三台阶七步开挖法在软岩土质隧道中的应用

计孝龙

1 工程概况

武咸城际铁路青龙山2号隧道位于武汉市江夏区纸坊街境内，中心里程DK16+227.5，里程范围为DK15+725～DK16+ 730，全长1 005 m，隧道Ⅴ级围岩855 m，Ⅳ级围岩150 m，其中进口轨面设计标高49.942 m，出口轨面设计标高为59.95 m。隧道DK16+207.82至隧道出口段左、右线分别位于R左=7 000m，R右= 6 995.2 m的右偏曲线上。隧道内设置单面上坡，坡度为3‰，隧道内采用带挡肩的平板式无砟轨道，有仰拱隧道内轨道结构高度为700 mm。

进口洞门采用帽檐斜切式隧道门。该隧道大部分通过软岩土质地层，岩石全风化、强风化，岩质软，岩体破碎，浅埋地段多，工程地质条件较差，暗洞设计开挖方法为双侧壁导坑法和三台阶七步开挖法。

地质概况:剥蚀低丘，丘坡下接长江高阶地区，丘坡自然坡度30°左右，植被发育。高阶地平坦开阔，起伏平缓，相对高差100 m左右。

2 技术特点

具有以下技术特点:

1)施工作业面大，有利于机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质可以采用机械直接开挖，工作效率较高;2)根据地质条件的变化，方便调整开挖方式及采取临时支护措施; 3)适用于大跨度软岩土质隧道的开挖，初期支护灵活方便;4)预留核心土有利于掌子面岩体稳定;5)根据围岩量测情况，能够及时对不稳定部位进行初期支护闭合。

3 施工工艺

1)第1步开挖上部弧形导坑: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，核心土长度为3 m～5 m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖环形进尺应根据初期支护钢架间距确定，Ⅴ级围岩不大于1榀钢架间距，Ⅳ级围岩不大于2榀钢架间距，上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后立即初喷4 cm混凝土。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30 cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°和60°两边对称打设4根锁脚锚杆(锁脚钢管)，并采用钢架进行纵向连接，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度;2)第2，3步开挖中台阶:根据设计钢架单元结构，开挖高度一般控制在3.8 m左右，左、右侧台阶错开2 m～3 m，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30 cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°和60°两边对称打设4根锁脚锚杆(锁脚钢管)，并采用钢架进行纵向连接，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度;3)第4，5步开挖下台阶:根据设计钢架单元结构尺寸，开挖高度一般控制在3.7 m左右，左、右侧台阶错开2 m～3 m，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30 cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°和60°两边对称打设4根锁脚锚杆(锁脚钢管)，并采用钢架进行纵向连接，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度;4)分别开挖上、中、下台阶预留核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致;5)开挖隧底:每个循环开挖长度控制在3 m以内，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成隧底开挖、初期支护后，及时施作仰拱及仰拱填充(过运梁车的隧道仰拱填充后期施作)，仰拱分段长度为9 m，为了不影响车辆进出，采用栈桥过渡方案;6)工图简介:隧道断面开挖施工流程图和施工工序横断面图见图1，图2。

4 安全质量保证措施

1)根据隧道水文地质条件，严格按设计要求做好超前支护，控制好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，防止围岩松弛，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工，确保隧道施工安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强，以确保安全;2)导坑开挖孔径及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整。各部分初期支护衔接紧密，及时封闭成环，形成稳固的支护体系;3)注意开挖过程中初期支护结构及核心土的稳定性，必要时应利用核心土体加设全断面环形临时支撑。施工过程通过变形监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时指导调整支护参数和预留变形量，保证施工安全;4)工序安排应紧凑，应尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳;5)仰拱超前施作，仰拱距上台阶开挖面不应超过35 m;6)隧道周边部位预留20 cm～30 cm人工开挖，其余部位采用机械开挖，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2 m～3 m;7)钢架严格按设计及规范要求加工制作和架设，钢架应架设在坚实的基面上，并加垫槽钢或预制混凝土块，严禁拱脚悬空或采用虚土回填;8)初期支护要进行钻芯取样，对不密实部位要进行注浆回填，确保初期支护与围岩的密贴性;9)对富水地带要做好排水措施，防止基底承载力降低。

5 结语

从本工程应用的三台阶七步开挖法可以看出，软岩土质隧道采用三台阶七步开挖方法是成功的。同时也说明了，在隧道开挖方法的采用上，要根据实际地质情况采用合理的开挖方法，才能够在质量安全方面得以保证。

［1］ 张立东.大断面浅埋软弱围岩隧道三台阶法施工技术［J］.山西建筑，2009，35(4):342-343.