三台阶4部开挖法在软弱地层中的应用

饶　彪

(佛山市轨道交通发展有限公司，广东佛山　528000)

三台阶4部开挖法是在隧道上下台阶开挖法的基础上，在原有上台阶施工时增设临时仰供，在原有下台阶按上下台阶法进行施工(其中中台阶分为左右两部)，并调整上中下台阶的进尺长度及各分部之间间距，而形成的一种快速开挖施工工法。

1　工艺特点

三台阶4部开挖法3个台阶的作业面可同时进行施工，合理配置协调后，互不影响，从而加快施工进度，达到快速施工的目的。

隧道采用三台阶4部开挖法施工，上台阶人工开挖，对地层扰动小，一次开挖进尺短，控制在2.5 m左右，并及时按照设计打设超前小导管，及时支护，施工临时仰拱，完全符合浅埋暗挖新奥法施工原则。

中下台阶部开挖时两个台阶紧跟上部开挖，施工空间较大，可采用大型挖掘机开挖以及农用机车出土，机械化施工程度高，能够保证土方快速开挖及运输，初期支护及时跟进，成环封闭迅速，结构安全可控。

三台阶4部开挖法分三台阶施工，施工灵活，可根据现场地质变化，调整施工进尺和支护工艺。

施工按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、速反馈、控下沉”的方针采用信息化施工，在保证安全和质量的前提下加快施工进度。

2　工艺流程及操作要点

工艺流程见图1。

图1　工艺流程

2.1　施工准备

(1)技术准备

核对地质资料，调查隧道上方的地下管线，核对开挖前构筑物及地面建筑物监测点高程。

开挖前对现有控制网进行复测，对已经加密的控制点进行复测，确定隧道开挖中线、高程。

按照方案对作业层施工人员进行技术交底。

(2)材料准备

隧道施工需要的钢筋、砂、石、水泥、速凝剂、小导管、钢板、角钢、型钢、方木等原材料。

隧道开挖支护需要的格栅钢架、小导管、管棚、型钢钢架等构件。

根据隧道施工预案在现场备足备齐抢险用物资。

(3)人员及机械准备

根据总体施工方案的劳动强度要求，配备足够的施工作业人员、管理人员、技术人员。

根据施工方案和施工进度的要求配备足够的施工机械。

2.2　施工方法

(1)超前小导管施工

为保证隧道开挖安全，防止围岩松弛，在开挖前采用超前小导管超前支护，达到加固围岩的目的。超前小导管采用长3.5 m的φ42 mm热轧钢管，拱部120°范围内布置，环向间距0.33 m，纵向间距2 m。

超前小导管应按设计要求布置，小导管沿开挖轮廓线从格栅腹部穿过。采用钻机钻孔，高压风清孔后，用风镐将超前小导管打人孔内，有一定自稳能力且硬度不大的土层也可以直接将管打人。采用1∶1水泥浆，根据地层条件并掺人适量的促凝剂。注浆时相邻孔位应错开，交叉进行。注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当压力达到注浆1 MPa，注浆量达到设计注浆量的80%以上，可结束该孔注浆；注浆压力未能达到设计终压，注浆量已达到设计注浆量，并无漏浆现象，亦可结束该孔注浆。

(2)土方开挖

隧道开挖如图2所示。

图2　三台阶4部开挖示意(单位：mm)

台阶高2.6 m，土方15.3 m3/m，运距<10 m。使用风镐开挖土体，渣土装入小推车内，运至中下台阶部位，由施工机械运至竖井处吊出。每一循环土方开挖进尺为0.5 m，临时仰供跟进。

为减少上台阶人工运土距离和控制隧道变形，上台阶与中下台阶间距应控制在20 m以内，最好以3～5 m为宜。

中台阶施工边墙初期支护时，根据施工规范，一次边墙支护长度控制在3～4 m(稳定围岩)或2 m以内(土层)，中下台阶间距离控制在4～8 m。

下台阶主要施工仰拱，一次施做长度以监测信息为依据决定，保证及时封闭成环。

(3)初期支护

隧道开挖完成后，为控制围岩应力释放和变形，保证围岩的天然承载力，增加结构安全度，应及时跟进初期支护。

初喷混凝土：

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用高压风自上而下清理岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标示，如岩面有滴水，需埋管做好引水工作。喷射混凝土时，自下而上喷射，防止上部喷射回弹料虚掩拱脚而不密实，造成失稳。喷射至混凝土表面大致平整而呈湿润光泽，无干斑及流淌现象。

喷射混凝土采用具有粉尘少、回弹量少、水灰比可控制、一次喷射混凝土较厚等优点的湿喷技术。

施做系统锚杆，挂设钢筋网：

系统锚杆采用采用长3 m的φ22螺纹钢筋，间距1 m×0.5 m，梅花形布置，径向施做。各台阶初支直接连接处及临时仰供拱脚均需设2根长3 m的φ25 mm锁脚锚管，确保初期支护稳定可控。

钢筋网片采用φ10 mm钢筋焊接而成，间距100 mm×100 mm。钢筋网随岩面铺设，保证与系统锚杆连接牢固。

格栅钢架及临时仰供施工：

端部型钢必须用连接螺栓与钢板孔紧固，以确保格栅各部件的连接孔位的准确。钢筋格栅各部件在模具内初步焊接固定后，将钢筋格栅各部分从模具内均匀取出，以避免钢筋格栅扭曲变形。根据焊接规范及设计要求将钢筋格栅部件焊接成型，焊接时应均匀对称焊接，减少应力变形。所有焊缝均采用双面搭接焊，主筋与钢板间焊缝高度不小于10 mm，其他焊缝高度不小于8 mm。格栅钢架各组成部件焊接完成后，进行试拼装，以检验钢筋格栅钢架的几何尺寸、各部件的螺栓节点以及焊接质量。

上台阶钢架安装时，拱脚处基底应清除扰动土，挖槽就位，必要时可采取预加固，防止拱顶下沉。为保证格栅钢架的整体稳定性，需将钢架与纵向连接筋、结构锚杆、定位钢筋和锁脚锚管焊接牢固。施工期间应定期复合隧道轴线桩及高程控制点，防止出现测量错误，并做好各工序的协调配合，减少工序交叉时间，使开挖后及时封闭成环，保证隧道的初支稳定性。

复喷混凝土：

复喷混凝土分片依次自下而上进行，并先喷钢架与拱(墙)壁间混凝土，后喷两拱之间混凝土。每次喷层厚度为拱顶5～6 cm，边墙7～10 cm。防水混凝土的配比、喷射方法按设计要求参数及施工规范进行。

(4)初支背后注浆

在初期结构封闭成环后，即进行初期支护背后回填注浆。初支背后回填注浆采用φ32 mm普通钢管，L=0.5 m，注浆管在初支喷混凝土前预埋，与钢拱架及钢筋网焊接在一起。喷混凝土时，外露端用棉纱封堵加以保护，入土端需进行必要的防护，以防喷射混凝土封堵管口。注浆材料选用32.5R普通硅酸盐水泥拌制的水泥浆，水灰比0.8 ～ 1∶1。采用单液注浆泵进行注浆，注浆终压控制在0.3～0.5 MPa。

3　结束语

三台阶4部开挖法，减少了对围岩的扰动，充分发挥了围岩自稳能力，缩短了工期，节约了工程成本，为施工单位取得了良好的经济效益。

三台阶4部开挖法与传统的上下台阶法、CRD法相比，机械化程度高，施工功效高，进度快，经济和工期效益明显。

广州地铁区庄站五号线主体隧道拱顶覆土厚度仅为5 m左右，开挖断面宽9.2 m，高8.8 m，长47.5 m，开挖面积67.6 m2，覆跨比0.54，开挖高度约为宽度的1.05倍，属浅埋大跨断面暗挖隧道，隧道断面位于为〈6〉全风化带、〈7〉强风化带地层，断面所处富水软弱地层，局部存在不稳定、易变形的淤泥质土层。隧道开挖采用三台阶4部开挖法施工，监测反映隧道变形数据较小，施工中未发生质量和安全事故，施工质量和施工安全都得到了保证；从施工进度看，完全符合施工进度要求，比原设计工期提前了3个月，保证了区庄站后续工作的顺利进行。

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