浅谈三台阶七步法与CD法施工的优缺点

安鑫鑫

【摘 要】本文主要介绍三台阶七步开挖法在鹤大高速公路二道岭隧道左洞貫通中起到的作用，并通过与CD法相比较，证明三台阶七步开挖法工艺在Ⅴ级小净距围岩中的成功应用，同时避免了CD法拆除临时支护及受力转换而造成的各种不安全因素，并且便于组织机械化施工。

【关键词】三台阶七步开挖法 CD法 隧道施工 优缺点 小净距

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.03.200

1 二道岭隧道小净距V级围岩情况及方案确定

二道岭隧道出口围岩主要为风化混合花岗岩，岩体主要为碎石壮的镶嵌结构岩，极易坍塌，拱底多为黏土和黄土。地下水为基岩裂隙水，隧道开挖过程中会出现滴水及渗水，雨季会出现线流壮出水。

在工期考虑上为了保证隧道的节点贯通时间，除考虑的冬季持续施工，同时也避开本地6-7月的雨季时间。在方案比选过程中我单位经过多次方案研讨，通过三台阶七步法与CD法的综合比较，最终确定了三台阶七步流水作业法的可行性。在开挖过程中采用人工配合挖机并采取部分位置爆破的方式。

2 工艺简介

2.1 三台阶七步开挖法工艺简介

三台阶七步开挖法是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，分上、中、下3个台阶开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的施工作业方法。该方法适用于开挖断面为100～180㎡，具有一定自稳能力的Ⅳ、Ⅴ级围岩，应用地层主要有黄土、砂砾土、碎石土以及强风化岩层等。

2.2 CD开挖法工艺简介

CD法又称中隔壁法，先分部开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再分部开挖另一侧的施工方法。CD法适用于浅埋及比较软弱的地层，而且是大断面隧道的开挖。CD法是在用刚支撑和喷射混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法。

3 三台阶七步开挖法工艺流程

三台阶七步开挖法施工工艺流程为：上台阶超前支护→上台阶分部开挖（初喷）、初期支护（锁脚锚管、系统锚杆、复喷混凝土）→中台阶左、右侧交错开挖→混凝土初喷，施作钢架、锁脚锚杆→施作系统锚杆后复喷混凝土→滞后左右交错开挖下台阶两侧→混凝土初喷，施作钢架→施作系统锚杆后复喷混凝土→分台阶开挖核心部分及仰拱→仰拱混凝土初喷、钢架、复喷→浇注仰拱混凝土及填充→防排水及二次衬砌（监控量测是特别关键的一个环节，施工时必须严格控制）。

4 工艺控制要点

4.1超前措施

（1） 应将超前地质预报纳入工序工序管理，并根据工程水文地质变化情况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的技术措施，及早封闭成环，保证施工安全。

（2） 利用超前管棚、超前小导管做超前支护，施工中控制小导管的数量、外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。

4.2开挖、支护

（1） 在满足作业空间和台阶稳定的前提下，缩短台阶长度，核心土长度控制在3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

（2） 隧道开挖由专人指挥采用机械开挖，预留30cm人工开挖，在开挖后应立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。

（3） 严格控制开挖进尺，吉林省高速公路标准化施工指南，隧道在Ⅴ级围岩开挖不得大于2榀。

（4） 中、下台阶左、右侧应错开2～3m开挖，严禁两侧同时开挖，避免造成拱架整体悬空。

（5） 严格控制钢架加工质量，钢架应架设在坚实基面上，拱脚严禁悬空或落在虚土上，钢架要与锁脚锚管焊接牢固。

4.3监控量测

（1） 监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，Ⅴ围岩间距不大于5m，严格执行规范要求的观测频率。

（2） 量测数据运用工程类比法及时分析反馈，必要时根据分析结果调整支护参数，以保证施工安全。

（3） 测点应安设在距开挖面2m范围内，且步大于一个循环进尺，并细心保护，不受下一循环开挖影响。

（4） 各项位移的测点，翼板布置在同一断面内，测点统一在一起，测设结果应能互相印证，协同分析处理。

5 新旧工艺对比

小净距隧道设计与施工中以往基本采用的是CD法施工工艺，项目部根据隧道地质情况确定按照三台阶七步流水作业法施工。现将两种工艺对比如下：

5.1三台阶七步开挖法优点与不足之处

（1） 优点：

① 施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业，机械化作业有利于机械化开挖，提高功效。② 对于不同跨度及断面均适用，初期支护工序化整为零，便于快速施工。③ 当地质条件发生变化时，可及时转换施工工序，调整施工方法。④ 在台阶法开挖基础上，预留核心土，左右交错开挖，利于开挖面的稳定。⑤ 当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。⑥ 三台阶七步开挖法开挖取消了CD法需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，可及时调整闭合时间，利于施工工序转换。

（2） 不足之处：

① 每一台阶净空不足，尤其上台阶，狭窄的空间对人工和机械操作干扰很大；② 对每一台阶的开挖，都会造成较大的沉降变形，不利用变形的控制；③ 受每一台阶所必须的长度所限，仰拱距开挖面较远（一般都在25m以上），不能及时封闭成环。④ 受地质影响对需要爆破施工的作业面难度系数增加。

5.2 CD工法优点与不足之处

（1） 优点：

① 利用临时仰拱的支撑，及时封闭成环，能有效控制围岩的变形；② 每一分部断面较小，利于隧道结构的稳定，同时因其高度较大，又利于机械和人工作业。

（2） 不足之处：

① 临时支撑多，工序繁杂，上道工序对下道工序的制约较多，不同分部间干扰较大，不利于现场施作和执行；② 临时支撑耗费材料多，其拆除既费时又不利于隧道的稳定。

6 实施效果

针对我项目部隧道围岩软弱的特点，综合分析工期要求、要素配置和安全质量状况，目前我项目部管段范围内的二道岭右幅小净距V级围岩段均采用 “三台阶七步开挖法”作为隧道施工的主要施工工艺，施工过程中，严格控制台阶长度、高度、开挖顺序、工序步距等参数来弥补三台阶七步开挖法的不足之处，同时根据不同围岩特点，坚持“短开挖、快封闭、强支护、勤量测、早闭合、紧衬砌”的施工控制理念。该工艺为二道岭隧道左幅的顺利贯通起到了很大的作用。

7 总结

与CD法相比，三台阶七步开挖法避免了拆除临时支护及受力转换而造成的各种不安全因素，该法可及时调整闭合时间，便于组织平行流水作业和机械化施工，利于施工工序转换。同时在施工中依据监控量测数据的分析结果，不断地调整循环进尺和初期支护参数，加强了施工过程控制，更缩短了工序作业时间和衔接时间取得了可观的经济效益和良好的社会效益，也将获得更广泛的应用。

参考文献

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