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1、大断面黄土隧道三台阶七步开挖法施工工艺工法宋连东西安地铁三号线实验段 2 标项目部1. 前言1.1 工艺工法简况三台阶七步开挖法是指在隧道开挖过程中，分三个台阶七个步骤，以前后七步相互错开同时 开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法，形 成开挖及施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时施作构成稳固的初期支护体系。1.2 工艺原理大断面黄土隧道施工按照“新奥法”原理，遵循“早预报、管超前、非爆破、短开挖、少扰 动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则稳步前进。三台阶七步开挖法是以弧形 导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各
2、部位的开挖与支护沿隧道 纵向错开、平行推进的隧道施工方法。开挖后应立即进行初期支护，保证在最短时间封闭围岩， 及时完成仰拱，封闭成环，根据量测数据确定最佳二衬施工时间，尽早完成二衬施工。2. 工艺工法特点a. 根据黄土隧道的断面尺寸、埋深和黄土的含水量等特性，并结合目前国内施工机械设备实 际情况，经过不同步长工况下监控量测数据对比分析，形成了大断面黄土隧道三台阶七步开挖工 法的各个步距要求。b. 初期支护由钢拱架、钢筋网片、锚杆、锁脚锚管、超前小导管、喷射混凝土等组成。c. 大断面黄土隧道采用新奥法施工，合理安排工序衔接，可加快施工进度，缩短工期。d. 在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转
3、换施工工序，调整施工方法。e. 适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。f. 在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。g. 采用监测信息化技术指导施工，使施工及成本始终处于受控状态。3 适用范围本工艺工法适用于在黄土地区修建的大断面铁路、公路隧道、地铁隧道施工，对黄土地区修 建的其他地下项目亦有借鉴意义。4 施工方法a. 隧道开挖。 开挖时，采用人工配合挖掘机械的方式掘进，共分为上、中、下三台阶，上台阶长35m,中台阶长 58m,下台阶长 810m每循环掘进上部 0.8m安装型钢1榀，中部0.8m安装型钢1榀，下部1.6m安装型钢2榀；中部左右两侧掘进应错
4、开2榀型钢，下部掘进应错开3榀型钢；掘进后应及时喷混凝土。仰拱到掌子面距离不大于30m二衬到仰拱的距离不大于 30m=b.初期支护。隧道初期支护采用喷锚支护。格栅钢架每0.8m 榀，钢架间挂钢筋网片，且环向设置$ 25连接钢 间距为1.0m），每榀格栅钢架底脚处布设2根$ 42锁脚锚管 长度不小于3.5m）固定钢拱架，采用 C25混凝土进行喷护。5工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程图见图1,开挖步骤图下图。测量放样打设锚杆、复喷说明：施做初期支护指初喷混凝土、立格栅钢架、打设锁脚锚管、挂设钢筋网、混凝土超前支护 小导管、管棚）三台阶七步开挖法施工工艺流程图上部弧形导坑开挖，施做初
5、期支护5.2操作要点左右错:挖曰.）台阶，施做初期开挖上台阶预留核心5.2.1 施丄准备支第三步：支 （4）部，祠喷 斤夂H. a卅开挖（1）部，初喷砼，c 、-卄“心卄，八a安装、（水管、冈架线敷设、施丄便道、施丄场地布置，机安设备 部员配 疗、审设锁脚锚杆莖钢筋网 防排水打施杆修建环保挂钢筋网，打锚杆，喷7砼:犁筋网，圭左右错开开挖下台阶，施做初期支 b.根据设计资料详细分析了解坝目地质、当地水文地质情况，制定合理的第四步：开挖（6）部，初喷砼, 室量装建6围岩钢架 稳定性评介打修杆， 正支护参数喷砼。勺施工方案和施丄措施，制定施工监控量测方案及沉降观测计下台阶预留核心土步骤挖后a.上台阶
6、弧形开挖，开挖（8）部，初喷砼，初喷混凝土，（安装钢支撑， 挂钢筋网，打锚杆，喷砼并初期支护封闭，具体施丄步骤如下:11 施做仰拱，开挖每循环0.8m第六开挖后及时 开挖（10）部，初喷砼， 仰拱填充法施工丄序长不小示意图.5m），然后安装装冈筋网片，稱 挂钢筋网，打锚杆，喷砼。，弧形开挖作业高度和宽度为匸2：血撕面黄士隧道采用弧形H人工及风镐配合挖掘机并施作锁脚锚管支撑相互焊联，喷混凝土。钢支撑脚板在没有连接成环之前必须支垫踏实。b.开挖上台阶核心土，创造中台阶施工条件。気工条件采用单侧或两侧开挖施工，开挖作业宽度 挖后及时初喷!c.施作锁脚锚疋r第七步：开挖（12）部土，开挖每循环1.连接
7、$ 42,每一分步开挖完 O后图中序号表一次安装序富 打设超前小导次装后长不I管,25砼4打设锁脚锚杆3.挂杆，喷砼，第 2、5、7、9、11、14道 工序包括挂网、锚杆、钢架、喷砼等所有的初期支护。52.叶，中间暂留核心寸接通过螺栓支撑与上部钢筋网片，钢支撑相互焊联，喷第八步：开挖（13）部,初喷砼，安装（13）部钢架，喷砼混凝土。同样钢支撑脚板在没有连接成环之前必须支垫踏实。中台阶开挖、支护施工，两侧前后 错开距离2钢拱架长度。d. 开挖中台阶核心土，创造下台阶施工条件。e. 下台阶视施工条件采用单侧或两侧开挖施工，开挖作业宽度1.52.0m，中间暂留核心土，开挖每循环1.6m,开挖后及时
8、初喷混凝土，一次安装2榀钢支撑与中部钢支撑对接通过螺栓连接牢固，施作锁脚锚管固定 5mm1B) 2 次/d ; K u V 51 2B) 1 次/d ; 0.5 u v1 1 2B) 1 次/2 3d; 0.2 u V 0.5 2 5B) 1 次/3d ; u V 0.2 5B) 1 次/7d。0.1mm3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等每1030M 一个断面，1个占1八、1mm注：B隧道开挖宽度，u 变形速速6劳动力组织因为黄土隧道施工进尺短，人员安排多则浪费，安排少则不能正常工作，人员 配置很重要，通过实践，总结出一个工作面比较理想的人员配置如表2。表2单工作面作业劳动组织表序号工作
9、项目作业内容人数1开挖风镐手6矿用电钻手2挖掘机司机2自卸车司机62初期支护型钢加工6钢筋网片加工2钢架安装8喷射混凝土15混凝土搅拌运输罐车司机43混凝土生产混凝土搅拌机司机3装载机司机2机械修理工14测量及其他技术贝2测工45其他队长1技术负责人1质检项目师1专职安全员1实验员2电工3修理工2空压机司机3调度3辅助人员57主要机具设备弧型导坑三台阶七步法掘进用配套机械多，施工时合理安排机械不但可以加快 施工进度同时还可以节约施工成本。根据机械工作能力和实际工作量，单个工作面主要机械配备如表3表3单个开挖面机械设备配备表序号作业机具设备名称规格型号单位数量备注1施工通风轴流式通风机SDFC
10、-NO110台1通风2施工照明低压变压器24v,10kw台2掌子面及二衬施工平台3施工用电发电机250kw台1备用变压器500kw台1施工及生活用电4开挖挖掘机PC-300-6台1开挖东风 斯太尔）自卸车15t辆3出碴空压机LWJ-20/7-1台3高压供风风镐台10矿用电钻0 50台5掘进打锚管、锚杆5初期支护工字钢弯曲机GW1-2001台1型钢加工钢筋弯曲机GWV台1钢筋加工钢筋切断调直机GQ1台1钢筋加工等离子切割机GWV台1钢板切割交流电焊机BX1-500台6钢架、网片加工及安装台式钻床24025台1钢板加工压浆机台1锚杆注浆混凝土湿喷机TK-500台3喷浆6量测及测量仪器全站仪莱卡40
11、2台1方向控制水准仪莱卡N2台1标高控制塔尺5m个2标高控制精密水准仪莱卡N2台1沉降观测因瓦尺个2收敛仪JSS30A个2量测锚杆拉拔仪BL 150B个1锚杆拉拔应力测试仪套1应力测试8质量控制8.1易出现的质量问题大断面黄土隧道富水地段容易发生坍塌掉块，变形加速。开挖进尺不当，造成局部坍塌。开挖步距过大，闭环时间过长，钢架发生变形。8.2保证措施8.2.1 施工中采用增设锁脚锚管、放大拱脚和墙脚、增加纵向连接导管和增强基 底承载力等措施，有效防止了初期支护整体沉降。同时应切实做好监控量测工作，及 时进行数据分析，动态调整支护参数和预留变形量。8.2.2 严格施工技术交底制 , 对作业人员定期
12、进行质量教育和考核 , 教育作业队 人员严格按设计及规范要求施工 , 确保施工项目质量。8.2.3 上台阶开挖进尺为 1 榀型钢的间距，中台阶开挖进尺为 2榀型钢的间距， 下台阶开挖进尺为 3 榀型钢的间距。8.2.4 加强监控量测，及时反馈信息，依量测数据为依据，提高应变能力。8.2.5 钢架、锚喷网支护要紧跟开挖进行，以利于发挥围岩的自承能力，保证施 工安全。8.2.6 钢架安装间距误差要求在 10cm 内，锚杆间距误差在 15cm 内，锚杆长 度不小于设计长度的 95%，钢筋网片搭接长度误差在 5cm 内，钢架安装垂直度误差 在2内，型钢、网片、连接管之间焊接焊缝应饱满，不应有假焊漏焊现象。827掌子面与仰拱之间距离不大于30m仰拱与衬砌之间距离不大于 30m8.2.8 材料采购前对分供方进行评定，选择合格的分供方厂家购料。所购材料必 须附有说明书、合格证、技术检验证等质量证件，并满足项目要求。8.2.9 进入工地的主要材料严格按规定和设计要求把关，所有厂制材料须有出厂 合格证和必要的检验、实验单。对进场料、设备按技术质量标准、样品进行严格检 验，并事先确定重点检验料。8.2.10 严格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各种添加剂。9 安全措施9.1 主要安
