高速公路隧道工程建设中的三台阶七步法施工技术研究

袁俊、方聪

（湖南省高速公路集团有限公司益阳分公司，湖南益阳413000）

0 引言

随着我国交通工程项目建设施工规模的提升，隧道工程项目的施工量也在不断加大，在隧道工程施工中，不可避免会产生一些安全隐患问题。由于我国某些地区存在大面积岩溶地质条件分布，当隧道穿越岩溶地质条件环境时，受到地质条件复杂因素的影响，会对整个隧道工程施工造成较大的难度和阻碍。因此，需要对高速公路隧道工程关键性施工技术方法进行合理选择和应用，比如通过三台阶七步法施工技术的应用，可以有效提高隧道工程项目的整体施工效率和稳定性，实现项目工程建设单位的良好经济效益和社会效益。

1 工程概况

某高速公路工程建设施工，主线段施工总长度6.75km，其中包含一处隧道工程施工，隧道工程Ⅴ级围岩总长度520km，Ⅳ级围岩总长度1445m，Ⅲ级围岩总长度635m，加宽带和交叉口位置总长度260m。结合此次隧道工程项目施工区域的地质条件特性构成，在隧道开挖施工中对各种不同类型的开挖施工方法进行了全面分析和研究，其中主要包含上下台阶法、三台阶七步法全断面法等。使用进出口两端平行的开挖施工方式进行隧道开挖施工。隧道开挖工作主要是以人工钻爆施工制作方法为主，通过使用自制台车有效配合手持凿岩钻机设备来进行钻孔处理，应用光面爆破施工工艺技术、装渣运输车辆、无轨运输等，使用挖掘机设备、装载机设备进行施工，将开挖完成之后的土渣直接运输到指定的弃土场堆放[1]，见图1。

图1 隧道工程项目

2 隧道工程项目洞身段开挖施工技术方法

此次隧道工程项目施工洞身主体结构，由北东朝着西南方向延展，隧道的进口段主体走向方位角为211o，出口段的走向为170o，整体呈弧形分布，隧道工程项目施工使用的是分离式隧道工程施工技术方法，其中左幅隧道总长度2890m，右幅隧道总长度2910m，隧道工程项目最大的埋深施工量为226m。隧道工程项目施工区域边坡沉积物，主要是以残坡堆积含砂类粉质黏土，隧道工程项目的基础岩体结构，主要包含玄武岩、灰岩、泥质粉砂岩地质条件为主。

Ⅴ级Ⅳ级围岩结构紧急停车地段，开挖施工中采用的是环形开挖施工技术方法，在开挖施工过程中采用预留核心土进行处理，如果遇到土质边缘结构或围岩周围破碎程度相对较高，则可以使用三台阶七步开挖施工方法。距离较短的Ⅲ级围岩和Ⅳ级围岩结构，则可使用双台阶开挖施工方法，长段Ⅲ级围岩结构可以使用全断面开挖施工技术方法。如果施工区域的地质条件稳定性不足，则可以使用上下台阶直接开挖施工技术。在项目工程施工中需要基于施工区域围岩结构的实际情况展开动态化调整和开挖施工，有效保证开挖施工的质量和稳定性。

3 软弱破碎围岩隧道三台阶七步开挖施工方法

3.1 三台阶开挖施工

为了有效控制隧道工程项目围岩结构产生的变形问题，同时保证隧道工程项目的整体开挖施工进度，根据项目工程设计工作文件和控制工作标准，对隧道工程项目Ⅴ级围岩结构、Ⅳ级围岩结构、紧急停车段或者围岩结构破碎段，可以使用三台阶七步直接开挖施工技术方法，将隧道工程项目分为七个开挖面，相互之间形成错开状态，同时基础面的开挖支护方法需要保持相同，形成一个完整的支护结构整体，并且逐步朝着纵向深度方向推进。十字围岩结构段使用的是三台阶段直接开挖施工方法，将隧道工程项目分为三部分，等开挖到特定的长度之后在跳槽开挖中台阶以及下台阶地段，形成一个上中下三个台阶结构，并且保证可以同步施工[2]，见图2。

图2 隧道通视图

3.2 开挖施工原则

通过使用三台阶七步直接开挖施工方法展开隧道工程项目施工，通常情况下需要减短下层开挖台阶的实际施工长度，并且通过使用初期支护结构，有效保证周围围岩结构的施工强度和环境条件达到适应性效果。与此同时，隧道工程项目二次衬砌结构施工需要尽早完成，快速有效地形成稳定的支护闭环结构体。

3.3 开挖前的超前支护施工技术

3.3.1 超前小导管设计参数分析

此次隧道工程项目建设施工过程中，超前小导管设计工作参数主要包含热压无缝钢管材料参数、压浆孔直径参数、钢管布置间距长度以及插入角度等相关参数内容。通过使用水泥水玻璃浆液进行材料注浆施工，水玻璃和水凝浆材料的体积比大小为0.5∶1，水泥浆液设计水灰比例为1∶1，设计水泥标号大小为32.5。在此次隧道工程项目注浆施工当中需要稳定注浆施工压力，将注浆压力范围保持在0.5～1.0MPa之间，小导管注浆扩散半径大小控制为0.3m 以上[3]。

3.3.2 施工准备

在超前小导管施工过程中，在项目工程施工前期需要根据工程项目施工区域的地质条件情况，有效建立起专项的项目工程建设施工方案，同时绘制工程施工图纸，对钻孔实验检测等相关设备运行情况进行检查和分析，保证设备处于正常的工作状态。

3.3.3 小导管加固和安装施工

此次项目工程建设施工过程中，小导管使用的是热轧无缝钢管材料，钢管前端需要进行直接切割和加工，前端呈尖锥形状，小导管的管壁周围需要设置出一定数量的注浆孔，直径大小为8mm，注浆管的末端位置预留一定长度，作为止浆段长度大小为35cm。根据设计图纸当中的相关要求，有效确认小导管的安装施工位置，通过使用YT-28 风钻钻机进行开口，开孔直径大小需要超过钢管材料直径大小3～5mm。

3.3.4 注浆施工

严格依照项目工程设计工作标准和要求，对水泥将材料进行拌和处理，在材料投放过程中需要同时注入水和缓凝剂，但是需要对水体的使用量进行有效控制，需要达到标准的材料注浆施工要求，方可进行后续的材料搅拌，实际持续时间不能小于1min。注入水泥材料之后再进行后续的搅拌处理，持续时间不能小于3min，要保证材料充分搅拌均匀，缓凝剂参数量大小需要控制在水泥含量到2%～3%之间。

3.4 开挖施工步骤

3.4.1 上部圆弧段导坑开挖施工

环向开挖施工段项目结构设置出环形的导坑结构，并且预留核心土宽度大小为隧道工程项目开挖施工总量的1/2，开挖工作结束之后需要及时展开混凝土喷射施工、锚杆支护施工钢筋网片和拱架支护施工，锁脚锚杆和钢架焊接加固施工，复喷混凝土施工达到标准的设计工作厚度。

3.4.2 中台阶开挖施工

在中台阶开挖工作中，需要对实际的开挖进尺量大小进行严格控制，需要对初期支护的钢架间距大小进行合理调整。在此次施工过程中开挖进尺量小于2m，开挖高度大约为3m，隧道工程项目右侧区域台阶错开量为4m，立刻喷射混凝土进行加固处理。在开挖工作完成之后需要及时进行混凝土喷射施工、锚杆支护工作，同时配合使用钢筋网片和拱架来进行彻底加固，打设手脚锚杆保证锁脚锚杆和钢体支撑架结构之间形成固定焊接，最后再进行混凝土喷射施工。

3.4.3 下台阶开挖施工

下台阶开挖施工过程中，实际开挖进尺量大小需要根据初期的支护钢架间距大小来进行确认，通常情况下需要控制在小于2m 左右，实际开挖施工高度为3m 左右，侧区域的台阶开挖施工错开总量大约为4m，然后立刻喷射混凝土进行后期的加固处理。在开挖工作结束之后需要及时进行混凝土材料喷射施工、锚杆支护、施工钢筋网片和拱架支护施工，在完成锁脚锚杆和周围的钢架加固焊接处理之后，进行混凝土表面喷射支护处理工作，上中下三个台阶开挖工作需要分开进行并且需要预留核心土，如图3所示。

图3 三台阶七步开挖法施工

3.4.4 隧道底部开挖施工

在隧道底部开挖施工过程中，每循环开关施工程度控制在3m 左右，在开挖工作完成之后需要及时进行仰拱的初期支护施工和处理，除此之外，在完成两个隧道底部开挖和支护处理工作之后，需要及时进行加固和支护处理，保证整个开挖断面结构稳定，然后进行下一个环节的施工。

4 开挖施工过程中的技术重点分析

第一，上台阶的循环开挖进尺量三级Ⅳ级围岩结构，不能超过2 榀拱架的间距大小，Ⅴ级围岩结构开挖施工量不能超过1 榀拱架间距大小。第二，上台阶的开挖施工长度，不能超过隧道开挖施工宽度的1.5倍，为了尽早使用初期支护封闭成环，可以有效控制台阶开挖施工距离范围保持在3～5m 之间。第三，下台阶开挖施工过程中，配合使用左右错向前进开挖施工方法，保证侧槽的一次开挖施工符合工程施工要求。通常情况下隧道工程侧槽开挖长度相对较短，靠近边墙施工区域范围内，需要使用风钻、风镐，手动开挖施工使用人工清理周围的废弃残渣，防止对上台阶初期支护结构形成影响，提高开挖工作的稳定性。第四，下台阶在上台阶混凝土喷射施工，达到预先设定标准强度的70%以上时进行正式开挖工作，当岩体结构稳定性不足的情况下，需要合理缩短施工进度，先施工边墙位置展开初期支护工作然后再开挖中间的土体部分，保证开挖工作的整体效果。

5 结语

综上所述，针对此次高速公路工程施工段隧道工程项目，对软弱破碎围岩结构采用的是三台阶七步开挖施工技术方法，工程施工单位对该项开挖施工技术流程加以明确，对施工人员进行精心组织和安排，对其中的关键性施工工序和施工工艺要点进行合理排布，充分保证项目工程施工的质量和稳定性，使软弱破碎围岩安全开挖支护施工效果达到了预先设计的目标，全面提高隧道工程项目的整体施工效果，杜绝产生意外安全事故，实现项目工程建设单位的良好经济效益和社会效益。