三臺階七步法在V級軟弱圍巖隧道施工中的應用分析

韓連濤

(青海省公路建設管理局，青海 西寧810008)

0 概述

按照國際隧道協會（ITA）定義的隧道的橫斷面積的大小劃分標準分類：分為極小斷面隧道（2～3m2）、小斷面隧道（3～10m2）、中等斷面隧道（10～50m2）、大斷面隧道（50～100m2）和特大斷面隧道（大于100m2）。本文主要針對斷面面積在80～130m2內的隧道進行討論， 研究此范圍內隧道V 級軟弱圍巖地段施工工藝。

目前，隧道V 級軟弱圍巖段設計常用的施工方法為CRD 法（交叉中隔壁法），該施工工藝經過多年實踐運用，已然成為較為成熟的施工工藝，具有安全系數高，支護穩定的特點，但此工藝存在施工進度緩慢及工程投入較大的弊端， 這點在V 級軟弱圍巖所占比例較大的隧道尤為明顯。

三臺階七步法施工為近年采用較多的施工工藝，在原有分部開挖的基礎上，進行了創新，施工進度較快，工程機械設備投入相對較少，但在支護的整體穩定性上尚需提高。

在建的青海S309 線多雜公路長拉山隧道工程， 采用二級公路標準，按照單洞雙向行駛設計，單洞跨度10m，斷面面積95m2，隧道長度2400m，洞口海拔高度為4493m，屬于高寒公路隧道。 隧道進出口段V級軟弱富水圍巖段長度320m，此段施工對工程進度影響較大，是前期施工的重難點之一，所以有必要進行施工工藝的對比分析，確定最佳施工方案，以加快工程進度。

1 施工工藝簡介

實際施工中，進口開挖采用CRD 法施工，出口開挖采用三臺階七步法施工，根據施工實際需求，配備足額的人員、機械、設備，使進出口均保持正常施工狀態，保證對比分析數據更加真實有效。

為了對比分析更加直觀，先簡要的介紹下兩種施工工藝：

如圖1 和圖2 所示，CRD 法是在軟弱圍巖隧道中，先開挖隧道左側的①、②部分，施作部分中隔壁和橫隔板，再開挖隧道右側的③、④部分，完成橫隔板施工，最后進行仰拱開挖的施工方法，該工藝將隧道開挖分為五部分進行開挖，每一部分都獨立成環，保證了支護的穩定。

三臺階七部法是將隧道開挖總體上分為三個臺階，每個臺階封閉成環。 先進行拱部開挖，施作上臺階臨時仰拱，再開挖中臺階②、③部分，④部開挖完成后，根據圍巖及監控量測結果有選擇的施作中臺階臨時仰拱，然后開挖下臺階⑤、⑥部，最后進行⑦部仰拱開挖。 三個臺階分部施工，平行作業，能顯著提高施工進度。

2 施工工藝對比分析

2.1 對比分析依據

（1）設計文件及現場勘查發現，進出口段圍巖及水文條件基本相同，施工環境基本一致；

（2）根據施工需求，配備足夠的人員、機械設備及材料，盡量使進出口施工保持在正常施工狀態下， 并將各種意外事故情況記錄詳細，便于分析；

（3）從經濟性和安全性兩個方面進行對比分析。 經濟性主要包括施工所用人員數量、機械設備投入、材料使用以及施工進度情況；安全性主要是開挖過程中支護及圍巖的穩定狀態和塌方情況。 以此為依據，分項進行對比分析，確定最合理的施工工藝。

2.2 經濟性對比

2.2.1 施工人員數量對比

施工人員均按照3 個作業班平行作業的方式進行配備，以實際投入人員數量為對比依據。

表1

2.2.2 機械設備投入對比

以實際投入施工的機械設備為對比依據。

表2

2.2.3 材料使用情況對比

參考設計，對增加的臨時支護材料用量進行對比。

表3

2.2.4 施工進度情況對比

經過一個月的施工， 進口段完成開挖掘進34m， 日平均進尺1.13m，出口段完成開挖掘進48m，日均進尺1.6m，三臺階七步法較CRD 法，施工進度快。

以上幾點充分表明，三臺階七步法在實際施工中，從經濟型上考慮，投入人員、機械設備相對較少，節約了部分材料，更重要的是能加快施工進度。

2.3 安全性對比

2.3.1 支護及圍巖穩定性對比

表4

2.3.2 塌方情況對比

表5

在安全性上，三臺階七步法要低于CRD 法，存在收斂變形較大，及因拱部開挖面積較大易產生塌方的缺點，在施工中，應做好超前支護及監控量測工作，避免出現安全事故。

2.4 通過以上對比分析， 三臺階七步法在經濟性上要優于CRD 法，盡管存在安全性較弱的缺點， 但只要加強超前地質探測及超前支護，做好監控量測工作，應該可以避免安全事故的發生。

3 結論

三臺階七步法可以運用于隧道V 級軟弱圍巖地段的施工， 是目前國內隧道V 級軟弱圍巖施工工藝的一種創新， 在大斷面及特大斷面隧道中得到了廣泛的應用推廣，從創新中尋求效益，減少了項目投資，加快了施工進度，在隧道施工工藝創新創效上邁出了關鍵性的一步。

［1］陳建鋒.三臺階法在軟弱圍巖隧道開挖施工中的應用探討[J].中國西部科技，2010（26）.