三台阶临时仰拱法

吴晔 丁卫林

摘　要：

研究目的：探讨有关隧道开挖施工技术。

研究方法：通过对隧道三台阶法开挖的工程实例,对此类隧道开挖的施工工艺、质量控

制方法及注意事项进行了详细的阐述。

研究结果：为隧道三台阶法开挖提供了可靠的数据和参考依据，为我国在新建客运专

线积累了宝贵的经验。

研究结论：三台阶临时仰拱法临时仰拱是关键关键词：开挖 台阶 临时仰拱

1.前言

目前隧道的施工方法有多种多样，地质条件较好的隧道在施工方法选择上较为灵活，而地质条件较差的隧道在施工方法选择上有一定的局限性，主要体现在安全与效益的有机协调统一上。三台阶临时仰拱法主要应用于软弱围岩隧道中,从上而下分三个台阶进行开挖，各台阶成环受力的施工方法。2.工法特点

2.1 施工空间大。方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩活土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。

2.2 在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。

2.3 适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

2.4 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。

2.5 当围岩变形较大活突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。

2.6 各部开挖及支护自上而下，步步成环，及进封闭，各分部封闭成环时间短，临时仰拱能有效阻止支护结构的水平收敛，减少隧道围岩变

形。

3.适用范围

本工法适用于开挖断面为100～180m2，具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。4．工艺原理

　　三台阶临时仰拱法就是将大断面划分成自上而下三个小单元进行开挖，缩小开挖断面；采用临时仰拱就是使每个小单元及时封闭成环，形成环向受力，有效地发挥初期支护整体受力效果，有效阻止支护结构变形。

5．施工工艺流程

采用短台阶，分步平行开挖，爆破施工分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，，既减少对围岩的扰动，又充分利用时间，还增加了爆破临空面，降低炸药消耗。分步平行施作拱墙初期支护，混凝土仰拱超前施作及时闭合构成稳固的初期支护体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变形。全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌，确保了混凝土衬砌施工质量。监控量测信息反馈指导施工，及时调整支护参数。

在断层带、破碎带等自稳性较差地层和富水地层中，则采用大管棚和超前小导管预注浆固结、止水等辅助措施后，上部弧形导坑法短开挖施作拱部初期支护，再左右错位开挖及施作边墙初期支护；混凝土仰拱紧跟下台阶并及时施作尽早闭合成环受力。 5.1 工艺流程（见图5.1.1）

图5.1.1 工艺流程图

5.2 施工方法

5.2.1 开挖（见图5.2.1.1，图5.2.1.2，图5.2.1.3） ①开挖1部台阶；

a 施作1部洞身结构的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架； b 钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度，底部喷10cm混凝土封闭； ②上台阶施工至适当距离后，开挖2部台阶，接长钢架，施作洞身结构的初期支护及封底；

③开挖3部台阶，及时封闭初期支护； ④灌筑该段内IV部仰拱； ⑤灌筑该段内V部仰拱填充；

⑥利用衬砌模板台车一次性灌筑VI部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

图5.2.1.1三台阶临时仰拱法工序横断面示意图图5.2.1.2三台阶临时仰拱法工序纵断面示意图图5.2.1.3三台阶临时仰拱法工序平面示意图

5.2.2初期支护

初期支护是由锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。为保护围岩的天然承载力，初期支护要尽快施作，其施工流程见图5.2.2.1。

图5.2.2.1初期支护施工工艺流程

5.2.2.1初喷混凝土封闭岩面

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，如工作面有滴水或淋水，钻孔埋管做好引排水工作。

从拱脚或墙角向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙角）而不密实，以致强度不够，造成失稳；先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。沿水平方向以螺旋形划圈移动，喷头与受喷面垂直，喷嘴至受喷面距离0.6～1.0m。

喷射混凝土表面应大面平整并呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

5.2.2.2 施作结构锚杆，挂设钢筋网

初喷混凝土后应及时施作锚杆，锚杆必须设置垫板。各台阶初期支护连接处左右均需设不少于2根锁脚锚杆，确保初期支护不失稳。

钢筋网为φ8mm或φ6mm的钢筋焊接而成，网格为20cm或25cm。钢筋网搭接1个网格，网片间采用焊接。

5.2.2.3 安装钢架

钢架是软弱围岩初期支护的重要组成部分，应严格按设计图及设计要求加工制作和架设。

钢架安装注意事项及要求：

①钢架拱（墙）脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的虚碴、虚土及杂物。

②钢架平面垂直于隧道中线，倾斜不大于2°；钢架的任何部位偏离铅垂面不大于5cm。

③为增强钢架的整体稳定性，应将钢架与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固。

④钢架连接接头要牢固。拱脚部位易发生塑性剪切破坏，故该部位接头除栓接外，还应四面帮焊，确保接头的刚度和强度。条件允许时，接头最好采用角钢连接板，便于混凝土全面握裹。

⑤钢架和初喷层间有较大间隙时要设骑马或楔形垫块顶紧；钢架与

围岩的间距不应大于5cm。

5.2.2.4施作拱部超前支护和二次喷射混凝土

拱部按设计参数施作下一循环超前支护，并把该支护尾端焊在钢架上。分层喷射混凝土到设计厚度，每层厚5～6cm；钢架保护层不小于2cm。整个喷射混凝土表面要平顺。 5.2.2.5监控量测、修正支护参数

严格按设计要求进行拱顶下沉和周边收敛位移量测，通过监控量测的信息反馈，及时调整支护参数，以保证衬砌结构的安全。 5.2.3 仰拱施工

在设计有混凝土仰拱地段，拱墙初期支护施工完成后，要及时左右错位跳挖仰拱，安装仰拱钢架，进行仰拱混凝土施工，使初期支护尽早闭合成环构成稳固的初期支护体系，并为运输创造良好环境。 5.2.4 混凝土衬砌

采用可调式防水层作业专用台车按设计材料和技术参数施作防水层，采用无钉孔工艺，并视初期支护的平整情况，将防水板留一定的富余量，以防绑得过紧而被混凝土挤破。

混凝土衬砌采用全断面液压钢模台车、泵送混凝土灌筑。要左右对称灌筑，防止台车偏移。设置制式档头板，以确保施工缝处混凝土质量。