三臺(tái)階七步法臺(tái)階長(zhǎng)度的對(duì)比與應(yīng)用研究

胡小明 王建秋

摘要：文章依托實(shí)例工程，對(duì)隧道三臺(tái)階七步法施工時(shí)采用的長(zhǎng)臺(tái)階法和短臺(tái)階法進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)分析，提出三臺(tái)階七步法由長(zhǎng)臺(tái)階優(yōu)化為短臺(tái)階施工，能更有效地控制襯砌結(jié)構(gòu)變形，為三臺(tái)階七步法的優(yōu)化提供借鑒依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道;施工方法;三臺(tái)階七步法

0 引言

隧道施工工法的選擇，是隧道設(shè)計(jì)及施工的重要部分。施工方法的選擇，不僅影響隧道的施工工期，也關(guān)系著隧道施工過(guò)程中以及后期運(yùn)營(yíng)的安全保障。因此，施工工法的選擇是隧道設(shè)計(jì)人員需要深入了解探究的方向。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)隧道三臺(tái)階七步法進(jìn)行了相關(guān)研究，陳潔金等[1]對(duì)隧道施工中常采用的三臺(tái)階七步法做了研究，將臨時(shí)仰拱法做了對(duì)比試驗(yàn)，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬等方面進(jìn)行了對(duì)比研究。許越[2]以大潮高速公路黃坭權(quán)隧道修建時(shí)所采用的三臺(tái)階七步法為依托，利用有限差分析軟件FLAC，對(duì)其工法進(jìn)行數(shù)值模擬分析。陳云平[3]以韶新高速公路某隧道修建過(guò)程中采用的三臺(tái)階七步開(kāi)挖法為依托，運(yùn)用數(shù)值模擬對(duì)此工法的步距進(jìn)行研究。周斌斌[4]以江羅高速公路牛山隧道修建時(shí)所采用的三臺(tái)階七步法為依托，對(duì)其開(kāi)挖方式進(jìn)行研究。張德華[5]對(duì)高地應(yīng)力地區(qū)隧道采用三臺(tái)階七步法施工時(shí)襯砌結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行探究，以大梁山隧道為工程實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。

但目前采用三臺(tái)階七步法修建隧道時(shí)對(duì)于每個(gè)臺(tái)階選用多長(zhǎng)的問(wèn)題研究較少，本文以某隧道為背景，對(duì)其選用三臺(tái)階七步法施工時(shí)襯砌結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，并通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提出三臺(tái)階七步法由長(zhǎng)臺(tái)階優(yōu)化為短臺(tái)階施工，能更有效地控制襯砌結(jié)構(gòu)變形。

1 依托工程

1.1 工程概況

依托工程為某一級(jí)公路隧道，該隧道為雙洞四車(chē)道單向行駛隧道。該隧道右行線起訖樁號(hào)為YK209+325～YK214+305，全長(zhǎng)4980m;左行線起訖樁號(hào)為ZK209+306～ZK214+250，全長(zhǎng)4944m。該隧道屬于特長(zhǎng)隧道。隧址區(qū)區(qū)域斷裂較多，工程條件十分復(fù)雜。

1.2 施工方案

由于隧道工程地勘布置鉆孔數(shù)量偏少，不能完全勘察整個(gè)隧道區(qū)段的地質(zhì)情況，故導(dǎo)致隧道修建過(guò)程中出現(xiàn)地質(zhì)情況與地勘報(bào)告不相符，因此在支護(hù)過(guò)程中襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了開(kāi)裂、拱架變形等病害。后根據(jù)施工中的地勘情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，采用了增加鋼拱架等級(jí)、減小鋼拱架間距等措施，施工工法采用三臺(tái)階七步法（見(jiàn)圖1）。先后采用了兩種不同臺(tái)階長(zhǎng)度的方案，分別為長(zhǎng)臺(tái)階法和短臺(tái)階法。各級(jí)臺(tái)階長(zhǎng)度詳見(jiàn)表1。

對(duì)于這兩種方案，分別在隧道右線布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行隧道變形監(jiān)測(cè)，在拱頂、左右拱腰和左右拱腳處布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，在隧道每個(gè)斷面拱腰處和最大開(kāi)挖線處共布置2組測(cè)點(diǎn)，通過(guò)變形數(shù)據(jù)分析優(yōu)化施工方案。襯砌結(jié)構(gòu)斷面監(jiān)測(cè)樁號(hào)信息見(jiàn)表1。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 長(zhǎng)臺(tái)階施工段變形監(jiān)測(cè)

長(zhǎng)臺(tái)階施工段共在3個(gè)斷面設(shè)置了測(cè)點(diǎn)：圖2、圖3和圖4分別為YK214+047、YK214+020、YK214+011斷面拱頂下沉值時(shí)態(tài)曲線;圖5、圖6和圖7分別為YK214+047、YK214+020、YK214+011斷面凈空收斂值時(shí)態(tài)曲線。

由圖2～4可以看出，拱頂?shù)钠骄鲁林荡蠹s為80～90mm，左拱腰的平均下沉值大約為80～90mm，右拱腰的平均下沉值大約為100～110mm，左拱腳的平均下沉值大約為40～50mm，右拱腳的平均下沉值大約為50～60mm。

由圖5～7可以看出，起拱線處的凈空收斂值大約為80～120mm，上臺(tái)階的凈空收斂值大約為50～70mm。

2.2 短臺(tái)階施工段變形監(jiān)測(cè)

短臺(tái)階施工段共在3個(gè)斷面設(shè)置了測(cè)點(diǎn)，圖8、圖9和圖10分別為YK214+005、YK213+996和YK213+986斷面拱頂下沉值時(shí)態(tài)曲線;圖11、圖12和圖13分別為YK214+005、YK213+996和YK213+986斷面凈空收斂值時(shí)態(tài)曲線。

由圖11～13可以看出，起拱線處的凈空收斂值大約為75～100mm，上臺(tái)階的凈空收斂值大約為30～60mm。

2.3 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：

中臺(tái)階以及下臺(tái)階開(kāi)挖后，襯砌結(jié)構(gòu)的拱頂下沉值變化速率均會(huì)增大，這是由于下一臺(tái)階開(kāi)挖對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)引起的。而且，右拱腰、右拱腳處變形明顯大于左拱腰、左拱腳處，這是三臺(tái)階七步法左右開(kāi)挖順序的不同導(dǎo)致的。中臺(tái)階以及下臺(tái)階的開(kāi)挖不會(huì)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的凈空收斂產(chǎn)生大的影響，不會(huì)引起變形速率的增加。

采用短臺(tái)階法施工時(shí)，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的拱頂下沉值和凈空收斂值相較于采用長(zhǎng)臺(tái)階法施工時(shí)均較小。由此可見(jiàn)，施工中合理縮短中、下兩個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)度對(duì)于控制隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形有明顯作用。

3 結(jié)語(yǔ)

本文依托實(shí)際工程，對(duì)隧道三臺(tái)階七步法施工時(shí)采用的長(zhǎng)臺(tái)階法和短臺(tái)階法進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析得出：采用短臺(tái)階法施工時(shí)，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的拱頂下沉值和凈空收斂值相較于采用長(zhǎng)臺(tái)階法施工時(shí)均較小。由此可見(jiàn)，施工中合理地縮短中、下兩個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)度對(duì)于控制襯砌結(jié)構(gòu)的變形有明顯作用。另外，施工過(guò)程中的監(jiān)控量測(cè)工作尤其重要，可以根據(jù)其動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整上、中、下臺(tái)階的長(zhǎng)度，這不僅有利于控制襯砌結(jié)構(gòu)的變形，而且對(duì)于破碎圍巖地段的施工安全具有很好的保障作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳潔金.軟弱地層大斷面隧道三臺(tái)階七步法與臨時(shí)仰拱法適應(yīng)性分析的對(duì)比研究[C].第28屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅰ冊(cè)），2019.

[2]許 越.隧道三臺(tái)階七步法開(kāi)挖數(shù)值模擬優(yōu)化分析[J].山西建筑，2019，45（16）：125-127.

[3]陳云平.三臺(tái)階七步法不同施工步距淺析[J].四川建筑，2019，39（2）：303-305.

[4]周斌斌，馬傳俊.江羅高速牛山隧道三臺(tái)階七步法開(kāi)挖方式[J].交通世界，2018（26）：106-108.

[5]張德華，劉士海，任少?gòu)?qiáng).三臺(tái)階七步法施工高地應(yīng)力隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特性分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，53（1）：96-102，110.