,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工技术,实例分析,三台阶七步开挖法施工控制要点,前言,三台阶七步开挖法的定义、适用,范围和技术特点,一、前言,随着国内铁路客运专线的日益增建，隧道开挖断面也相应增大，大断面软岩隧道因其施工难度大、进度慢、平安风险突出等特点，日益成为国内外专家瞩目的焦点，如何科学、平安、快速施工成为目前亟待解决的问题，而施工方法的选择成为平安、快速施工的关键。经过长期的研究、实践和总结，本文结合郑西客专张茅隧道施工经验，就“三台阶七步开挖法在大断面隧道中如何做到快速、平安施工做一探讨。,二、三台阶七步开挖法的定义、适用范围和技术特点,铁路大断面隧道三台阶七步开挖法是以弧形导坑开挖留核心土为根本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。,1,1,2,4,6-1,7,超前支护,衬砌,仰拱,栈桥,1,3,5,6-2,6-3,1、定义,3、技术特点,施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。局部软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。,2、适用范围,适用于开挖断面为100,180m,2,，具备一定自稳条件的、级围岩地段隧道的施工。,在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。,适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。,在台阶法开挖的根底上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。,当围岩变形较大或突变时,在保证平安和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。,三、实例分析,张茅隧道概况,张茅隧道位于河南省陕县境内，全长8483m，起讫里程DK218+607,DK227+090，为郑西全线最长的隧道,是全线控制性工程。隧道最大开挖断面面积163.87m,2,。,出口段黄土、粗圆砾土；,进口基岩为安山岩夹砂泥页岩和灰岩,DK223+370附近发育一断层，破碎带宽度50m。,张茅隧道的工程地质特征,张茅隧道属于低山丘陵及黄土台塬地貌。进口段为安山岩夹砂泥页岩和灰岩,含有丰富的基岩裂隙水，构造节理发育；出口段为Q,2,黏质黄土和粗圆砾土,位于地下水位线以下,隧道最大涌水量18990m,3,/d，垂直节理发育。,岩土物理指标表,岩 性,状态,天然,密度,天然,含水量,天然,孔隙比,孔隙率,饱和度,液限,塑限,塑性,指数,液性,指数,干密度,g/cm,3,%,%,%,%,%,g/cm,3,黏质黄土,硬塑,2.0,2.3,0.67,40.2,95,37,22,15,0.16,1.68,粗圆砾土,中密,2.1,/,/,/,/,/,/,/,/,/,断层角砾,/,2.2,/,/,/,/,/,/,/,/,/,安山岩夹砂泥页岩,W,4,2.1,/,/,/,/,/,/,/,/,/,安山岩夹砂泥页岩,W,3,2.3,/,/,/,/,/,/,/,/,/,安山岩夹砂泥页岩,W,2,2.7,0.5,/,2,/,/,/,/,/,/,灰 岩,W,2,2.6,/,/,/,/,/,/,/,/,/,岩土力学指标表,岩 性,状态,基本,承载力,凝聚力,内摩,擦角,桩周极限,摩阻力fj,压缩模量0.1-0.4,压缩模量0.4-0.6,摩擦,系数,临时,边坡率,永久,边坡率,kPa,kPa,kPa,MPa,MPa,黏质黄土,硬塑,250,60,21,/,14,21,0.3,1:0.75,1:1,粗圆砾土,中密,400,/,40,/,50,/,0.4,1:0.75,1:1,断层角砾,/,400,/,40,/,/,/,0.4,1:0.75,1:1,安山岩夹砂泥页岩,W4,250,20,35,/,15,/,0.35,1:1,1:1.25,安山岩夹砂泥页岩,W3,500,/,50,/,60,/,0.5,1:0.75,1:1,安山岩夹砂泥页岩,W2,800,/,65,/,/,/,0.6,1:0.3,1:0.5,灰 岩,W2,1000,/,65,/,/,/,0.6,1:0.3,1:0.5,进口段安山岩,出口段,Q,2,黏质黄土,张茅隧道开挖断面面积表,围岩类型,围岩级别,单位,断面面积,黄 土,级,m,2,157.22,级,m,2,163.87,岩 石,级,m,2,128.04,级,m,2,144.05,级,m,2,151.25,级,m,2,154.75,“三台阶七步开挖法施工工艺流程,上部弧形导坑开挖，施作初期支护,开挖上、中、下台阶预留核心土,左右错位开挖中台阶，施作初期支护,左右错位开挖下台阶，施作初期支护,超前支护,测量放样,施作仰拱,施作仰拱填充,围岩稳定性评判、,修正支护参数,分段开挖隧底，施做初期支护,断面检查,否,满足,“三台阶七步开挖法开挖步骤图,“三台阶七步开挖法施工工序图,“三台阶七步开挖法施工照片,岩石段施工,黄土段施工,第1步，开挖上部弧形导坑：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为35m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖后立即初喷35cm混凝土封闭。上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护。图,施工步骤,f,L,f/L0.3,第2、3步，开挖左、右侧中台阶：开挖高度一般为33.5m，左、右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35cm混凝土封闭，及时进行喷、锚、网系统支护。图,第4、5步，开挖左、右侧下台阶：开挖高度一般为33.5m，左、右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35cm混凝土封闭，及时进行喷、锚、网系统支护。图,第6步，开挖核心土：分别开挖上、中、下台阶预留核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。图,第7步，隧底开挖：每循环开挖长度宜为23m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为46m。图,监控量测,监控量测必测工程表,序号,监测项目,测量方法和仪表,测量,精度,备 注,1,洞内、外观察,现场观察，地质罗盘仪,2,初期支护拱（墙）脚净空变化,采用非接触无尺量测法，全站仪,0.1mm,3,初期支护拱顶下沉,采用非接触无尺量测法，全站仪,0.1mm,4,地表沉降,水准测量的方法，水准仪,1mm,浅埋隧道（H,0,2b）、洞口段、下穿高速公路（建筑物）段必测,注：H,0,隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。,净空变化测点布置图,量测频率表,位移速度,距开挖面距离,位移速度（mm/d）,量测频率,量测断面距开挖面距离（m）,量测频率,5,2次/d,（01）B,2次/d,15,1次/d,（12）B,1次/d,0.51,1次/23d,（25）B,1次/23d,0.20.5,1次/3d,5B,1次/7d,0.2,1次/7d,注：1、B隧道开挖跨度。,2、当按照“位移速度和“量测断面距开挖面距离选择量测频率,出现较大差异时，宜取量测频率较高的实施。,绘制位移时间变化曲线图,假设U-t曲线如图a所示趋于平缓，通过数据处理或回归分析，可推算最终位移值，掌握位移变化规律。,假设U-t曲线如图b所示，变形有加快开展趋势，说明围岩和支护处于不稳定状态，应停止前方开挖，加强支护。,或通过工程类比确定。,位移控制基准表,类 别,距开挖面1B（U,1B,）,距开挖面2B（U,2B,）,距开挖面较远,允许值,65%U,0,90%U,0,100%U,0,位移管理等级表,管理等级,距开挖面1B,距开挖面2B,UU1B/3,UU2B/3,U1B/3U2U1B/3,U2B/3U2U2B/3,U2U1B/3,U2U2B/3,变形管理表,管理等级,工程对策,正常施工,采取工程对策。包括加强超前支护等，缩短台阶开挖长度，调整初期支护强度、刚度等，同时加强监控量测,停止开挖。加强初期支护，加强监控量测,注：B隧道开挖宽度；,U,0,极限相对位移值，可根据隧道的开挖宽度、埋深，,按照不同的围岩等级，参照?铁路隧道监控量测技术规程?,注：U实测位移值；,位移控制及管理,单口劳力组织表,序号,作业项目,作业内容,人数,序号,作业项目,作业内容,人数,1,开挖 (24人),风镐手,风枪手,挖掘机司机,自卸车司机,4,12,2,6,3,技术及测试6人),技术员,试验员,测量班长,测量工,1,1,1,3,2,初期支护(35人),制作钢架,安装钢架,喷射手,喷射机司机,喷射机上料,搅拌机司机,搅拌机上料,8,10,3,3,6,2,3,4,仰 拱(10人),仰拱施工,10,序号,作业项目,机具设备名称,规格型号,单位,数量,备 注,1,开 挖,电动压风机,双液注浆机,风 镐,挖掘机,自卸车,风动凿岩机,装载机,泥浆泵,20m,3,/min,4m,3,/h,G10,CAT320C,20T,YT-28,小松WA470,100m,3,/h,台,台,台,台,辆,台,辆,台,5,2,8,1,6,15,2,2,高压供风,注 浆,开 挖,装 碴,出 碴,超前支护、初支、局部爆破,装碴,排水,2,初期支护,电焊机,搅拌站,湿喷机,BX-400,JS500+PL800,TK961,台,台,台,5,2,3,3,量测及测量仪器,全站仪,水准仪,收敛仪,索佳,数显,台,台,个,1,1,2,4,通 风,通风机,SDF-N012.5,台,1,2110kw,单口作业机具设备表,