三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法

智文中

摘 要：三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖在在大斷面隧道施工中，可以很好地縮短工期，提高工效。本文通過(guò)對(duì)三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法的特點(diǎn)、適用范圍、工藝流程、效益分析等方面詳細(xì)的闡述，總結(jié)了三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法，為此工法在今后隧道施工中的普遍應(yīng)用產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響效用。

關(guān)鍵詞：三臺(tái)階法 隧道開(kāi)挖 左右錯(cuò)開(kāi)環(huán)向開(kāi)挖 預(yù)留核心土 初期支護(hù) 效益分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0087-03

大斷面軟巖隧道施工中，傳統(tǒng)的施工方法有雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD法、CRD法等，這些施工方法進(jìn)度慢、工效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工機(jī)械的使用，基本靠人工開(kāi)挖，工效低、速度慢，難以滿(mǎn)足客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)工期要求；拆除臨時(shí)支護(hù)時(shí)，正洞初期支護(hù)會(huì)因突然卸載而出現(xiàn)大的變形，存在安全風(fēng)險(xiǎn)；各分部開(kāi)挖面循環(huán)銜接性差，相互干擾大，施工質(zhì)量得不到充分保證；臨時(shí)支護(hù)反復(fù)拆除，成本投入大等。而目前國(guó)內(nèi)大斷面軟巖隧道施工中，我們往往會(huì)面臨以下問(wèn)題：對(duì)工期緊迫性的要求，需組織快速施工；工程水文地質(zhì)復(fù)雜，可變性大，須選擇一種能適應(yīng)地質(zhì)變化而迅速過(guò)渡的施工方法；能較大限度地發(fā)揮大型施工機(jī)械的優(yōu)勢(shì)，以求最佳的施工進(jìn)度；把長(zhǎng)期施工實(shí)踐所積累的作業(yè)習(xí)慣融合于施工方法中，做到高工效，易掌握，達(dá)到快速形成施工能力的目的等要求。

借鑒近幾年大斷面隧道施工的成功經(jīng)驗(yàn)，規(guī)避傳統(tǒng)施工方法的局限性，以加快隧道施工進(jìn)度、保證隧道施工安全、提高施工質(zhì)量為目的，在重慶沿江高速公路隧道施工，提出了三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工的工藝流程、施工步驟、控制要點(diǎn)、勞動(dòng)組織、機(jī)具設(shè)備等，突出大斷面軟巖隧道開(kāi)挖施工的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)完善形成本工法。

1 工法特點(diǎn)

施工利用空間大，便于機(jī)械操作，可以多個(gè)作業(yè)面同時(shí)施工?？梢越y(tǒng)籌安排施工，工效較高；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，可以及時(shí)轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法，避免窩工；利用臺(tái)階法預(yù)留核心土法開(kāi)挖施工，應(yīng)左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖，利于減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保證開(kāi)挖作業(yè)面穩(wěn)定；在圍巖變形較大或突變時(shí)，保證安全和滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，可盡快縮短施工時(shí)間；適用不同跨度和多種斷面形式的隧道，為初期支護(hù)工序在時(shí)間和空間上創(chuàng)造了條件。

2 適用范圍

本工法適用于開(kāi)挖斷面為I級(jí)公路二車(chē)道和三車(chē)道，具備一定自穩(wěn)條件的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段隧道的施工。不適用于圍巖地質(zhì)為流塑狀態(tài)、洞口潛埋偏壓段（但經(jīng)過(guò)反壓處理或施作超前大管棚后可采用）的隧道施工。

3 施工工藝

“三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖”，就是在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，以小導(dǎo)坑開(kāi)挖預(yù)留核心土為基本模式，分上、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開(kāi)挖面[1]，以前后七個(gè)不同的位置相互錯(cuò)開(kāi)施工，故又稱(chēng)“三臺(tái)階七步開(kāi)挖法”。開(kāi)挖部分及時(shí)支護(hù)，形成支護(hù)整體，各個(gè)工序交叉作業(yè)，縮短了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，各部位的開(kāi)挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開(kāi)，整體推進(jìn)的隧道施工方法。

4 施工工藝流程

4.1 施工工藝流程（見(jiàn)圖1）

4.2 三臺(tái)階隧道開(kāi)挖施工步驟

施工步驟見(jiàn)圖2，開(kāi)挖透視見(jiàn)圖3，施工工序見(jiàn)圖4。

第1步，導(dǎo)坑上臺(tái)階開(kāi)挖：熟悉施工圖紙，準(zhǔn)確放樣。環(huán)向開(kāi)挖導(dǎo)坑上臺(tái)階，預(yù)留核心土。上臺(tái)階開(kāi)挖高度不小于開(kāi)挖跨度的0.3倍。一般為3～4 m。開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺最大不得超過(guò)1.5 m。上臺(tái)階核心土長(zhǎng)度（隧道縱向）3～5 m，高度為1.5～2.5 m，寬度為上臺(tái)階開(kāi)挖跨度的1/3～1/2。開(kāi)挖后應(yīng)立即施作初期支護(hù)，在拱部初期支護(hù)完成后進(jìn)行下道工序。

第2步，左右兩側(cè)中臺(tái)階開(kāi)挖：開(kāi)挖時(shí)左右應(yīng)錯(cuò)開(kāi)2～3 m，最大進(jìn)尺不得超過(guò) 1.5 m，開(kāi)挖高度為隧道總開(kāi)挖高度（不含仰拱）減去上臺(tái)階開(kāi)挖高度后除以2，一般為 3.0～3.5 m。開(kāi)挖后立即施作初期支護(hù)。

第3步，下臺(tái)階左右兩側(cè)開(kāi)挖：開(kāi)挖時(shí)應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，最大不得超過(guò)1.5 m，開(kāi)挖后及時(shí)施作初期支護(hù)。

第4步，開(kāi)挖預(yù)留的核心土：分別開(kāi)挖上、中、下臺(tái)階預(yù)留的核心土[2]，開(kāi)挖進(jìn)尺與各臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺一致。

第5步，隧道底部開(kāi)挖：每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺與上、中、下臺(tái)階一致，開(kāi)挖后及時(shí)施作初期支護(hù)。設(shè)計(jì)有仰拱的，要及時(shí)施作仰拱[3]。

4.3 三臺(tái)階法隧道施工注意事項(xiàng)

加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，必要時(shí)騁請(qǐng)有資質(zhì)的單位進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)告要及時(shí)，報(bào)告結(jié)果與設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)調(diào)整臺(tái)階長(zhǎng)度或施工方法，必要時(shí)對(duì)初期支護(hù)參數(shù)和二次襯砌厚度進(jìn)行調(diào)整，以確保施工質(zhì)量和安全。導(dǎo)坑上部開(kāi)挖要嚴(yán)格控制，避免超欠挖，弧形導(dǎo)坑需爆破時(shí)，應(yīng)采用導(dǎo)爆索光面爆破。嚴(yán)格按批復(fù)的方案施工，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，避免坍塌現(xiàn)象發(fā)生。加強(qiáng)隧道的監(jiān)控量測(cè)，掌握圍巖和支護(hù)的變形情況，及時(shí)調(diào)整施工方法、支護(hù)參數(shù)、二襯厚度等，以保證施工安全和質(zhì)量。

5 材料與設(shè)備

材料：本工法使用的材料都是常用的，不作說(shuō)明。

設(shè)備：本工法操作簡(jiǎn)單，單作業(yè)面施工機(jī)具配備見(jiàn)表1，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況酌情調(diào)整。

6 質(zhì)量控制

工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：本工法以《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行質(zhì)量控制。質(zhì)量保證措施。在開(kāi)工前建立質(zhì)量保證體系，編制質(zhì)量保證措施，并報(bào)送有關(guān)部門(mén)審批。嚴(yán)格按審批的質(zhì)量保證措施進(jìn)行施作，不得偷工減料，不得麻痹大意。

加強(qiáng)光面爆破管理，避免斷面超欠挖現(xiàn)象。嚴(yán)格按照批復(fù)的方案施工，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，最大限度避免坍塌現(xiàn)象發(fā)生。

7 安全措施

本工程嚴(yán)格執(zhí)行《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》和《安全生產(chǎn)條例》等相關(guān)法律法規(guī)。

在隧道開(kāi)挖前建立健全項(xiàng)目安全保證體系。編制安全保證措施，并報(bào)送有關(guān)部門(mén)審批。

在施工過(guò)程中，嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行審批的安全措施中的有關(guān)規(guī)定，不得麻痹大意。做好隧道開(kāi)挖超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，并堅(jiān)持用長(zhǎng)錨桿進(jìn)行地質(zhì)驗(yàn)證。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，必要時(shí)騁請(qǐng)有資質(zhì)的單位進(jìn)行隧道的監(jiān)控量測(cè)。加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，掌子面進(jìn)風(fēng)流中，氧氣濃度不得低于20%。爆破后，要加強(qiáng)管理，危石清理必須徹底。

8 環(huán)保措施

本工法嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)氐挠嘘P(guān)環(huán)保政策和有關(guān)規(guī)定。

施工現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)劃、業(yè)主要求和施工環(huán)保的要求進(jìn)行實(shí)施。污水處理采用多級(jí)沉淀池過(guò)濾沉淀。處理的工藝流程為：污水—收集系統(tǒng)—多級(jí)沉淀—沉淀凈化處理—排入河道。嚴(yán)禁亂倒、亂卸。施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)密閉式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按規(guī)定分開(kāi)收集，做到每班清掃，每班清運(yùn)。

施工道路上要適量灑水，減少粉塵污染。隧道施工應(yīng)加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，通風(fēng)管不得破損，作業(yè)環(huán)境應(yīng)符合職業(yè)健康及安全標(biāo)準(zhǔn)。

9 效益分析

9.1 經(jīng)濟(jì)效益

大斷面軟巖隧道施工采用“三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法”，在經(jīng)濟(jì)效益方面尤為突出，與傳統(tǒng)的大斷面隧道CRD法施工比較，主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一是拓展了隧道的施工空間，可以做到大型施工機(jī)具生產(chǎn)效率最大化，避免了CRD法作業(yè)空間小、限制了大型施工機(jī)具使用的尷尬局面，進(jìn)一步提高了單位時(shí)間內(nèi)的施工產(chǎn)值，縮短了整個(gè)單位工程的施工工期；二是降低了人工用量和勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了工費(fèi)成本，由以往密集型勞力施工轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械化、程序化施工；三是采用“三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法”施工沒(méi)有臨時(shí)支護(hù)環(huán)節(jié)，節(jié)約了大量的臨時(shí)支護(hù)成本，減少投資浪費(fèi)；四是工程質(zhì)量滿(mǎn)足驗(yàn)標(biāo)要求，操作便捷，推廣性強(qiáng)。

以重慶沿江高速公路古樹(shù)巖1、2號(hào)隧道為例，與傳統(tǒng)的大斷面隧道CRD法施工相比，采用“三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法”，有效地發(fā)揮了大型施工機(jī)具的使用效率，施工進(jìn)度達(dá)到了月平均90-100 m/月，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

9.2 社會(huì)效益

古樹(shù)巖1、2號(hào)隧道采用三臺(tái)階隧道開(kāi)挖法施工技術(shù)，領(lǐng)先重慶沿江高速公路全線(xiàn)其它重難點(diǎn)隧道工程，第一個(gè)順利貫通，受到了設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、其他施工單位的一致好評(píng)。突破了大斷面隧道安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工進(jìn)度慢、施工難度大這一難題，社會(huì)效益顯著。

9.3 環(huán)保效益

該工法施工現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)劃、遵循業(yè)主和施工環(huán)保要求進(jìn)行實(shí)施，隧道地下水及施工用水從核心土開(kāi)槽引排至集水井，既不影響施工又方便污水處理。施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)密閉式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按規(guī)定分開(kāi)收集，做到每班清掃，每班清運(yùn)，施工環(huán)境粉塵污染少。該工法施工速度快、成本低，可節(jié)約大量能量資源，環(huán)保、節(jié)能效益良好。

10 工程實(shí)例

在重慶沿江高速公路后續(xù)開(kāi)工的馬鞍山隧道、砂磨石隧道、黃嶺隧道、啞口隧道[4]、曬頂堡隧道等，均采用三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法，取得了安全、質(zhì)量、進(jìn)度的良好效果。三臺(tái)階法隧道開(kāi)挖施工工法將會(huì)被越來(lái)越多的人所認(rèn)可，在今后隧道施工中將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵路隧道施工規(guī)范（TB1024-2002）[S].

[2] 《鐵路大斷面隧道三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工作業(yè)指南（試行）》（經(jīng)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)「2007」119號(hào)）[S].

[3] 客貨共線(xiàn)鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[Z].

[4] 重慶沿江高速公路設(shè)計(jì)旋工圖說(shuō)明[R].