王满兴，李 建，张 楠

（鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），430071，武汉）

三台阶法在鄂北工程纪洪隧洞施工中的应用

王满兴，李 建，张 楠

（鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），430071，武汉）

鄂北地区水资源配置工程纪洪隧洞总长9.85 km，其中有3.7 km土洞段。隧洞出口边坡及隧洞开挖揭露地质情况发现，洞内土体含水量较高，地下水丰富，且含有中等膨胀土，土体稳定性极差。针对施工中出现的问题，鄂北局组织设计、施工、监理等单位对土洞施工方法进行研究论证，最后确定采用三台阶法施工，较好地解决了膨胀土问题。

鄂北地区水资源配置工程；纪洪隧洞；三台阶法

一、工程概述

鄂北地区水资源配置工程纪洪隧洞（桩号 0+000～9+850）长 9.85 km，进口位于取水竖井后，出口位于老河口袁冲乡韩高楼村，隧洞线路走向总体上由西北向东南，隧洞设计引用流量38.0 m3/s，隧洞底板高程142.20～141.12 m。隧洞桩号0+000～6+150段长6.15 km，为岩石隧洞，岩洞设计为城门洞形和马蹄形，过水净宽6.0 m；隧洞桩号6+150～9+850段长3.7 km为土洞，采用马蹄形断面，过水净宽6.0m。

纪洪隧洞3.7 km土洞段，埋深约25～40 m不等，岩性为上更新统琚湾组黏土，存在的主要工程地质问题为土洞塑性变形破坏和膨胀性土在干湿交替环境下的胀缩破坏问题。

土洞段隧洞施工主要难点在于：洞内土体含水量较高，地下水丰富，该段为典型的富含水纯土质隧洞，且在146 m高程处含有中等膨胀土，土体的稳定性极差，开挖后自稳能力极弱，对开挖控制极为不利。

二、施工方法

针对纪洪隧洞土洞段出现的问题，鄂北局组织设计、施工、监理等单位对土洞施工方法进行了研究论证，最后确定采用三台阶法施工。三台阶法共分七步开挖，每层开挖高度约2.5 m。先开挖隧洞上台阶，并及时作临时横撑，采用扩大拱脚区域或应用锁脚锚杆等措施，控制周围岩石的变形和初始支撑变形；当上台阶喷射混凝土达到设计强度的70%后，进行中台阶开挖，开挖步骤完成后进行中台阶临时支撑施工；同理在中台阶喷射混凝土达到设计强度的70%后，再进行下台阶开挖。在实际开挖过程中，宜使上、中台阶的施工进程超前一个循环，之后进行三台阶平行开挖。开挖应按照 “管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的原则进行，在开挖下部工程之前必须保证上部拱架支护系统封闭成环。

1.开挖及初期支护

三台阶法开挖由人工配合机械开挖完成，开挖后即进行初期支护。三台阶法洞身开挖施工工序：

（1）开挖上台阶

①利用洞口的管棚 （洞内Φ40 mm超前小导管）作为本循环超前支护措施。

②开挖上台阶并喷射C25混凝土封闭掌子面，开挖高度为2.6 m。

③进行上台阶的初期支护。即先初喷厚4 cm的混凝土,再铺设Φ10 mm钢筋网片（网格间距200 mm×200 mm），然后人工配合机械架立Ⅰ18 a型钢钢架和Ⅰ16型钢临时横撑。定位于钢架拱(墙)脚以上30 cm高程处，以30°倾角紧贴钢架两侧边缘打入锁脚锚杆（直径40 mm，壁厚5 mm）与钢架牢固焊接，钢架每侧打入2根锁脚锚杆。同时为确保拱脚稳定，预防拱顶下沉幅度过大，宜采用槽钢或木板等措施对拱脚位置进行支垫防护。

④打入Φ25 mm径向锚杆 （长度为3 m，行距为1 m），然后喷涂设计厚度为25 cm的混凝土。 底部设立临时仰拱 （Ⅰ18临时钢框架），并注入15 cm混凝土进行封闭。在开挖过程中，根据周围岩石的地质条件和监测数据及时调整支撑结构的形式，必要时采用圆木加设中间竖撑，保护和加固围岩施工过程。

（2）开挖中台阶

①在滞后上台阶5～10m距离后,先拆除上台阶1～2榀Ⅰ18临时钢架，再人工配合机械开挖中台阶一侧，错开2～3 m（核心土）开挖中台阶另一侧。开挖进尺为1～2榀钢拱架，开挖高度为2.4m。

②在导坑周边部分初喷厚度为4 cm的混凝土。

③Φ10 mm钢筋网片铺设后 （网格间距200 mm×200 mm），然后人工配合机械架立Ⅰ18 a型钢钢架和Ⅰ16临时钢架，打入Φ25 mm径向锚杆后复喷混凝土到设计厚度25 cm。

④架立临时仰拱 （Ⅰ18临时钢架），打入2根Φ40 mm、壁厚5 mm的锁脚锚杆，封闭临时仰拱。

（3）开挖下台阶

在距离中台阶5～10 m后，拆除临时支撑开挖下台阶，将两侧距离错开2～3 m，便于制作钢架，每次循环挖掘2～3 m，开挖高度为3 m。当开挖侧墙时，在拱脚轮廓线以外开挖按30 cm×30 cm×30 cm 扩大。

（4）仰拱开挖和混凝土浇筑

①仰拱开挖，每次挖掘时不超过3～4 m。

②仰拱初始支撑的施工要及时密封成环，封闭位置距离掌子面不大于35 m。

③浇筑Ⅴ部仰拱。

三台阶临时仰拱法施工工序横断面见图1，三台阶七步开挖法施工立体效果见图2，三台阶临时仰拱法施工工艺流程见图3。

图1 三台阶临时仰拱法施工工序横断面图

图2 三台阶七步开挖法施工立体效果图

2.仰拱施工

仰拱开挖应全幅分段进行施工，开挖长度控制在4～6 m，在仰拱开挖时铺设栈桥，施工过程中宜及时支护，并及时密封成环。封闭位置距离掌子面不大于35 m。

开挖仰拱后，应及时清除产生的渣、杂质、泥浆和水，立即采取喷涂3～5 cm厚混凝土的方法闭合岩面，架设仰拱钢架，喷涂混凝土厚度达到设计标准，仰拱初始支撑的施工要及时密封成环。

仰拱应先于拱墙施工进行衬砌，每个周期的浇筑长度为4～6 m。 仰拱混凝土采用分段全幅浇筑成型，不设施工纵缝，在仰拱的变形缝和施工缝内宜设置符合标准的止水带。

图3 三台阶临时仰拱法施工工艺流程图

填充混凝土在仰拱混凝土浇筑成型并终凝后再行浇筑，施工前应清洗仰拱表面，去除表面积水及杂物，一次浇筑成型，不设施工纵缝。

三、施工期围岩量测

为了及时把握开挖过程中周边岩石和支护结构的动态变化，为隧道施工提供科学合理的参考信息，必须依据地质状况和施工条件布设围岩稳定性监测，并根据结果对支护方式、支护参数进行合理调整，确保隧道施工安全稳定。

围岩监测工作必须与开挖过程相匹配，合理设置监控点和量测内容，量测项目可分为必测项目和选测项目，其中必测项目如表1所示。

表1 施工期围岩必测项目

各测点数据依据监测所得，根据表2中的位移速度及量测断面距开挖面的距离确定其对应的量测频率。在实际工作中，如出现异常施工情况时，应适当加大量测频率，保证数据准确性。

表2 量测频率

四、结 语

纪洪隧洞土洞段采用三台阶七步开挖法进行施工后进展顺利，将不良地质条件对施工环境的影响降低，有效保证了人员和设备的安全，确保了施工质量达到设计标准。总结认为：①初期支护要“早闭环”，闭环就控制住了变形。三台阶开挖闭环时间长，上导、中导施工完毕，锁脚锚杆的施工质量是关键；下导施工完毕，仰拱及时跟进是关键。②围岩监测要合理布设观测点，及时掌握围岩应力释放，要充分利用观测数据进行回归分析并指导施工。③开挖过程中要根据监测数据、掌子面情况、渗水情况，实行“岩变我变”，合理控制开挖步距。④顶拱预留10～20 cm的沉降变形量是必要的，能够避免支护因沉降变形出现侵占隧洞衬砌断面的情况。

[1]水工建筑物地下开挖工程施工规范（SL 378—2007）[S].2007.

[2]水利水电工程锚喷支护技术规范（SL 337—2007）[S].2007.

[3]黄河设计公司—中铁二十五局联合体鄂北地区水资源配置工程第1标段项目部.纪洪隧洞洞室开挖专项施工方案[R].2015.

[4]黄河勘测规划设计有限公司.鄂北地区水资源配置工程第1标段施工技术要求[R].2016.

Adoption of three steps method in construction of Jihong Tunnel of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province

Wang Manxing,Li Jian,Zhang Nan

Jihong Tunnel of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province has a total length of 9.85km,among which 3.7km is soil tunnel.According to geological conditions of slope at the outlet of tunnel and excavation,it is found that high water contents of soil,rich groundwater,medium expansive soil and poor stability of soil body are existed.Concerning to these problems,Construction and Management Bureau of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province conducted feasibility studies on construction methods of the tunnel by organizing designer,constructor and supervisors.Finally,three steps method was selected for the construction of tunnel that helped to solve the problem with expansive soil.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;Jihong Tunnel;three steps method

TV68+TV672.1

B

1000-1123（2017）22-0037-03

2017-10-11

王满兴，党委副书记、副局长。

责任编辑 韦凤年