保左侧山体稳定。在施工过程中，施工单位考虑到自身施工工班比较熟悉三台阶施工工法，且该工法

7、比较成熟，经过业主单位、监理单位、设计院及施工单位四方会审，将原设计双侧壁导坑法变更为三台阶七步开挖法，但要求加强监控量测，做好应急预案。3进洞施工工艺3.1洞口边仰坡及排水系统处理洞口边仰坡开挖前，在洞口边仰坡开口线范围以外5m砌筑截水沟，并保证水沟截面符合设计要求。根据洞口边仰坡坡率、平台宽度、明暗洞交界点、边仰坡起坡点设计高程及宽度，同时结合现场地形情况，进行洞口边、仰坡开口测量放样，开挖时应随时检查边坡和仰坡坡率和坡体稳定。3.2长管棚施作超前长管棚采用节长3m、6mФ108×6mm无缝钢管，环向间距40cm，丝扣连接。钢管设置

8、于衬砌拱部，洞口段纵向设置2m套拱，厚70cm，套拱内预埋Ф133×4mm导向管。长管棚沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%。3.3三台阶七步开挖法施工工艺三台阶七步开挖法分上台阶、中台阶内侧、中台阶外