三臺階七步法臺階長度的對比與應用研究

胡小明 王建秋

摘要：文章依托實例工程，對隧道三臺階七步法施工時采用的長臺階法和短臺階法進行襯砌結構變形監測分析，提出三臺階七步法由長臺階優化為短臺階施工，能更有效地控制襯砌結構變形，為三臺階七步法的優化提供借鑒依據。

關鍵詞：隧道;施工方法;三臺階七步法

0 引言

隧道施工工法的選擇，是隧道設計及施工的重要部分。施工方法的選擇，不僅影響隧道的施工工期，也關系著隧道施工過程中以及后期運營的安全保障。因此，施工工法的選擇是隧道設計人員需要深入了解探究的方向。

國內學者對隧道三臺階七步法進行了相關研究，陳潔金等[1]對隧道施工中常采用的三臺階七步法做了研究，將臨時仰拱法做了對比試驗，以現場實測數據及數值模擬等方面進行了對比研究。許越[2]以大潮高速公路黃坭權隧道修建時所采用的三臺階七步法為依托，利用有限差分析軟件FLAC，對其工法進行數值模擬分析。陳云平[3]以韶新高速公路某隧道修建過程中采用的三臺階七步開挖法為依托，運用數值模擬對此工法的步距進行研究。周斌斌[4]以江羅高速公路牛山隧道修建時所采用的三臺階七步法為依托，對其開挖方式進行研究。張德華[5]對高地應力地區隧道采用三臺階七步法施工時襯砌結構的變形進行探究，以大梁山隧道為工程實例，結合現場檢測及實驗進行研究。

但目前采用三臺階七步法修建隧道時對于每個臺階選用多長的問題研究較少，本文以某隧道為背景，對其選用三臺階七步法施工時襯砌結構的變形進行現場監控量測，并通過分析監測數據，提出三臺階七步法由長臺階優化為短臺階施工，能更有效地控制襯砌結構變形。

1 依托工程

1.1 工程概況

依托工程為某一級公路隧道，該隧道為雙洞四車道單向行駛隧道。該隧道右行線起訖樁號為YK209+325～YK214+305，全長4980m;左行線起訖樁號為ZK209+306～ZK214+250，全長4944m。該隧道屬于特長隧道。隧址區區域斷裂較多，工程條件十分復雜。

1.2 施工方案

由于隧道工程地勘布置鉆孔數量偏少，不能完全勘察整個隧道區段的地質情況，故導致隧道修建過程中出現地質情況與地勘報告不相符，因此在支護過程中襯砌結構出現了開裂、拱架變形等病害。后根據施工中的地勘情況，及時調整支護參數，采用了增加鋼拱架等級、減小鋼拱架間距等措施，施工工法采用三臺階七步法（見圖1）。先后采用了兩種不同臺階長度的方案，分別為長臺階法和短臺階法。各級臺階長度詳見表1。

對于這兩種方案，分別在隧道右線布置測點進行隧道變形監測，在拱頂、左右拱腰和左右拱腳處布置5個測點，在隧道每個斷面拱腰處和最大開挖線處共布置2組測點，通過變形數據分析優化施工方案。襯砌結構斷面監測樁號信息見表1。

2 監測數據分析

2.1 長臺階施工段變形監測

長臺階施工段共在3個斷面設置了測點：圖2、圖3和圖4分別為YK214+047、YK214+020、YK214+011斷面拱頂下沉值時態曲線;圖5、圖6和圖7分別為YK214+047、YK214+020、YK214+011斷面凈空收斂值時態曲線。

由圖2～4可以看出，拱頂的平均下沉值大約為80～90mm，左拱腰的平均下沉值大約為80～90mm，右拱腰的平均下沉值大約為100～110mm，左拱腳的平均下沉值大約為40～50mm，右拱腳的平均下沉值大約為50～60mm。

由圖5～7可以看出，起拱線處的凈空收斂值大約為80～120mm，上臺階的凈空收斂值大約為50～70mm。

2.2 短臺階施工段變形監測

短臺階施工段共在3個斷面設置了測點，圖8、圖9和圖10分別為YK214+005、YK213+996和YK213+986斷面拱頂下沉值時態曲線;圖11、圖12和圖13分別為YK214+005、YK213+996和YK213+986斷面凈空收斂值時態曲線。

由圖11～13可以看出，起拱線處的凈空收斂值大約為75～100mm，上臺階的凈空收斂值大約為30～60mm。

2.3 數據對比分析

通過以上數據可以得出如下結論：

中臺階以及下臺階開挖后，襯砌結構的拱頂下沉值變化速率均會增大，這是由于下一臺階開挖對襯砌結構的擾動引起的。而且，右拱腰、右拱腳處變形明顯大于左拱腰、左拱腳處，這是三臺階七步法左右開挖順序的不同導致的。中臺階以及下臺階的開挖不會對襯砌結構的凈空收斂產生大的影響，不會引起變形速率的增加。

采用短臺階法施工時，隧道襯砌結構的拱頂下沉值和凈空收斂值相較于采用長臺階法施工時均較小。由此可見，施工中合理縮短中、下兩個臺階的長度對于控制隧道襯砌結構的變形有明顯作用。

3 結語

本文依托實際工程，對隧道三臺階七步法施工時采用的長臺階法和短臺階法進行襯砌結構變形監測，根據監控量測數據分析得出：采用短臺階法施工時，隧道襯砌結構的拱頂下沉值和凈空收斂值相較于采用長臺階法施工時均較小。由此可見，施工中合理地縮短中、下兩個臺階的長度對于控制襯砌結構的變形有明顯作用。另外，施工過程中的監控量測工作尤其重要，可以根據其動態數據實時調整上、中、下臺階的長度，這不僅有利于控制襯砌結構的變形，而且對于破碎圍巖地段的施工安全具有很好的保障作用。

參考文獻：

[1]陳潔金.軟弱地層大斷面隧道三臺階七步法與臨時仰拱法適應性分析的對比研究[C].第28屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ冊），2019.

[2]許 越.隧道三臺階七步法開挖數值模擬優化分析[J].山西建筑，2019，45（16）：125-127.

[3]陳云平.三臺階七步法不同施工步距淺析[J].四川建筑，2019，39（2）：303-305.

[4]周斌斌，馬傳俊.江羅高速牛山隧道三臺階七步法開挖方式[J].交通世界，2018（26）：106-108.

[5]張德華，劉士海，任少強.三臺階七步法施工高地應力隧道支護結構受力特性分析[J].現代隧道技術，2016，53（1）：96-102，110.