智文忠、程鹏、崔乐超
1.前言
大断面软岩隧道施工中，传统的施工方式有双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，这些施工方式进度慢、工效低、存在必然的局限性，如：限制了大型施工机械的利用，大体靠人工开挖，工效低、速度慢，难以知足客运专线工期要求；拆除临时支护时，正洞初期支护会因突然卸载而显现大的变形，存在平安风险；各分部开挖面循环衔接性差，彼此干扰大，施工质量得不到充分保证；临时支护反复拆除，本钱投入大等。而目前国内大断面软岩隧道施工中，咱们往往会面临以下问题：对工期紧迫性的要求，需组织快速施工；工程水文地质复杂，可变性大，须选择一种能适应地质转变而迅速过渡的施工方式；能较大限度地发挥大型施工机械的优势，以求最正确的施工进度；把长期施工实践所积存的作业适应融合于施工方式中，做到高工效，易把握，达到快速形成施工能力的目的等要求。
借鉴近几年大断面隧道施工的成功体会，规避传统施工方式的局限性，以加速隧道施工进度、保证隧道施工平安、提高施工质量为目的，在重庆沿江高速公路隧道施工中，提出了三台阶七步开挖法施工的工艺流程、施工步骤、操纵要点、劳动组织、机具设备等，突出大断面软岩隧道开挖施工的技术特点，总结完善形本钱工法。
2.工法特点
施工空间大，方便机械化施工，能够多作业面平行作业。部份软岩或土质地段能够采纳挖掘机直接开挖，工效较高；
在地质条件发生转变时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方式； 适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便利；
在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右侧错开开挖，利于开挖工作面稳固； 当围岩变形较大或突变时, 在保证平安和知足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时刻；
3.适用范围
本工法适用于开挖断面为I级公路二车道和三车道，具有必然自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。不适用于围岩地质为流塑状态、洞口潜埋偏压段（但通过反压处置或施作超前大管棚后可采纳）。
4.施工工艺
“三台阶七步开挖法”，是在隧道开挖进程中，是以弧形导坑开挖预留核心土为大体模式,分上、中、下三个台阶七个开挖面，以前后七个不同的位置彼此错开开挖，分部及时支护，形成支护整体，缩短作业循环时刻，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推动的隧道施工方式。
5.施工工艺流程及操作要点
施工工艺流程施作仰拱
施作仰拱填充 施作仰拱 分段开挖隧底，施作初期支护 左右错开开挖下台阶，施作初期支护 开挖上、中、下台阶预留的核心土 满足 左右错开开挖中台阶，施作初期支护 围岩稳定性评判、修正支护参数 断面检查 上部孤形导坑开挖，施手初期支护 超前支护 测量放样 图施工工艺流程图 三台阶七步开挖发施工步骤
施工步骤见附图，开挖透视见附图，施工工序见附图
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，核心土长度宜为3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺应依照初期支护钢架间距确信，最大不得超过
m，开挖后立即初喷3～5cm混凝土。 上台阶开挖矢跨比应大于，开挖后
应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架双侧边沿按下
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、3步，左、右边中台阶开挖：开挖进尺应依照初期支护钢架间距确信，最大不得超过1.5m，开挖高度一样为3～3.5m，左、右边台阶错开2～3m，开挖后当即初喷3～5cm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，紧贴钢架双侧边沿按下倾角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。
附图开挖步骤图
附图开挖透视
施工步骤：
第1步：施作超前支护后，开挖拱部弧形导坑，预留核心土，施作拱部初期支护； 第2、3步：开挖左右侧中台阶并施作初期支护； 第4、5步：开挖左右侧下台阶并施作初期支护； 第6步：分别开挖上、中、下台阶核心土； 第7步：开挖隧底并施作仰拱初期支护封闭成环。
注：1、上台阶开挖高度不小于上台阶开挖跨度的0.3倍，一般为3.0-4.0m。 2、中下台阶开挖高度为隧道总开挖高度（不含仰拱）减去上台阶开挖高度后平均分配，一般为3.0-3.5m。 3、上台阶核心土长度（隧道纵向）3.0-5.0m,高度1.5-2.5m,宽度为上台阶开挖跨度的L/3-L/2。1324116-16-26-37初期支护仰拱5仰拱填充6-16-26-371351核心土6236456栈桥7124 1 24116-16-26-37135初期支护23≥1.0m超前支护超前支护
45栈桥74-6m3～5m2～3m2～3m2～3m2～3m15-25m施工工序正面示意图施工工序纵断面示意图
附图施工工序图
第4、5步，左、右边下台阶开挖：开挖进尺应依照初期支护钢架间距确信，最大不得超过1.5m，开挖高度一样为3～3.5m，左、右边台阶错开2～3m，开挖后当即初喷3～5cm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，紧贴钢架双侧边沿按下倾角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，开挖上、中、下台阶预留核心土：别离开挖上、中、下台阶预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。
第7步，隧底开挖：每循环开挖长度宜为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。
三台阶七步开挖法施工要点
5.3.1采纳三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，并依照工程水文地质转变情形，及时调整各部台阶长度或施工方式，采取相应的技术方法，及早封锁成环，保证施工平安。
5.3.2采纳三台阶七步开挖法施工的隧道，应依照工程水文地质条件，按设计要求做好超前支护，避免围岩松弛，保证隧道开挖平安。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行增强。
5.3.3三台阶七步开挖法施工应符合以下要求：
1. 以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；
2.弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；
3.其他分步平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封锁成环； 4.仰拱紧跟下台阶，及时闭合组成稳固的支护体系；
5.施工进程通过监控量测，把握围岩和支护的变形情形，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工平安；
6.完善洞内临时防排水系统，避免地下水浸泡拱墙脚基础。
6.材料与设备
材料：本工法利用的材料都是经常使用的，不作说明。
设备：本工法操作简单，单作业面施工机具配备见表6-2-1，可依照施工现场情形酌情调整。
6-2-1 单作业面施工机具配备
序作业项目 号 电动压风机 双液注浆机 风镐 风动凿岩机 1 开挖 挖掘机 自卸车 装载机 泥浆泵 钢筋切断机 钢筋折弯机 电焊机 2 初期支护 电焊机 台式钻床 搅拌机 BX—400 SP-25A JS500 台 台 台 2 1 2 CAT320C 20t 小松WA470 100m/h QJ40—1 40 BX—300 3机具设备名称 规格型号 20m/min 4m/h G10 YT-28 33单位 台 台 台 台 台 辆 辆 台 台 台 台 数量 5 2 8 15 备注 高压供风 注浆 开挖修边 系统锚杆、超前支护、局部爆破钻眼 1 6 2 2 1 1 5 开挖、装碴 出碴 装碴 排水 加工钢筋 加工钢筋 加工钢架、格栅及 其他钢构件 加工钢构件 加工钢构件 拌合混凝土 湿喷机 全站仪 3 量测仪器 水准仪 铟钢尺 4
通风 通风机 TK961 索佳SET2130R PENTAXAP-128 台 台 台 个 台 3 1 1 2 1 喷射混凝土 2×110kw 7.质量操纵
工程质量操纵标准
本工法以《公路隧道施工技术标准》，《公路隧道施工技术细那么》，《公路工程质量查验评定标准》进行质量操纵。
质量保证方法
7.2.1在知足作业空间和台阶稳固的前提下，应尽可能缩短台阶长度，核心土长度应操纵在3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。
7.2.2三台阶七步开挖法施工应严格操纵开挖长度，依照围岩地质情形，合理确信循环进尺，每次开挖长度不得超过1.5m；开挖后当即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时刻。
7.2.3严格按设计要求施作超前支护，操纵好超前支护外插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的爱惜下施工。
7.2.4隧道周边部位应预留30cm人工开挖，其余部位宜采纳机械开挖，局部需要爆破时，必需采纳弱爆破，不得超挖。施工时应严格操纵装药量，减少对围岩的扰动。
7.2.5钢架应严格按设计及标准要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上，严禁拱（墙）脚悬空或采纳虚碴回填。钢架应与锁脚锚杆（管）焊接牢固。
7.2.6隧道超挖部位必需回填密实，严禁初期支护背后存在空洞。必要时初期支护背后应进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。
7.2.7应增强监控量测工作，依照量测结果，及时调整支护参数，确信二次衬砌施作时刻，进行信息化施工治理。
7.2.8应完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚及在施工现场漫流，避免基底承载力降低。本地层含水量大时，上台阶开挖工作面周围宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部或双侧排水沟排出洞外。必要时应配合井点降水等方法，降低地下水位至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。
8.平安方法
本工程严格执行《中华人民共和国平安生产法》和《平安生产条例》等相关法律法规。 隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶及洞口排水沟应铺砌，用砂浆抹面，避免地表水及施工用水下渗，阻碍结构平安。
三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽可能减少围岩暴露时刻，幸免因长时刻暴露引发围岩失稳。
8.2.1初期支护应及时封锁成环，全断面初期支护闭合时刻宜操纵在15d左右；
8.2.2仰拱应超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜操纵在30～40m。铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。
8.2.3关于土质隧道，衬砌应紧跟仰拱施工，一样为15～20m，衬砌距开挖掌子面最大不得超过60m；关于岩石爆破隧道，衬砌距开挖掌子面距离须知足爆破距离要求；
中、下台阶左、右边开挖应错开，严禁对开，左右边错开距离宜为2~3m。
施工进程中可采纳增加拱（墙）脚锁脚锚杆（管）、增设钢架拱（墙）脚部位纵向连接筋、扩大拱（墙）脚初期支护基础及增设拱（墙）脚槽钢垫板等增强拱（墙）脚承载力等方法操纵变形。
9.环保方法
本工法严格执行国家标准和本地的有关环保政策和有关规定。 施工现场依照设计统一计划、业要紧求和施工环保的要求进行实施。
污水处置采纳多级沉淀池过滤沉淀。处置的工艺流程为：污水—搜集系统—多级沉淀—沉淀净化处置—排入河道。
严禁乱倒、乱卸。施工现场设密闭式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按规定分开搜集，做到每班打扫，每班清运。
施工道路上要适量洒水，减少粉尘污染。
隧道施工应增强洞内通风，作业环境应符合职业健康及平安标准。
10.效益分析
经济效益
大断面软岩隧道施工采纳“三台阶七步开挖法”，在经济效益方面尤其突出，与传统的大断面隧道CRD法施工比较，要紧有以下几个方面的优势：一是拓展了隧道的施工空间，能够做到大型施工机具生产效率最大化，幸免了CRD法作业空间小、限制了大型施工机具利用的为难局面，进一步提高了单位时刻内的施工产值，缩短了整个单位工程的施工工期；二是降低了人工用量和劳动强度，
节约了工费本钱，由以往密集型劳力施工转变成机械化、程序化施工；三是采纳“三台阶七步开挖法”施工没有临时支护环节，节约了大量的临时支护本钱，减少投资浪费；四是工程质量知足验标要求，操作便利，推行性强；
以重庆沿江高速公路古树岩一、2号隧道为例，与传统的大断面隧道CRD法施工相较，采纳“三台阶七步开挖法”，有效地发挥了大型施工机具的利用效率，施工进度达到了月平均90-100m/月，经济效益显著。
社会效益
古树岩一、2号隧道采纳三台阶七步开挖法施工技术，领先重庆沿江高速公路全线其它重难点隧道工程，第一个顺利贯通，受到了设计单位、监理单位、其他施工单位的一致好评。冲破了大断面隧道平安风险高、施工进度慢、施工难度大这一难题，社会效益显著。
环保效益
该工法施工现场依照设计统一计划、遵循业主和施工环保要求进行实施，隧道地下水及施工用水从核心土开槽引排至集水井，既不阻碍施工又方便污水处置。施工现场设密闭式垃圾站，施工垃圾和生活垃圾按规定分开搜集，做到每班打扫，每班清运，施工环境粉尘污染少。该工法施工速度快、本钱低，可节约大量能量资源，环保、节能效益良好。
11.工程实例
在沿江高速公路后续动工的总长6017米的新屋基特长隧道和2000米的佛儿岩隧道、塘垭口隧道、晒顶堡隧道等，均采纳三台阶七步法，取得了平安、质量、进度的良好效果。
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