安金龙

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

台阶法是把结构断面分成多个部分，依次开挖、支护施工，其适用性强，操作多变、灵活，作业空间大，各部分可以快速施工，尽快闭合，对一些由于结构变形所引起的地面沉降有利；其不足是各作业面可能会相互影响，需注意下部作业时可能对上部稳定性造成影响，且该方法可能增加对四周围岩的扰动次数。一般来说，这种方法适用于较为软弱的围岩，需要根据实际情况选择合适的施工方法，在施工前做好围岩加固工作，选择最佳的台阶方式。本文以山西省中部引黄工程施工02 标所辖总干1#隧洞进口段为例，阐述了软弱围岩段台阶法掘进施工工艺。

1 工程概况

山西省中部引黄工程1#隧洞进口0+146.68—1+060 段隧洞围岩为第四系上更新统风积低液限粉土，隧洞围岩为松散层，不能自稳，无地下水，成洞条件极差，不具备全断面开挖条件，经比较，采用两台阶式开挖方法较为合理。

2 施工总体方案及要求

一是按新奥法原理组织施工，由于围岩地质条件极差，采用两台阶式预留核心土开挖法。二是预支护采用超前小导管法，这一项工作在两台阶式预留核心土开挖前进行。把隧洞断面分成5 个部分（上、左、右、中、下），分步进行操作。开挖工作由机械与人工配合进行，开挖完成后及时进行支护施工。三是施工时要严格遵守组织施工原则，按批复的施工组织设计组织施工，不得随意改变施工方法与工艺。四是做好监控、测量，依据监测结果及时对参数进行优化，确保施工的稳定与安全。

3 施工准备

3.1 施工调查

施工前应根据勘察设计文件和相关资料，详细了解施工现场的基本情况，编制作业指导书，指导施工。

3.2 技术方面的准备工作

3.2.1 技术交底 在施工前必须逐级完成施工交底及安全技术交底工作，所有施工人员必须理解技术标准及施工要求。

3.2.2 制定应急预案 针对塌方、涌水等突发状况及紧急情况制定实用、具有可操作性的应急预案，并做应急演练。

4 施工程序与工艺流程

两台阶预留核心土法开挖以机械为主，人工辅助修边。施工程序：超前小导管施工→上台阶（图1中1 部）开挖→上台阶（图1 中1 部）一次支护→下台阶（图 1 中 2、3 部）开挖→下台阶（图 1 中 2、3 部）一次支护→底拱（图1 中5 部）开挖→底拱（图1 中5 部）钢拱架安装→底拱（图1 中5 部）混凝土回填→隧洞底部回填。施工工序如图2 所示。

图1 两台阶预留核心土开挖法开挖工序示意图

图2 两台阶预留核心土开挖法施工工序图

4.1 上台阶施工

4.1.1 超前小导管施工 洞口钢拱架安装完成后，进行超前小导管施工，按照设计要求，在拱部180°范围布设φ42 热轧钢管超前小导管（单根长3～5 m），孔径50 mm，间距40 cm，沿拱顶共布置23根，外倾角3°～6°。由于隧洞围岩较软，超前小导管施工采用挖掘机顶入（局部不能顶入部位，采用风钻钻孔），施工时应严格控制外倾角，导管安装到位后进行灌浆。

4.1.2 隧洞开挖施工 超前小导管施工完成后，利用挖掘机进行上台阶开挖施工，机械开挖时预留10～20 cm 人工修整至设计轮廓线，中间预留核心土，台阶长度根据土质条件确定，核心土距拱顶1.5～2.0 m，核心土两侧距开挖面约1.2 m，便于施工。根据地质情况每循环开挖进尺为1～2 榀钢拱架距离。

4.1.3 隧洞一次支护施工 开挖完后初喷混凝土，掌子面有必要时喷5 cm 混凝土封闭作业面。初喷后架设钢拱架，上台阶分两段安装，完成后及时打设系统锚杆和挂设钢筋网片；最后复喷混凝土至设计厚度，完成上台阶施工，形成承载拱。

4.2 下台阶侧墙施工

一是待上台阶超前中台阶3～4 m 后交错开挖下台阶两侧侧墙，即图1 所示2、3 部，每次开挖控制在1～2 榀，机械开挖，人工修整。二是待下台阶修边结束后及时进行一次支护施工，施工方法及程序与上台阶方法及程序一致。三是两侧钢拱架安装完成后，立即进行锁脚锚杆施工，与钢拱架之间采用“U”形钢筋连接。

4.3 预留核心土开挖

两个台阶支护完成后，开挖中部预留核心土，即图1 中所示4 部，核心土采用机械开挖，开挖时要注意对已成型部位一次支护的保护。

4.4 底拱施工

核心土开挖完成后，及时进行底拱施工，即图1中所示5 部，每循环及时跟进，底拱采用人工开挖，与两侧侧拱焊接，安装完成后，及时对底拱之间部位进行C20 混凝土回填。

5 施工要求

5.1 开挖

一是开挖断面预留围岩变形量一般为5～15 cm，可根据量测结果进行调整。二是下台阶分左、右侧开挖，开挖完一侧后再挖另一侧，如条件较差时，应对开挖一侧进行支护后再开挖另一侧。三是严格控制隧洞高程、中线及超欠挖，机械开挖时，拱脚、墙脚要预留0.2～0.3 m 供人工修整。严禁拱、墙脚低于设计标高而采用回填土。四是开挖完成后及时对隧洞断面进行检测，主要包括高程、中线、断面尺寸及净空尺寸等。

5.2 系统锚杆

一是锚杆长度、角度及拉拔力等参数必须符合设计要求。二是水泥基药卷锚杆采用“先装药卷后安锚杆”的方法进行。三是锁脚锚杆必须与钢拱架连接牢固。四是待注浆终凝之后，及时进行拉拨试验。对于试验后不合格锚杆，采用改进后的工艺在监理指定地点重新进行安装。

5.3 钢筋网

一是钢筋网使用前必须清除锈蚀，加工规格、间距必须符合设计要求。二是网片搭接采用焊接。三是网片随喷面的起伏进行铺设，钢筋保护层厚度不应小于2 cm。四是钢筋网应与锚杆、钢拱架连接牢固，在喷射砼时钢筋网不得晃动。

5.4 钢拱架安装

一是钢拱架在洞外按设计加工成型，加工成型的钢拱架必须经验收合格后方可使用。二是钢拱架按设计位置安装。三是上台阶钢拱架安装工序：确定钢拱架位置→架设钢拱架→调整高程、中线，定位→布设纵向连接筋。四是下台阶钢拱架安装工序：墙脚部位布置混凝土垫块→对应上台阶钢拱架架设下台阶钢拱架→调整定位→与上台阶钢拱架连接→布设纵向连接筋→布置锁脚锚杆。五是钢拱架安装偏差不得超过允许偏差。

5.5 喷射混凝土

一是钢拱架、钢筋网片安装完成后应立即喷射混凝土，并将钢拱架及网片完全覆盖，使钢拱架、钢筋网片与喷射混凝土共同受力。从拱脚向上喷射，防止上部喷射材料覆盖拱脚，造成喷射混凝土强度不足，拱脚不稳定。二是混凝土喷射厚度应符合设计要求。喷射混凝土分层进行，每层厚度约5～6 cm。喷射混凝土表面应光滑，无空鼓、裂缝和松动。三是喷射砼配合比，通过室内和现场试验确定，符合施工图纸要求，速凝剂的掺量通过现场试验确定。四是回弹率拱部不超过40%，边墙不超过30%，挂钢筋网后，回弹率限制可放宽5%。回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。五是喷射混凝土终凝2 h 后，喷水养护，养护时间一般不少于7 d。

5.6 底拱施工及回填

一是预留核心土开挖后，及时清除虚渣、杂物，按照设计要求安装底拱钢拱架，回填混凝土至设计厚度，使一次支护及时闭合成环。二是底拱开挖利用人工开挖，成型后与侧拱连接，要求焊接必须牢固，与侧拱垂直布置，以保证钢拱架受力均匀，安装完成后，立即进行混凝土回填，回填混凝土要求振捣密实。三是底拱回填混凝土在终凝后及时回填土方，以满足通行要求。

5.7 监控量测结果分析

及时对开挖段的监测和测量数据进行分析，消除可能产生的不利因素，调整施工方法与工艺，并将分析结果用于指导施工。

6 质量控制及检验

6.1 质量控制要点

一是洞身开挖前必须进行超前地质预报，并做好相关记录，作为掘进施工每循环进尺的依据。二是根据监测数据和最终位移预测，确定隧洞围岩稳定状态和初期支护，动态调整围岩预留变形。三是减少对围岩的扰动，严格控制超挖。四是严格控制开挖进尺。五是隧洞开挖断面中心线、高程、几何尺寸须符合设计要求。六是隧洞每循环开挖完成后，应观测开挖面土体的变化情况，核对设计地质条件，判断围岩稳定性，并做好地质编录。七是工序安排应紧凑，开挖后立即初喷3～5 cm 混凝土，以减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。在开挖后初期支护应及时封闭成环，在必要时设置临时横向支撑或临时底拱。八是超前支护严格按设计要求进行，控制超前支护的外倾角，确保隧洞开挖在超前支护的保护下施工。九是钢拱架应严格按设计及规范要求加工制作和架设，钢拱架拱脚应架设在底部铺垫预制块上，以增大地基承载力，减少初期支护闭合前的整体下沉量，严禁拱脚悬空或采用虚渣回填；加强钢拱架锁脚锚杆施工，以控制钢拱架下沉变形。十是喷锚时应注意钢拱架背后与围岩应喷实，保证初期支护钢拱架背后无空洞，以利于钢拱架和围岩形成联合支护体共同受力。十一是开挖变形量应适当预留。施工初期可利用预留量5～10 cm。根据工艺和措施的优化，可通过监测测量及时调整。十二是严格控制钢拱架及喷射混凝土施工质量，为后序混凝土二衬打好基础。十三是隧洞底拱开挖后，应及时进行封闭施工，并对底拱间进行回填混凝土处理，加强承载力。

6.2 质量检验

一是对工程所用主要材料、设备、中间产品的质量进行严格验收，经监理工程师批准后方可用于本工程的施工。二是各工序质量控制，要严格按照施工技术标准执行，严格执行“三检制”，每一道的工序施工完成之后应认真检查并做好相关记录。三是做好工序间交接检验工作，上一道工序应满足下一道工序的条件以及相应的技术需求，在有关专业工序间，其交接检查工作要由有关工作人员检查并审核，经检查合格后，方可进行下一道工序的施工。

7 结语

山西中部引黄工程施工02 标采用两台阶式预留核心土方式，对低液限粉土围岩进行掘进施工，同时加强监控量测，对结果及时分析，调整有关参数，有效地解决了隧洞围岩软弱的问题，保证了施工进度和生产安全，对同类工程具有借鉴作用。