公路隧道三臺階七步法施工技術

張宏偉

山西昔榆高速公路有限公司 山西太原 030006

1 項目背景

此公路工程項目的全線長度是18.37km，起訖樁號是K32+520--K50+890，采用的是雙向四車道，設計的行車速度是100km/h。此項目包含了一座隧道項目，結合隧道項目現場地形與地質條件等，確定隧道施工選擇三臺階七步法，以“噴+錨+網”等相結合的模式構建初期支護結構，通過鋼筋混凝土實現二次襯砌，同時采用超前小導管注漿、新奧法等實現隧道的安全施工。

2 三臺階七步法技術原理

三臺階七步法指的是采用超前支護與開挖面快速封閉等有關方法，其能夠顯著增強圍巖結構穩定性，尤其適用于破碎帶自穩定性能較弱施工段。同時綜合利用預留核心土、二次襯砌以及仰拱等方法，能夠實現圍巖變形約束，防止圍巖變形趨勢擴大，從而提升支護結構穩定性[1]。從三臺階七步法施工方面分析，有效利用支護結構與各項輔助措施，增強軟弱圍巖結構穩定性與承載力，將軟弱圍巖從失穩狀態轉換為穩定狀態，同時閉合成環初支與二襯都能夠提升圍巖結構穩定性，確保襯砌與圍巖結構的正常使用。

與CD法、CRD法等相關臺階法對比而言，三臺階七步法具有鮮明優勢，如施工階段無需構建臨時支撐，且具有大型開挖機使用條件，能夠保證隧道施工質量及安全[2]。

3 臺階七步法施工流程與技術要點

3.1 施工流程

此項目中三臺階七步法施工流程詳見圖1。

圖1 三臺階七步法施工流程

步驟1是開挖上部弧形導坑。為了能夠保證拱部超前支護的施工效果，需要采用環向開挖方式進行上部弧形導坑開挖，并合理預留核心土（一般長度控制為3m至5m，寬度控制為開挖寬度1/3至1/2），結合初支鋼架間隔距離對開挖施工循環進尺進行控制，通常進尺≤1.5m[3]。在開挖輪廓確保精準無誤后，緊接著就要實施混凝土初噴，同時設置鋼架與復噴，一直到混凝土厚度符合設計規定要求。

步驟2、3，左側、右側中臺階開挖。結合初期支護鋼架間隔距離情況，合理確定開挖進尺（一般≤1.5m），左側與右側臺階錯開量應控制為2m至3m，待開挖施工完成之后立即進行混凝土初噴，然后規范安裝系統錨桿以及掛設鋼筋網，同時接長后實施復噴。

步驟4、5，左側、右側下臺階開挖。結合初期支護鋼架間隔距離情況，合理確定開挖進尺（一般≤1.5m），左側與右側臺階錯開量應控制為2m至3m，待開挖施工完成之后立即進行混凝土初噴，然后規范安裝系統錨桿以及掛設鋼筋網，同時接長后實施復噴。

步驟6，上臺階、中臺階、下臺階預留核心土開挖。嚴格根據順序進行臺階開挖施工，并高度重視與實施各項檢查工作，確保本臺階無任何質量問題之后才能夠實施后續臺階開挖[4]。

步驟7，隧底開挖，建立仰拱初期支護，同時實施仰拱全環封閉處理。

3.2 施工要點

超前支護。綜合分析項目現場地形、地質以及水文條件等，然后合理建立超前支護，并且對超前支護外插角進行控制，以保證超前導管注漿施工效果，從而有效發揮超前支護功能，實現公路隧道安全開挖。若是遇到了自穩性比較弱的圍巖，通過設置超前支護，能夠顯著減小隧道施工安全事故率。

開挖要點。以弧形導坑開挖施工為例，必須順著開挖輪廓線進行環向式開挖，同時合理預留核心土。結合項目實際情況選擇“機械+人工”的開挖組合方式。在開挖施工后需要及時進行支護處理，通過初期支護連接成為一個封閉環[5]。實施三臺階七步法開挖過程中應結合具體條件對開挖長度進行控制，尤其要重點分析研究圍巖條件，單次開挖量控制是0.6m左右，開挖施工后需要及時初噴混凝土，最大程度上減小圍巖暴露時間，從而防止圍巖發生失穩現象。

監測與控制?？紤]到公路隧道項目施工條件尤為復雜，所以必須重視變形監測和控制，根據具體采集數據信息確定圍巖與支護狀態，然后合理對支護參數進行調整，科學控制預留變形量，從而保證隧道圍巖結構安全與穩定。

施工控制。具體如下：①確保三臺階七步法各步驟之間的有效銜接，嚴格控制圍巖暴露時間，以增強圍巖結構安全性；②將上臺階開挖工作面作為基本參考，仰拱間距控制為40m；③以保證臺階穩定性為前提，合理減小臺階長度；④根據設計規定要求制作鋼架，確保鋼架尺寸精度符合要求。全面清理施工現場，保證基面平整度與穩定性符合要求，同時通過墊設槽鋼或是架設支架方式房子拱腳懸空。鋼架和鎖腳錨桿必須以焊接方式進行連接，以確保安全性；⑤若是出現了超挖段，則采用回填方式恢復如初，但是初支背后必須無空洞，若是需要可以采用注漿方式進行處理；⑥加大項目施工現場防排水處理，以防止積水浸泡拱墻。若是地下水含量比較大，應根據上臺階開挖狀況合理設置橫向排水溝。

4 安全控制措施

4.1 超前地質預報

公路隧道項目施工現場條件比較復雜，一般會包含斷層、軟質圍巖等，所以施工之前必須進行全面勘察，組織專業人員負責超前地質預報工作，通過地質雷達、鉆探等技術方式分析研究勘察數據，并通過相互驗證實現地質情況的準確判斷，制定合理、可行的處理措施，以最大程度上降低隧道施工安全風險。若是實際地質條件和地質預報結果不相符，則應上報設計單位并進行現場核實，結合具體狀況調整方案，從而保證隧道安全施工。

4.2 圍巖監控量測

從公路隧道項目施工方面分析，監控量測直接決定著隧道施工安全及質量。通過監控量測能夠結合具體數據情況準確判斷圍巖狀態，為支護施工提供有效的參考依據，實現初期支護各項參數的動態調整。監控量測必須保證持續性，安排專業技術人員負責，并采用先進監測方式，確保各項數據真實、有效、準確。針對淺埋圍巖等特殊段必須增加監控量測頻率，以免淺埋圍巖出現變形等情況。根據監控量測數據對開挖循環進尺進行合理調整，若是條件允許則可以縮短臺階開挖長度，嚴格按照規范要求進行支護施工，從而實現公路隧道安全施工。

4.3 綜合控制措施

首先認真做好技術交底工作，高度重視項目全體施工技術人員的崗前教育培訓工作，切實提升其質量、安全意識，精準把握三臺階七步法技術要點，規范施工。其次每循環施工都必須完成測量放樣工作，從而防止出現超挖、欠挖問題。定期檢查提前布設的測量控制點，采取一系列措施有效保護測量控制點，尤其要保證隧底下沉與上鼓時不會損壞測量控制點。

5 結語

文章結合公路工程隧道項目實際情況，簡要分析了三臺階七步法施工技術原理，綜合分析了三臺階七步法施工流程及技術要點，然后提出了施工安全控制措施。研究表明，此公路隧道項目采用三臺階七步法合理、可行，而且實現了公路隧道安全施工，保證了公路隧道施工質量，為類似隧道項目施工提供了借鑒。