軟巖隧道短臺階七步開挖法

李 洲

（中鐵十七局集團上海軌道交通公司，上海 200135）

1 基本原理

七步開挖法的基本思路：根據斷面大小將隧道斷面劃分成2～3層多個部分（5個或7個）（見圖1），各部分間形成短臺階，開挖時平行推進，平行施作初期支護，仰拱超前施作及時閉合構成穩固的初期支護體系，控制圍巖變位，永久襯砌一次成型。

2 施工要點

2.1 開挖

1）Ⅴ級圍巖地段：①部采用風鎬開挖，其余部分按圖2所示順序采用挖掘機循環開挖，循環進尺控制在0.5～1.2m為宜。

2）Ⅲ～Ⅳ級圍巖地段：采用光面爆破或預留光爆層微震動控制爆破技術開挖，其中左半即①部、②部、④部先同時開挖（如圖2（a）），然后右半（①部、③部、⑤部）同時開挖（如圖2（b）），左右交替構成一個循環。臺階長度控制在4m以內，左右兩側臺階相錯距離為半個臺階長度。

3）頂部（①部）采用挖掘機機械臂扒碴，將棄碴扒到臺階②、③上后，①部即可繼續開挖，不影響下層臺階的出碴。下層臺階采用裝載機、挖掘機等機械出碴。

2.2 初期支護施工

1）開挖后盡快整理巖面，施作初期支護，其施工流程見圖3。

2）初期支護的鋼架應根據臺階高度制作，方便部分開挖后安裝及全部開挖后聯接成整體。

3）應加強圍巖變位的監測，根據監測信息及時修改初期支護參數。

2.3 仰拱施工

1）在設計有混凝土仰拱地段，拱墻初期支護施工完成后，要及時左右錯位跳挖仰拱，安裝仰拱拱架，進行混凝土仰拱施工，使初期支護盡早閉合成環，構成穩固的初期支護體系，并為施工運輸創造良好環境，仰拱和掌子面距離應小于50m。

2）仰拱（⑥部、⑦部）同樣采用左右錯位交替開挖。

2.4 混凝土襯砌

二次襯砌采用全斷面液壓鋼模襯砌臺車，泵送混凝土灌注。應急停車帶、行車橫洞及行人橫洞采用大塊鋼模，工字鋼支撐，泵送混凝土灌注。混凝土襯砌和掌子面距離應小于150m。

3 質量安全控制

1）做好防排水工作。隧道進洞前應洞頂及洞底防排水，防止地表水及施工用水下滲。完善洞內臨時防排水系統，嚴禁積水浸泡拱腳及在施工現場漫流，防止基底承載力降低。

2）施工序安排應緊湊有序。杜絕因圍堰長時間暴露造成圍堰失穩。

3）盡量縮短臺階長度。在滿足作業空間和臺階穩定情況下臺階長度控制核心土長度在4m以內，寬度為隧道開挖寬度的1／3～1／2。

4）合理控制開挖長度。根據圍巖地質情況，合理確定循環進尺，并及時初噴砼。

5）及時施作超前支護，控制好超前支護外插角。按注漿工藝加固地層，保證隧道開挖在超前支護的保護下施工。

6）嚴禁對開開挖。中、下臺階左、右側開挖應錯開，左右側錯開距離為2～3m。

7）鋼架制作及架設符合設計及規范要求。鋼架架設在堅實基面上，鋼架與鎖腳錨桿焊接牢固。

8）及時密實回填超挖部位。嚴禁初期支護背后空洞，初期支護背后應進行充填注漿，保證初期支護與圍巖密貼。

9）增強拱腳承載力控制變形。施工過程中可采用增加拱腳鎖腳錨桿、鋼架拱腳部位縱向連接筋，或擴大拱腳初期支護基礎及增設拱腳槽鋼墊板等措施。

10）加強監控量測工作。根據量測結果，及時調整支護參數，確定二次襯砌施作時間，進行信息化施工管理。

4 工藝技術特點

1）施工空間大，便于大型機械作業，功效高。部分軟巖可以采用挖掘機開挖，減小了對圍巖的擾動。

2）對復雜多變的地質適應性強，可以隨時調整臺階長度、寬度，可以將斷面分為左、中、右三部分，也可以將臺階分為兩層。還可以取消臺階，變成全斷面開挖。

3）適應不同跨度和多種斷面形式。

4）爆破施工分成幾步進行，降低了爆破強度，同時由于增加了臨空面，必然降低用藥量，減小對圍巖的擾動。

5）沒有需要拆除的初期支護，投資少，安全系數高。

6）混凝土仰拱超前施作，便于初期支護及早閉合成環承載，改善了洞內施工、運輸環境。

7）防水層、永久襯砌全斷面一次施工，確保了襯砌的質量。

8）無需增加特殊設備，投入少，操作性強。

9）根據出碴條件，每天可進行1～1.5個循環，可將施工人員分為相應的2～3個工班，每班負責0.5個循環，施工管理簡單有效。

5 工程實例

重慶沿江高速公路新屋基隧道位于重慶市巴南區－涪陵區境內，全長6015m，為上下行分離式雙線公路隧道，隧道凈寬10.88m，凈高7.68m。其右幅隧道起止樁號為K23＋020～K29＋065，全長6015m，最大埋深約為349m；左幅隧道起止樁號為K23＋055～K29＋55，全長6000m，，最大埋深約為335m。左右幅縱坡均采用＋0.44%雙向坡，整個隧道圍巖均為Ⅲ、Ⅳ級，地質條件差，施工難度大。隧道進口位于巴南區，下穿運輸繁忙茶（茶園）涪（涪陵）公路，且進口施工場地狹小。隧道施工全部采用短臺階七部開挖法，成功解決了軟巖、斷層等難題，平均月進洞90m，右洞掌子面始終保持和左洞掌子面50m左右的錯位，以減小兩洞之間的相互影響。

［1］王 成.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［2］JTGF60—2009.公路隧道施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］JTGD70—2004.公路隧道設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］隧道和地下工程第十屆科技動態報告文集［R］.成都：西南交通大學出版社，2000.

［5］鐵道部.鐵路隧道［M］.北京：中國鐵道出版社，1990.