淺談三臺階七步法與CD法施工的優(yōu)缺點

安鑫鑫

【摘 要】本文主要介紹三臺階七步開挖法在鶴大高速公路二道嶺隧道左洞貫通中起到的作用，并通過與CD法相比較，證明三臺階七步開挖法工藝在Ⅴ級小凈距圍巖中的成功應(yīng)用，同時避免了CD法拆除臨時支護及受力轉(zhuǎn)換而造成的各種不安全因素，并且便于組織機械化施工。

【關(guān)鍵詞】三臺階七步開挖法 CD法 隧道施工 優(yōu)缺點 小凈距

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.03.200

1 二道嶺隧道小凈距V級圍巖情況及方案確定

二道嶺隧道出口圍巖主要為風(fēng)化混合花崗巖，巖體主要為碎石壯的鑲嵌結(jié)構(gòu)巖，極易坍塌，拱底多為黏土和黃土。地下水為基巖裂隙水，隧道開挖過程中會出現(xiàn)滴水及滲水，雨季會出現(xiàn)線流壯出水。

在工期考慮上為了保證隧道的節(jié)點貫通時間，除考慮的冬季持續(xù)施工，同時也避開本地6-7月的雨季時間。在方案比選過程中我單位經(jīng)過多次方案研討，通過三臺階七步法與CD法的綜合比較，最終確定了三臺階七步流水作業(yè)法的可行性。在開挖過程中采用人工配合挖機并采取部分位置爆破的方式。

2 工藝簡介

2.1 三臺階七步開挖法工藝簡介

三臺階七步開挖法是以弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法為基本模式，分上、中、下3個臺階開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開，平行推進的施工作業(yè)方法。該方法適用于開挖斷面為100～180㎡，具有一定自穩(wěn)能力的Ⅳ、Ⅴ級圍巖，應(yīng)用地層主要有黃土、砂礫土、碎石土以及強風(fēng)化巖層等。

2.2 CD開挖法工藝簡介

CD法又稱中隔壁法，先分部開挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁，然后再分部開挖另一側(cè)的施工方法。CD法適用于淺埋及比較軟弱的地層，而且是大斷面隧道的開挖。CD法是在用剛支撐和噴射混凝土的隔壁分割開進行開挖的方法。

3 三臺階七步開挖法工藝流程

三臺階七步開挖法施工工藝流程為：上臺階超前支護→上臺階分部開挖（初噴）、初期支護（鎖腳錨管、系統(tǒng)錨桿、復(fù)噴混凝土）→中臺階左、右側(cè)交錯開挖→混凝土初噴，施作鋼架、鎖腳錨桿→施作系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土→滯后左右交錯開挖下臺階兩側(cè)→混凝土初噴，施作鋼架→施作系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土→分臺階開挖核心部分及仰拱→仰拱混凝土初噴、鋼架、復(fù)噴→澆注仰拱混凝土及填充→防排水及二次襯砌（監(jiān)控量測是特別關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，施工時必須嚴格控制）。

4 工藝控制要點

4.1超前措施

（1） 應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)報納入工序工序管理，并根據(jù)工程水文地質(zhì)變化情況，及時調(diào)整各部臺階長度或施工方法，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，及早封閉成環(huán)，保證施工安全。

（2） 利用超前管棚、超前小導(dǎo)管做超前支護，施工中控制小導(dǎo)管的數(shù)量、外插角，嚴格按注漿工藝加固地層，保證隧道開挖在超前支護的保護下施工。

4.2開挖、支護

（1） 在滿足作業(yè)空間和臺階穩(wěn)定的前提下，縮短臺階長度，核心土長度控制在3～5m，寬度為隧道開挖寬度的1/3～1/2。

（2） 隧道開挖由專人指揮采用機械開挖，預(yù)留30cm人工開挖，在開挖后應(yīng)立即初噴3～5cm混凝土，以減少圍巖暴露時間。

（3） 嚴格控制開挖進尺，吉林省高速公路標準化施工指南，隧道在Ⅴ級圍巖開挖不得大于2榀。

（4） 中、下臺階左、右側(cè)應(yīng)錯開2～3m開挖，嚴禁兩側(cè)同時開挖，避免造成拱架整體懸空。

（5） 嚴格控制鋼架加工質(zhì)量，鋼架應(yīng)架設(shè)在堅實基面上，拱腳嚴禁懸空或落在虛土上，鋼架要與鎖腳錨管焊接牢固。

4.3監(jiān)控量測

（1） 監(jiān)控量測工作必須緊跟開挖、支護作業(yè)進行布點和監(jiān)測，Ⅴ圍巖間距不大于5m，嚴格執(zhí)行規(guī)范要求的觀測頻率。

（2） 量測數(shù)據(jù)運用工程類比法及時分析反饋，必要時根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整支護參數(shù)，以保證施工安全。

（3） 測點應(yīng)安設(shè)在距開挖面2m范圍內(nèi)，且步大于一個循環(huán)進尺，并細心保護，不受下一循環(huán)開挖影響。

（4） 各項位移的測點，翼板布置在同一斷面內(nèi)，測點統(tǒng)一在一起，測設(shè)結(jié)果應(yīng)能互相印證，協(xié)同分析處理。

5 新舊工藝對比

小凈距隧道設(shè)計與施工中以往基本采用的是CD法施工工藝，項目部根據(jù)隧道地質(zhì)情況確定按照三臺階七步流水作業(yè)法施工。現(xiàn)將兩種工藝對比如下：

5.1三臺階七步開挖法優(yōu)點與不足之處

（1） 優(yōu)點：

① 施工空間大，方便機械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)，機械化作業(yè)有利于機械化開挖，提高功效。② 對于不同跨度及斷面均適用，初期支護工序化整為零，便于快速施工。③ 當?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時，可及時轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法。④ 在臺階法開挖基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，左右交錯開挖，利于開挖面的穩(wěn)定。⑤ 當圍巖變形較大或突變時，在保證安全和滿足凈空要求的前提下，可盡快調(diào)整閉合時間。⑥ 三臺階七步開挖法開挖取消了CD法需要拆除臨時支護及受力轉(zhuǎn)換造成不安全的因素，可及時調(diào)整閉合時間，利于施工工序轉(zhuǎn)換。

（2） 不足之處：

① 每一臺階凈空不足，尤其上臺階，狹窄的空間對人工和機械操作干擾很大；② 對每一臺階的開挖，都會造成較大的沉降變形，不利用變形的控制；③ 受每一臺階所必須的長度所限，仰拱距開挖面較遠（一般都在25m以上），不能及時封閉成環(huán)。④ 受地質(zhì)影響對需要爆破施工的作業(yè)面難度系數(shù)增加。

5.2 CD工法優(yōu)點與不足之處

（1） 優(yōu)點：

① 利用臨時仰拱的支撐，及時封閉成環(huán)，能有效控制圍巖的變形；② 每一分部斷面較小，利于隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時因其高度較大，又利于機械和人工作業(yè)。

（2） 不足之處：

① 臨時支撐多，工序繁雜，上道工序?qū)ο碌拦ば虻闹萍s較多，不同分部間干擾較大，不利于現(xiàn)場施作和執(zhí)行；② 臨時支撐耗費材料多，其拆除既費時又不利于隧道的穩(wěn)定。

6 實施效果

針對我項目部隧道圍巖軟弱的特點，綜合分析工期要求、要素配置和安全質(zhì)量狀況，目前我項目部管段范圍內(nèi)的二道嶺右幅小凈距V級圍巖段均采用 “三臺階七步開挖法”作為隧道施工的主要施工工藝，施工過程中，嚴格控制臺階長度、高度、開挖順序、工序步距等參數(shù)來彌補三臺階七步開挖法的不足之處，同時根據(jù)不同圍巖特點，堅持“短開挖、快封閉、強支護、勤量測、早閉合、緊襯砌”的施工控制理念。該工藝為二道嶺隧道左幅的順利貫通起到了很大的作用。

7 總結(jié)

與CD法相比，三臺階七步開挖法避免了拆除臨時支護及受力轉(zhuǎn)換而造成的各種不安全因素，該法可及時調(diào)整閉合時間，便于組織平行流水作業(yè)和機械化施工，利于施工工序轉(zhuǎn)換。同時在施工中依據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，不斷地調(diào)整循環(huán)進尺和初期支護參數(shù)，加強了施工過程控制，更縮短了工序作業(yè)時間和銜接時間取得了可觀的經(jīng)濟效益和良好的社會效益，也將獲得更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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