六部臺階開挖法在淺埋暗挖隧道施工中的應用

傅思亮 中鐵二十四局集團公司

1 工程概況

廈門杏林大橋主體工程C標段，是連接廈門杏林大橋和廈門高崎機場的一條公路干道。主要工程包括明挖U型槽、明挖隧道（喇叭口）、下穿鐵路暗挖隧道（分左右線）、明挖隧道（分左右線）、下穿嘉禾公路暗挖隧道（分左右線）、明挖U型槽（分左右線），各部分相對位置具體見圖1。

圖1 主要工程布置平面示意圖

下穿嘉禾公路隧道開挖斷面位于公路下方，主要地質情況：第四系人工填筑土、低液限粘土，屬軟弱圍巖地質。

嘉禾公路是廈門市進出島的主要通道之一，車流量大，交通繁忙。嘉禾公路在下穿公路暗挖隧道范圍段主要為路基填方，埋置深度為5-8 m，下穿嘉禾公路暗挖隧道左右線長度分別為76 m、65 m，在本工程整個施工過程中，主要是要確保上方嘉禾公路的正常通車，確保隧道不發生坍塌和變形侵限。為了達到這一目標，設計中全隧道范圍內采用長大管棚超前預支護和超前小導管預支護的措施，具體見圖2。

2 大斷面隧道施工方法及六部臺階開挖法施工介紹

目前，國內對于大斷面隧道的開挖方法主要有：CRD法、CD法、雙側壁導坑法、三臺階七步法、明挖法等。六部臺階開挖法施工是根據CRD法演變而來，該方法共分六部開挖與初級支護，最后形成一個整體支護體系。與其他方法比較，六部臺階開挖法分多部施工，開挖面多，每部開挖面積小，能有效縮短開挖和支護時間，減少對圍巖的擾動，同時，各個開挖面能夠錯開作業，既能保證安全，又能達到一定的進度要求，在軟弱圍巖中比較適應。

圖2 下穿嘉禾公路暗挖隧道超前預支護設計斷面布置圖

3 六部臺階開挖法施工順序及要求

本隧道左右線均從出口（高崎國際機場）方向單向開挖施工（見圖 3）。

3.1 第一步：①、③、⑤號導洞開挖及支護

(1)按照現有施工進度分別開挖①、③、⑤號導洞（每兩個開挖工作面之間需錯開5 m，且不能同時施工）；

(2)開挖完成后及時進行初級支護及鋼架背后回填注漿；(3)進入下一個循環。

3.2 第二步②、④、⑥號導洞開挖及支護

(1)按照現有施工進度分別開挖②、④、⑥號導洞（每兩個開挖工作面需錯開5 m，同時要和上層對應的導洞錯開5 m，且不能同時施工）；

(2)開挖完成后及時進行初級支護（含仰拱）及鋼架背后回填注漿；

(3)進入下一個循環。

3.3 第三步 施作二次襯砌模筑混凝土

二次襯砌模筑混凝土每循環以5 m為宜。

(1)拆除部分鋼支架；

(2)安裝防水層；

(3)二次襯砌鋼筋施作；

(4)二次襯砌模筑混凝土施工；

(5)施工下一個循環。

圖3 下穿嘉禾公路暗挖隧道六部臺階開挖法施工順序圖

4 施工要點及主要技術措施

4.1 開挖及初級支護施工

開挖施工前確認：長管棚就位，管內注漿施工完成；隧道洞口全斷面注漿施工完成；量測體系布點完成及監測人員到位；每個導洞開挖前確認超前小導管注漿施工完成。

(1)①、③、⑤號導洞開挖采用人工，每循環開挖進尺按照一榀鋼架的間距，②、④、⑥號導洞開挖采用人工配合小型機械，每循環開挖進尺按照一榀鋼架的間距，開挖不得使用爆破法，上下、鄰近導洞開挖作業面不宜同時作業，應錯開5 m以上。

(2)每個導洞開挖完成后及時安裝鋼架、施作錨桿及鋼筋網（鋼架、錨桿、鋼筋網在洞外按要求加工），及時進行噴漿，盡快封閉開挖面圍巖，形成封閉。

(3)對初襯背面進行小導管注漿，使之達到密實，對于①、③號導洞，應在兩側鋼架下部1 m范圍內采用鎖腳小導管進行注漿，為②、④號導洞開挖提供條件。

4.2 出渣

(1)①、③、⑤號導洞采用人工出渣（用小平板車向下傾卸），②、④、⑥號導洞采用人工配合小型機械出渣。

(2)出渣作業時，要特別注意，不得碰撞鋼架。

4.3 仰拱施工

(1)仰拱開挖宜和②、④、⑥號導洞開挖同時進行（即②、④、⑥號導洞開挖時直接挖到仰拱的底部），并將②、④、⑥號導洞鋼架立柱直接立在仰拱的鋼架上，使之形成整體。

(2)施工仰拱徑向錨桿，施作仰拱初期支護，使之形成封閉。

(3)一段范圍內（4-6 m）②、④、⑥號導洞的仰拱初期支護全部完成后，應及時施作該段仰拱（注意：此時②、④、⑥號導洞的鋼架立柱不能拆除，直接埋入在仰拱內，待二次襯砌施作時切割除）。

4.4 二次模筑混凝土施工

(1)一段范圍內（10-12 m）②、④、⑥號導洞的仰拱全部完成后，應根據隧道監控量測數據及現場施工組織安排，拆除鋼架的中立柱及臨時橫撐，做好施作二次模筑混凝土的準備；

(2)按照設計要求施作防水層及二次襯砌鋼筋；

(3)利用襯砌模板臺車進行二次模筑混凝土灌注（每次襯砌長度控制在5 m）。

5 監控量測

本隧道屬軟弱淺埋大斷面隧道，按照設計要求進行監控量測，監控量測分為地面部分和洞內部分，在同一個斷面處設置監控量測點，主要監控量測凈孔變化、拱頂下沉和地表沉降，進行地表下沉、拱頂下沉、凈空收斂、土體位移變形監測等，用以指導施工。

地表部分測點在隧道中線的正上方，間距5 m，施工前進行測點布置，施工中按照要求進行測量，根據測量數據計算總沉降量和沉降速率，用以指導施工。

洞內部分測點設于隧道①、③、⑤號導洞中線上方的初襯內拱頂和①、③號導洞兩側拱腳處，初級支護后進行測點布置，每5m設置一個斷面（和地表冊點在同一里程斷面），用測量儀器測設隧道初級襯砌輪廓線的變化情況，拱頂下沉變化情況，拱腰的收斂情況，根據測量數據計算總變形量和變形速率，用以指導施工，同時作為二次襯砌前凈空斷面檢查依據。

6 結束語

(1)對于穿越交通干線的暗挖隧道、軟弱破碎圍巖隧道及淺埋隧道，采用六部臺階開挖法施工，對增加施工安全度，具有較好的效果。

(2)不良地質隧道的施工控制重點是防止坍塌，在施工管理上不應盲目追求形象進度，必須嚴格執行軟弱圍巖施工"18字"方針，穩扎穩打，步步為營；在施工工藝上主要是控制開挖長度（以一榀拱架間距為宜），及時、規范施作初級支護，盡早形成封閉體系。

(3)本隧道在長大管棚超前支護下，采用六步法開挖施工，在施工全過程中，公路的沉降控制較好，隧道未發生坍塌，保證了安全和進度，收到了預期的效果。