三台阶七步开挖法在浅埋软弱围岩大断面隧道中的应用

摘要 介绍三台阶七步开挖法在浅埋软弱围岩大断面隧道施工中容易出现的问题以及处理方法，为三台阶七步开挖法在同类隧道中的应用提供了一些可借鉴的经验。

关键词 三台阶七步开挖法大断面浅埋软弱围岩隧道施工技术

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

1工程施工概况

高枧槽隧道位于沪昆客专云南段曲靖北～嵩明区间，隧道进口里程D1K1074+255，出口里程D1K1074+890,隧道全长635m。隧道最大埋深约40m，最小埋深10m。全隧均为Ⅴ级围岩，围岩以全风化及强风化泥灰岩为主。本隧按速度目标值350km∕h客运专线隧道设计，每延米开挖量为154.61m3 。

考虑到三台阶七步开挖法可充分发挥大型机械效能、加快施工进度、降低造价，选择该工法进行施工。

2施工中出现的问题

隧道从进口独头掘进，自D1K1074+510开始，上、中、下台阶揭示围岩主要为全风化泥灰岩，洞内地下水不发育，但受地表降雨影响严重，下雨后土体含水率增大，承载力下降。根据监控量测资料显示，最大日沉降量位于D1K1074+585， 7月14日一次沉降116mm，累计最大沉降量位于D1K1074+560，达86cm。开挖支护过程中初支整体沉降较大，钢架封闭成环后沉降立即得到控制。隧道地表多处发生沉降、开裂，从D1K1074+510地表一直跟随掌子面开挖发生开裂，裂缝为纵向裂缝和环向裂缝，纵向裂缝在隧道右侧距隧道中心7m左右，纵、环向裂缝均跟随掌子面发展，最大地表裂缝宽度达10cm。沉降观测点最大沉降量达到54cm。

3原因分析

三台阶七步开挖法施工工序为：首先开挖上台阶弧形导坑，并预留核心土，立钢架进行喷锚支护；其次交错开挖阶并立钢架进行喷锚支护；接下来按同样方式交错开挖下台阶并进行支护；然后挖除断面中部预留的核心土，并开挖仰拱，施做初期支护和仰拱混凝土；最后在监控量测的基础上及时施做二次衬砌。从工序看，虽说三台阶七步开挖法对隧道断面进行了分部开挖，但上中下台阶开挖后只是对隧道拱墙部位施做初期支护，横向上并没有临时支撑，也就是支护没有及时成环，在围岩软弱、自稳能力差的情况下，施工过程中若拱脚不稳，容易造成初期支护整体下沉变形。

4处理方案

4.1 加强超前支护

原设计拱部采用Φ42小导管超前支护，小导管壁厚3.5mm，长4.0m，每环50根，环向间距0.4m，纵向1.2m /环，按水平与45度外插角交替布置。小导管前部钻注浆孔，孔径6～8mm，孔间距10～20cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段。注浆压力为0.5~1.0MPa。

处理措施为拱部改设Φ76中管棚加强支护，中管棚壁厚6mm，长8.0m，每环50根，环向间距0.4m，纵向6m /环，,外插角控制在10～15度。中管棚采用热轧无缝钢管制成，管壁须钻注浆孔，孔径8～10mm，孔间距10～20cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段。注浆压力一般为0.5~1.0MPa。有必要时可加设大外插角小导管配合中管棚使用。中管棚布置及构造详见图1～图3：

4.2 增设锁脚锚管

每台阶钢拱架拱脚处增设2根锁脚锚管，并保证锁脚锚管与钢拱架焊接牢固。锁脚锚管采用Φ42钢花管，壁厚3.5mm，长4.5m，两根锚管与水平夹角分别为向下20度、40度。锁脚锚管设置详见图4：

4.3 增设纵向托梁

在上阶钢拱架两侧拱脚处增设纵向托梁,托梁采用I18工字钢在两榀拱架翼板槽内进行栓接，距拱脚10cm, 托梁腹板上割两个孔，能满足Φ42mm钢管打入，托梁施工完成后，在托梁孔内打入2根4.5m长小导管并与托梁焊接牢固，小导管与水平夹角为向下60～70度。托梁能增加钢架之间的整体性，使其共同承受围岩压力。

4.4 增设临时仰拱

在阶增设临时仰拱，临时仰拱钢架采用I18工字钢，每两榀设置一道，钢架之间设置Φ8钢筋网片@20cm*20cm，临时仰拱厚度为10cm，采用C30喷射混凝土。具体设置见图5：

4.5 施工中需注意的重点

施工中应注意控制台阶长度，不可掘进长度过大，否则会对围岩和支护的稳定性产生不利影响。仰拱和二衬要紧跟掌子面，及时跟进仰拱保证初支尽快成环，提高初支的稳定性，控制初支下沉；及时跟进二次衬砌，保证后方围岩稳定，并可为前方开挖段提供纵向支撑作用。加强监控量测，以监控量测信息反馈施工，若发现短时间内支护结构变形过大，拱顶下沉速率增大，可及时上措施，保证施工安全。

5方案实施后的效果

方案实施后有效的控制了初支下沉，地表开裂未进一步发展，现隧道已顺利贯通。

6结束语

三台阶七步开挖法因其充分利用大型机械、加快施工进度，降低造价等优点，在隧道施工中的应用越来越多。本文对该工法在浅埋软弱围岩大断面隧道施工过程中容易产生的初支沉降过大进行了探讨，并提供了处理方法，为该工法在同类型隧道中的应用提供借鉴。

参考文献

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