台阶法施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0102-2011第五工程有限公司 赵继平1 前言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 （不包括仰拱），其中上台阶超前一定距离后， 上 下台阶同时并进的施工方法。台阶法开挖法是隧道施工中采用最多的开挖方法，主要适用于川、 W级围岩，同时在地质条件较差的V级围岩也可采用台阶法开挖（V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的异常的情况下慎重使用） 。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能平 台进行钻眼爆破和支护施工），相互干扰小，支护及时，施工进度快，月进尺可达120150m现在 较少采用；短台阶法上台阶长度为 57m 一般适用于地质条件较差的WV级围岩，上台阶洞 渣需通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，但利用及时施做仰拱封闭成环，缩短衬砌与掌子面距离，月进尺可一般为90100m本工法主要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5 7m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，上下台阶同时进行初期支护喷射砼作业，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 （不包括仰拱），其中下台阶随上台阶同步施工，同时仰拱、 二 次衬砌紧跟下台阶，由于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创造了 良好的空间作业环境，尤其适合于在围岩较差时初期支护及二次衬砌及时封闭成环。2 工艺工法特点地质条件较差时采取上下短台阶法施工，采用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，达到隧道同时开挖掘进的目的，同时可保证开挖后及时完成初期支护，在快速施工的同时能够有效保证施工安全。上下短台阶施工时上下台阶相互干扰较大， 施工中要解决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的铁路、公路隧道施工（V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的异常的情况下，可慎重使用台阶法施工）。4主要引用标准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2005160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规定 （铁建设2007189号）。4.2设计图纸、合同文件。5施工方法隧道在级围岩地段采用短台阶法施工，开挖采用光面爆破技术，组装临时平台配合人工YT-28风动凿岩机钻眼，初期支护采用格栅钢架 +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2.4 3m （川级围岩循环进尺3m W级围岩循环进尺2.4m，与格栅钢架间距相对应）；每循环进尺不超 过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仰拱距掌子面距离不大于50m衬砌距掌子面距离不大于 90m 6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程施工工艺流程见图1, 工艺流程图见图2上、下台阶测量放样* 图1台阶法施工工艺流程图 上、下台阶钻眼、爆台阶法施工工序布置图6.2操作要点6.2.1施工准备通风1风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施、修建环保、上台阶扒碴下台阶装碴2根据设计资料详细分析了解工程地质、 当地水文地质情况，制定合理的施工方案和施工措施， 制定施工监控量测方案及沉降观测计划。622施工步骤级围岩隧道采用短台阶法施工工艺，上下台阶采用人工钻眼，光面爆破技术，装载机配合大型自卸车装渣运输，施做初期支护具体施工步骤如下：1 上台阶开挖，开挖作业高度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、铺设钢筋网时间同步在下台阶采用装载机配合自卸汽车 出碴，出碴完毕后安装下台阶钢架、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圭寸闭。4开挖仰拱，每循环开挖长度6m施做初期支护，浇筑仰拱砼，每组仰拱砼浇筑长度12m仰拱施工期间采用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12m，灌注拱墙衬砌砼。6.2.3监控量测监控量测，可掌握围岩变化规律及支护结构的力学状态和稳定程度，判断支护参数设置是否合理，因此必须加强监控量测，切实做到“勤量测”。主要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布置测量频率测量精度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 个占1八、U 5mm（ 0 1B） 2 次 /d ; 1 u 5 （1 2B） 1 次/d ;0.5 u 1（1 2B） 1 次/2 3d ;0.2 u 0.5 （2 5B） 1 次/3d ; u5B） 1 次 /7d。0.1mm2拱顶下沉水准测量的方法， 水准仪、钢尺等每1030m 一个断面，1个点1mm注：B隧道开挖宽度，u变形速速7劳动力组织见表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初期支护格栅加工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砼牛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测量及其他技术贝2测工66其他队长1技术负责人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主要机具设备采用短台阶法施工可在围岩较差的情况下充分发挥上下台阶平行作业的特点，施工进度快,工期有保证。根据机械工作能力和实际工作量，某单个工作面主要机械设备配备如表3,供参考。表3单工作面主要机械设备配备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20卅台520卅2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砼运输罐车小 36m台49输送泵HBT60C-1816台2360m/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T台1水准仪苏光台19质量控制9.1易出现的质量问题9.1.1爆破效果不理想，周边轮廓不圆顺，形成大的超欠挖。9.1.2开挖进尺过大，周边超挖值大。9.1.3下台阶开挖高度过高，不利于钻眼作业，炮眼方向不易与隧道线路方向平行，炮眼间距不能有效控制。9.1.4 喷射砼厚度不足、钢架未与隧道走向垂直，初期发生变形。9.2保证措施9.2.1周边眼采用25小药卷竹片连接间隔装药，控制周边眼线性装药量不超过0.2kg/m。9.2.2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，并在已完成的炮眼中插入直木棍，作为其它周边眼的参照，控制钻眼方向与隧道轴线一致。9.2.3严格控制开挖进尺，对隧道钻爆设计实行动态化管理，及时调整炮眼深度、装药量、 炮眼间距等钻爆参数，达到光面爆破的目的。9.2.4控制钢架安装质量，钢架间距误差要求在土10cm内，锚杆间距误差在土 15cm内，锚杆锚入围岩长度不小于设计长度的95%钢筋网片搭接长度误差在土 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，控制喷射砼厚度不小于设计值9.2.5材料采购前对分供方进行评定，选择合格的分供方厂家购料。所购材料必须附有说明书、合格证、技术检验证等质量证件，并满足工程要求9.2.6 进入工地的主要材料严格按规定和设计要求把关，所有厂制材料须有出厂合格证和必 要的检验、试验单。对进场料、设备按技术质量标准、样品进行严格检验，并事先确定重点检验 料。9.2.8 严格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各种添加剂。10 安全措施10.1 主要安全风险分析短台阶法施工隧道开挖要注重围岩塌方、 掉块等安全风险的评估， 提出相应的风险处理措施， 编制施工应急预案。10.2 保证措施10.2.1 进洞人员必须戴安全帽，特殊工种应持证上岗。10.2.2 坚持安全交底制度和安全学习制度，提高全员安全意识。1023施工中应严格控制施工步距，保持掌子面到仰拱距离不超过50m衬砌距离掌子面不超过 70m。10.2.4 坚持进行监控量测，及时对量测数据进行整理、分析，实行监控量测日报制度，每天 将监控量测报表发送至现场施工主要管理人员，便于现场及时采取相应加强措施。10.2.5 施工中发现不安全因素时，应暂停开挖，加强支护措施。10.2.6 加强洞内电力、通风、排水管线路的管理，防止漏电、漏风伤人。10.2.7 编制隧道防坍塌应急预案，并组织管理人员与作业班组进行应急演练。10.2.8 做好洞内外文明施工，保证良好的施工环境。11 环保措施11.1 开始施工前，必须进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应的管理方案；11.2 临时工程及场地布置应采取措施保护自然环境；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，防止 水土流失；11.4 施工场地布置时，在水源保护地区内不得取土、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的材料或废弃物；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、