1、台阶法施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0102-第五工程 赵继平1 序言1.1 工艺工法概况台阶法开挖是将隧道设计断面分成两次开挖（不包含仰拱），其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进施工方法。台阶法开挖法是隧道施工中采取最多开挖方法，关键适适用于、级围岩，同时在地质条件较差级围岩也可采取台阶法开挖（级围岩在采取超前支护、临时仰拱等有效支撑手段且监控量测数据未发生异常情况下慎重使用）。台阶法施工围岩适应性强，便于挖掘机、装载机、自卸汽车等大型机械设备联合施工，施工进度快，稳定性好。台阶法简单分为长台阶法、短台阶法、三台阶法，长台阶法上台阶长度3550m，下台阶长度20m，整个断面2、分为上下两个台阶分别进行开挖、出渣、支护施工（在上台阶可使用多功效平台进行钻眼爆破和支护施工），相互干扰小，支护立即，施工进度快，月进尺可达120150m现在较少采取；短台阶法上台阶长度为57m，通常适适用于地质条件较差级围岩，上台阶洞渣需经过机械转运至下台阶，开挖及支护作业需人工搭设施工平台，上下两个台阶施工相互干扰较大，但利用立即施做仰拱封闭成环，缩短衬砌和掌子面距离，月进尺可通常为90100m。本工法关键讲述上下短台阶法施工。 以双线铁路隧道为例，隧道设计开挖高度10.8m，开挖面积100.5m2，上台阶超前下台阶57m，上台阶进行钻眼过程中下台阶进行装碴及运输作业，爆破后由挖掘机将上部3、洞碴挖运至下台阶，上部安装钢架及打设锚杆过程中下部集中装碴运输，在装碴作业完成后施做下部两侧钢架及锚杆，上下台阶同时进行早期支护喷射砼作业，后部仰拱及衬砌紧跟开挖掌子面施工。1.2工艺原理将隧道设计断面分成两部开挖（不包含仰拱），其中下台阶随上台阶同时施工，同时仰拱、二次衬砌紧跟下台阶，因为下台阶距离掌子面距离较短，为后部仰拱及衬砌紧跟开挖掌子面发明了良好空间作业环境，尤其适合于在围岩较差时早期支护及二次衬砌立即封闭成环。2 工艺工法特点地质条件较差时采取上下短台阶法施工，采取人工组装平台进行开挖、支护作业，设备配置简单，上下台阶同时钻孔和起爆，达成隧道同时开挖掘进目标，同时可确保开挖后立即完4、成早期支护，在快速施工同时能够有效确保施工安全。上下短台阶施工时上下台阶相互干扰较大，施工中要处理好上下台阶施工干扰问题。3 适用范围本工艺工法适用、级围岩地段修建铁路、公路隧道施工（级围岩在采取超前支护、临时仰拱等有效支撑手段且监控量测数据未发生异常情况下，可慎重使用台阶法施工）。4 关键引用标准4.1 客运专线铁路隧道工程施工技术指南（TZ214)、客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准(铁建设160号)、铁路隧道施工规范(TB10204)、新建铁路铁路工程测量规范(TB 10101)、客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行要求(铁建设189号)。4.2 设计图纸、协议文件。5 施工方法 隧道5、在、级围岩地段采取短台阶法施工，开挖采取光面爆破技术，组装临时平台配合人工YT-28风动凿岩机钻眼，早期支护采取格栅钢架+锚杆+钢筋网+喷射砼联合支护体系。隧道开挖分为上台阶、下台阶、仰拱三个部分分部开挖：上台阶长度57m，每循环进尺2.43m（级围岩循环进尺3m，级围岩循环进尺2.4m，和格栅钢架间距相对应）；每循环进尺不超出2榀钢架间距，下台阶左右两侧错开间距大于2榀钢架间距；仰拱每次开挖及支护长度6m，每组仰拱填充砼浇筑长度12m，仰拱距掌子面距离小于50m，衬砌距掌子面距离小于90m。6 工艺步骤及操作关键点6.1施工工艺步骤施工工艺步骤见图1，工艺步骤图见图2上、下台阶测量放样上、下6、台阶钻眼、爆破通风上台阶扒碴上台阶立架打设锚杆喷射砼封闭施做仰拱监控量测下台阶装碴下台阶立架打设锚杆施做防排水、二次衬砌 图1 台阶法施工工艺步骤图 图2 台阶法施工工序部署图6.2 操作关键点施工准备 1风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地部署，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施、修建环境保护、水保设施。2依据设计资料具体分析了解工程地质、当地水文地质情况，制订合理施工方案和施工方法，制订施工监控量测方案及沉降观察计划。施工步骤、级围岩隧道采取短台阶法施工工艺，上下台阶采取人工钻眼，光面爆破技术，装载机配合大型自卸车装渣运输，施做早期支护具体施工步骤以下： 1 上台阶开挖，开挖作7、业高度4.9m，挖掘机装碴，人工搭设简易作业平台，钻眼、装药、起爆，每循环进尺2.43m，安装格栅钢架、铺设钢筋网，并打设42锁脚锚管进行固定（长度3.5m），打设L系统锚杆，钢架底部不密实或悬空时，在钢架底部安装砼垫块。2 利用上台阶挖掘机扒碴及安装钢架、铺设钢筋网时间同时在下台阶采取装载机配合自卸汽车出碴，出碴完成后安装下台阶钢架、铺设钢筋网、打设42锁脚锚管进行固定（长度3.5m），打设系统锚杆。3 上下台阶同时喷射砼封闭。 4 开挖仰拱，每循环开挖长度6m，施做早期支护，浇筑仰拱砼，每组仰拱砼浇筑长度12m。仰拱施工期间采取自制栈桥保持车辆通行。5 整体液压模板台车就位（台车长度12m8、），灌注拱墙衬砌砼。监控量测监控量测，可掌握围岩改变规律及支护结构力学状态和稳定程度，判定支护参数设置是否合理，所以必需加强监控量测，切实做到“勤量测”。关键施工监测项目见下表1：表1 监控量测项目表序号量测项目量测方法和仪器测点部署测量频率测量精度1水平收敛量测收敛计、反射膜片配合全站仪每1030m一个断面，上下2条基线4个点5mm（01B）2次/d；15（12B）1次/d；0.51 （12B）1次/23d；0.20.5 （25B）1次/3d；0.2 （5B）1次/7d。0.1mm2拱顶下沉水准测量方法，水准仪、钢尺等每1030m一个断面，1个点1mm注：B隧道开挖宽度，变形速速7 劳动力组9、织 见表2某单工作面（双线隧道）劳动力组织表，供参考。表2 单工作面（双线隧道）劳动组织表（三班）序号工作项目作业内容人数1开挖开挖工35风镐手2装载机司机3挖掘机司机3自卸车司机142早期支护格栅加工6钢筋网片加工2钢架安装10喷射混凝土25混凝土搅拌运输罐车司机53砼生产混凝土搅拌机司机3装载机司机2机械修理工24衬砌砼工245测量及其它技术员2测工66其它队长1技术责任人1质检工程师1专职安全员2试验员2电工3修理工2空压机司机3调度3辅助人员58 关键机具设备采取短台阶法施工可在围岩较差情况下充足发挥上下台阶平行作业特点，施工进度快，工期有确保。依据机械工作能力和实际工作量，某单个工作10、面关键机械设备配置如表3，供参考。表3 单工作面关键机械设备配置如表序号工序名称机械名称机械类型单位数量备注1开挖电动空压机20m3台520m32风动凿岩机YT-28台253装碴运输挖掘机CAT320C台24装载机WA470台25自卸汽车15T台46喷射混凝土湿喷机TK961台62台备用7混凝土拌合机JS1000A台18砼运输罐车6m3台49输送泵HBT60C-1816台260m3/h10模板台车台111供电变压器S9-630/35KVA台312S9-630/10KVA台513通风设施轴流通风机NAF12.5-220台114测量及量测全站仪1台1水准仪苏光台19 质量控制9.1易出现质量问题爆11、破效果不理想，周围轮廓不圆顺，形成大超欠挖。开挖进尺过大，周围超挖值大。下台阶开挖高度过高，不利于钻眼作业，炮眼方向不易和隧道线路方向平行，炮眼间距不能有效控制。 喷射砼厚度不足、钢架未和隧道走向垂直，早期发生变形。9.2确保方法周围眼采取25小药卷竹片连接间隔装药，控制周围眼线性装药量不超出0.2kg/m。在下台阶钻眼时人工搭设2.0m高简易平台，控制钻眼方向及炮眼间距满足钻爆设计要求，并在已完成炮眼中插入直木棍，作为其它周围眼参考，控制钻眼方向和隧道轴线一致。严格控制开挖进尺，对隧道钻爆设计实施动态化管理，立即调整炮眼深度、装药量、炮眼间距等钻爆参数，达成光面爆破目标。控制钢架安装质量，钢12、架间距误差要求在10cm内，锚杆间距误差在15cm内，锚杆锚入围岩长度大于设计长度95%，钢筋网片搭接长度误差在5cm内，将钢架安装垂直度控制在2以内；沿隧道环向预埋短钢筋，控制喷射砼厚度大于设计值材料采购前对分供方进行评定，选择合格分供方厂家购料。所购材料必需附有说明书、合格证、技术检验证等质量证件，并满足工程要求。进入工地关键材料严格按要求和设计要求把关，全部厂制材料须有出厂合格证和必需检验、试验单。对进场料、设备按技术质量标准、样品进行严格检验，并事先确定关键检验料。严格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用多种添加剂。10 安全方法10.1关键安全风险分析短台阶法施工隧道开挖要重视围岩13、塌方、掉块等安全风险评定，提出对应风险处理方法，编制施工应急预案。10.2确保方法进洞人员必需戴安全帽，特殊工种应持证上岗。坚持安全交底制度和安全学习制度，提升全员安全意识。施工中应严格控制施工步距，保持掌子面到仰拱距离不超出50m，衬砌距离掌子面不超出70m。坚持进行监控量测，立即对量测数据进行整理、分析，实施监控量测日报制度，天天将监控量测报表发送至现场施工关键管理人员，便于现场立即采取对应加强方法。施工中发觉不安全原因时，应暂停开挖，加强支护方法。加强洞内电力、通风、排水管线路管理，预防漏电、漏风伤人。编制隧道防坍塌应急预案，并组织管理人员和作业班组进行应急演练。做好洞内外文明施工，确保14、良好施工环境。11 环境保护方法11.1开始施工前，必需进行环境原因识别，确定关键环境原因，制订对应管理方案；11.2临时工程及场地部署应采取方法保护自然环境；11.3隧道弃碴场坡面按设计进行复垦或绿化，碴顶整平满足设计要求，坡脚进行防护，预防水土流失；11.4施工场地部署时，在水源保护地域内不得取土、弃土、破坏植被等，不得设置搅拌站、洗车台、充电房等，并不得堆放任何含有害物质材料或废弃物；11.5施工废水、生活污水和生活垃圾不得随意排弃，并在生活区、生产区及洞门口设置污水处理池，生活污水或生产及洞内废水经过污水处理池处理后排放到指定地点。12 应用实例12.1工程介绍由中铁一局集团第五工程承15、建东秦岭隧道在陕西省蓝田县灞源乡境内，是西安南京铁路西安合肥段关键控制工程。隧道为电气化级双线铁路，右侧设和正洞平行导坑(即平导)辅助正洞施工，正洞起迄里程为DK95+278DK107+546，全长12268m；平导起迄里程为DyK95+253DyK107+523，全长12270m。围岩关键为石英岩、片麻岩，节剪发育较发育。隧道设计开挖开挖宽度10.8m，开挖面积100.5m2 。采取台阶法施工,级围岩地段支护参数：拱墙均设置格栅钢架，间距1榀 / 1.2m，喷射C25混凝土拱墙18cm厚，拱墙设置8钢筋网片，网片规格25cm25cm，锚杆长度L=3.0m，间距1.21.0m(环纵)，梅花型部16、署，二次衬砌厚度为40cm厚C30混凝土。图3 级围岩衬砌断面图12.2施工情况 东秦岭隧道设计（含变更设计）共有1192m为级围岩，采取短台阶法施工，单口月平均进度105m。 采取台阶法施工，上下台阶独立作业，施工干扰小，开挖进尺2.4m，每循环开挖3.5小时（含人工搭设钻眼平台0.5小时），上台阶挖掘机扒碴1.5小时（下台阶装碴1小时），上台阶安装格栅钢架、锚杆、钢筋网5小时（下台阶装碴3小时，下台阶安装格栅钢架、锚杆、钢筋网2小时），喷射砼（上下台阶平行作业）5小时，每循环需要16小时，天天可完成1.5个循环。下部开挖时应注意左右两侧错开2榀钢架间距。12.3工程结果评价东秦岭隧道全长12268m，平道超前正洞施工开创多个正洞工作面，在实现正洞成洞3017m，平导成洞3279m，创中国专长铁路隧道年度施工进度新纪录，工程完工后被评为铁道部火车头优质工程一等奖及国家优质工程银奖。图4 上台阶多功效台架就位 图5 开挖成型台阶图6 上下台阶法施工及栈桥部署 图7 三台阶法施工及栈桥部署