隧道三台阶七步开挖方法.pdf

隧道三台阶七步开挖方法涉及隧道施工领域，具体是涉及一种大断面隧道三台阶七步开挖法。主要是为解决目前隧道开挖工程质量差，进度慢等问题而发明的。大断面隧道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，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的施工方法；施工工序及步骤为：上部弧形导坑开挖；左、右侧中台阶开挖；左、右侧下台阶开挖度；上、中、下台阶预留核心土；隧底开挖；初期支护应在开挖后立即施作；初期支护步骤为：初喷混凝土封闭岩面；安装钢架；钢筋网施作；喷射混凝土；系统锚杆；仰拱施工，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。优点是工程质量好，高工效。

1.  隧道三台阶七步开挖方法，其特征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；
其施工工序及步骤为：
第一步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2；开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5    m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土；上台阶开挖矢跨比大于0.3，开挖后及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第二、三步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5m，开挖高度为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第四、五步，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5  m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第六步，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致；
第七步，隧底开挖：每循环开挖长度为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m；
三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆管、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力；初期支护应在开挖后立即施作；
初期支护步骤为：
一、初喷混凝土封闭岩面；
a、初喷混凝土应在开挖后立即进行；
b、用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉；
c、工作面滴水或淋水时，采用钻孔埋管做好引排水；大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干喷形式快速封闭渗水岩面；
d、喷射混凝土须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求；
e、喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接；喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动；
二、安装钢架：
a、拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置→施作定位锚杆→架设钢架→布设纵向连接筋；
b、墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板→施作定位锚杆→对应拱部单元架设墙部钢架单元→布设纵向连接筋；拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接；
c、加强钢架拱墙脚锁脚锚杆施工，各台阶每单元钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设4根或4根以上锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不小于22mm，锁脚锚管直径不小于42mm，长度不小于3.5m，以控制基脚变形；
三、钢筋网施作：
a、钢筋网采用φ8mm的HPB235钢制作，网格尺寸采用20cm×20cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接；
b、钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不大于3cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不小于4cm；
四、喷射混凝土：
厚度按设计要求，二次复喷混凝土分层喷射，每层厚宜为5～6cm；
五、系统锚杆：
初喷混凝土后应及时施作锚杆，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺；
仰拱施工：
隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2～3m；当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖；
 隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5cm厚混凝土封闭岩面，按照要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环；
 仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度为4～6m，仰拱应采用浮放模板支架成型；仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。

隧道三台阶七步开挖方法
技术领域：
本发明涉及隧道施工领域，具体是涉及一种大断面隧道三台阶七步开挖法。
背景技术：
    隧道开挖施工方法主要有全断面开挖法、台阶开挖法和分部开挖法三种。其中台阶开挖法包括正台阶二步开挖法、三台阶开挖法等；分部开挖法包括中隔壁法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法等。
隧道开挖施工，需要综合考虑各方面的因素，采用传统开挖施工方法，往往只能解决某一方面的问题，在安全、质量、进度、经济效益等方面得不到兼顾。施工中容易产生拱顶整体下沉等问题，存在施工安全得不到保证、工程质量差、各步序施工相互干扰较大，施工进度较慢，工效低等问题。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题提供一种能保证安全，工程质量好，各步序施工相互干扰小，施工进度快的隧道三台阶七步开挖方法。
上述目的是这样实现的：大断面隧道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；
其施工工序及步骤为：
第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2；开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5 m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土；上台阶开挖矢跨比大于0.3，开挖后及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第2、3步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5m，开挖高度为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第4、5步，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5   m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第6步，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致；
第7步，隧底开挖：每循环开挖长度为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m；
三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力；初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力；
初期支护步骤为：
1、初喷混凝土封闭岩面；
a、初喷混凝土应在开挖后立即进行；
b、用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉；
c、工作面滴水或淋水时，采用钻孔埋管做好引排水；大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干喷形式快速封闭渗水岩面；
d、喷射混凝土须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求；
e、喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动；
2、安装钢架：
a、拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置→施作定位锚杆→架设钢架→布设纵向连接筋；
b、墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板→施作定位锚杆→对应拱部单元架设墙部钢架单元→布设纵向连接筋；拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接；
c、加强钢架拱（墙）脚锁脚锚杆（管）施工，各台阶每单元钢架拱（墙）脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设4根或4根以上锁脚锚杆（管），锁脚锚杆（管）与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不小于22mm，锁脚锚管直径不小于42mm，长度不小于3.5m，以控制基脚变形；
3、钢筋网施作：
a、钢筋网可采用为φ8mm的HPB235钢制作，网格尺寸采用20cm×20cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接；
b、钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不大于3cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不小于4cm；
4、喷射混凝土：
厚度按设计要求，二次复喷混凝土分层喷射，每层厚宜为5～6cm；
5、系统锚杆（管）：
初喷混凝土后应及时施作锚杆，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺；
仰拱施工：
隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2～3m；当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖；
 隧底开挖后，应及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5cm厚混凝土封闭岩面，按照要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环；
 仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度为4～6m，仰拱应采用浮放模板支架成型；仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。
本发明的优点是：能保证安全，工程质量好，各步序施工相互干扰小，施工进度快，可变性大，能适应地质变化而迅速过渡，能较大限度地发挥大型施工机械的优势，能够做到高工效、易掌握、达到快速形成施工能力的目的。
具体实施方式：
大断面隧道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；
其施工工序及步骤为：
第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2；开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5 m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土；上台阶开挖矢跨比大于0.3，开挖后及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第2、3步，左、右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5m，开挖高度为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第4、5步，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不超过1.5   m，开挖高度一般为3～3.5m，左、右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm厚混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度；
第6步，上、中、下台阶预留核心土：各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致；
第7步，隧底开挖：每循环开挖长度为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6m；
三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力；初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力；
初期支护步骤为：
1、初喷混凝土封闭岩面；
a、初喷混凝土应在开挖后立即进行；
b、用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉；
c、工作面滴水或淋水时，采用钻孔埋管做好引排水；大面积潮湿的岩面采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干喷形式快速封闭渗水岩面；
d、喷射混凝土须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求；
e、喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动；
2、安装钢架：
a、拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置→施作定位锚杆→架设钢架→布设纵向连接筋；
b、墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板→施作定位锚杆→对应拱部单元架设墙部钢架单元→布设纵向连接筋；拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接；
c、加强钢架拱（墙）脚锁脚锚杆（管）施工，各台阶每单元钢架拱（墙）脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设4根或4根以上锁脚锚杆（管），锁脚锚杆（管）与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不小于22mm，锁脚锚管直径不小于42mm，长度不小于3.5m，以控制基脚变形；
3、钢筋网施作：
a、钢筋网可采用为φ8mm的HPB235钢制作，网格尺寸采用20cm×20cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接；
b、钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不大于3cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不小于4cm；
4、喷射混凝土：
厚度按设计要求，二次复喷混凝土分层喷射，每层厚宜为5～6cm；
5、系统锚杆（管）：
初喷混凝土后应及时施作锚杆，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺；
仰拱施工：
隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2～3m；当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖；
 隧底开挖后，应及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5cm厚混凝土封闭岩面，按照要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环；
 仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度为4～6m，仰拱应采用浮放模板支架成型；仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。