公路隧道三台阶七步法施工技术

2021-12-02张宏伟

商品与质量 2021年44期

张宏伟

山西昔榆高速公路有限公司山西太原 030006

1 项目背景

此公路工程项目的全线长度是18.37km，起讫桩号是K32+520--K50+890，采用的是双向四车道，设计的行车速度是100km/h。此项目包含了一座隧道项目，结合隧道项目现场地形与地质条件等，确定隧道施工选择三台阶七步法，以“喷+锚+网”等相结合的模式构建初期支护结构，通过钢筋混凝土实现二次衬砌，同时采用超前小导管注浆、新奥法等实现隧道的安全施工。

2 三台阶七步法技术原理

三台阶七步法指的是采用超前支护与开挖面快速封闭等有关方法，其能够显著增强围岩结构稳定性，尤其适用于破碎带自稳定性能较弱施工段。同时综合利用预留核心土、二次衬砌以及仰拱等方法，能够实现围岩变形约束，防止围岩变形趋势扩大，从而提升支护结构稳定性[1]。从三台阶七步法施工方面分析，有效利用支护结构与各项辅助措施，增强软弱围岩结构稳定性与承载力，将软弱围岩从失稳状态转换为稳定状态，同时闭合成环初支与二衬都能够提升围岩结构稳定性，确保衬砌与围岩结构的正常使用。

与CD法、CRD法等相关台阶法对比而言，三台阶七步法具有鲜明优势，如施工阶段无需构建临时支撑，且具有大型开挖机使用条件，能够保证隧道施工质量及安全[2]。

3 台阶七步法施工流程与技术要点

3.1 施工流程

此项目中三台阶七步法施工流程详见图1。

图1 三台阶七步法施工流程

步骤1是开挖上部弧形导坑。为了能够保证拱部超前支护的施工效果，需要采用环向开挖方式进行上部弧形导坑开挖，并合理预留核心土（一般长度控制为3m至5m，宽度控制为开挖宽度1/3至1/2），结合初支钢架间隔距离对开挖施工循环进尺进行控制，通常进尺≤1.5m[3]。在开挖轮廓确保精准无误后，紧接着就要实施混凝土初喷，同时设置钢架与复喷，一直到混凝土厚度符合设计规定要求。

步骤2、3，左侧、右侧中台阶开挖。结合初期支护钢架间隔距离情况，合理确定开挖进尺（一般≤1.5m），左侧与右侧台阶错开量应控制为2m至3m，待开挖施工完成之后立即进行混凝土初喷，然后规范安装系统锚杆以及挂设钢筋网，同时接长后实施复喷。

步骤4、5，左侧、右侧下台阶开挖。结合初期支护钢架间隔距离情况，合理确定开挖进尺（一般≤1.5m），左侧与右侧台阶错开量应控制为2m至3m，待开挖施工完成之后立即进行混凝土初喷，然后规范安装系统锚杆以及挂设钢筋网，同时接长后实施复喷。

步骤6，上台阶、中台阶、下台阶预留核心土开挖。严格根据顺序进行台阶开挖施工，并高度重视与实施各项检查工作，确保本台阶无任何质量问题之后才能够实施后续台阶开挖[4]。

步骤7，隧底开挖，建立仰拱初期支护，同时实施仰拱全环封闭处理。

3.2 施工要点

超前支护。综合分析项目现场地形、地质以及水文条件等，然后合理建立超前支护，并且对超前支护外插角进行控制，以保证超前导管注浆施工效果，从而有效发挥超前支护功能，实现公路隧道安全开挖。若是遇到了自稳性比较弱的围岩，通过设置超前支护，能够显著减小隧道施工安全事故率。

开挖要点。以弧形导坑开挖施工为例，必须顺着开挖轮廓线进行环向式开挖，同时合理预留核心土。结合项目实际情况选择“机械+人工”的开挖组合方式。在开挖施工后需要及时进行支护处理，通过初期支护连接成为一个封闭环[5]。实施三台阶七步法开挖过程中应结合具体条件对开挖长度进行控制，尤其要重点分析研究围岩条件，单次开挖量控制是0.6m左右，开挖施工后需要及时初喷混凝土，最大程度上减小围岩暴露时间，从而防止围岩发生失稳现象。

监测与控制。考虑到公路隧道项目施工条件尤为复杂，所以必须重视变形监测和控制，根据具体采集数据信息确定围岩与支护状态，然后合理对支护参数进行调整，科学控制预留变形量，从而保证隧道围岩结构安全与稳定。

施工控制。具体如下：①确保三台阶七步法各步骤之间的有效衔接，严格控制围岩暴露时间，以增强围岩结构安全性；②将上台阶开挖工作面作为基本参考，仰拱间距控制为40m；③以保证台阶稳定性为前提，合理减小台阶长度；④根据设计规定要求制作钢架，确保钢架尺寸精度符合要求。全面清理施工现场，保证基面平整度与稳定性符合要求，同时通过垫设槽钢或是架设支架方式房子拱脚悬空。钢架和锁脚锚杆必须以焊接方式进行连接，以确保安全性；⑤若是出现了超挖段，则采用回填方式恢复如初，但是初支背后必须无空洞，若是需要可以采用注浆方式进行处理；⑥加大项目施工现场防排水处理，以防止积水浸泡拱墙。若是地下水含量比较大，应根据上台阶开挖状况合理设置横向排水沟。

4 安全控制措施

4.1 超前地质预报

公路隧道项目施工现场条件比较复杂，一般会包含断层、软质围岩等，所以施工之前必须进行全面勘察，组织专业人员负责超前地质预报工作，通过地质雷达、钻探等技术方式分析研究勘察数据，并通过相互验证实现地质情况的准确判断，制定合理、可行的处理措施，以最大程度上降低隧道施工安全风险。若是实际地质条件和地质预报结果不相符，则应上报设计单位并进行现场核实，结合具体状况调整方案，从而保证隧道安全施工。

4.2 围岩监控量测

从公路隧道项目施工方面分析，监控量测直接决定着隧道施工安全及质量。通过监控量测能够结合具体数据情况准确判断围岩状态，为支护施工提供有效的参考依据，实现初期支护各项参数的动态调整。监控量测必须保证持续性，安排专业技术人员负责，并采用先进监测方式，确保各项数据真实、有效、准确。针对浅埋围岩等特殊段必须增加监控量测频率，以免浅埋围岩出现变形等情况。根据监控量测数据对开挖循环进尺进行合理调整，若是条件允许则可以缩短台阶开挖长度，严格按照规范要求进行支护施工，从而实现公路隧道安全施工。

4.3 综合控制措施

首先认真做好技术交底工作，高度重视项目全体施工技术人员的岗前教育培训工作，切实提升其质量、安全意识，精准把握三台阶七步法技术要点，规范施工。其次每循环施工都必须完成测量放样工作，从而防止出现超挖、欠挖问题。定期检查提前布设的测量控制点，采取一系列措施有效保护测量控制点，尤其要保证隧底下沉与上鼓时不会损坏测量控制点。