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(jié)構(gòu)變形監(jiān)測分析，提出三臺階七步法由長臺階優(yōu)化為短臺階施工，能更有效地控制襯砌結(jié)構(gòu)變形，為三臺階七步法的優(yōu)化提供借鑒依據(jù)。

關(guān)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(shè)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(guān)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(shè)計人員需要深入了解探究的方向。

國內(nèi)學(xué)者對隧道三臺階七步法進行了相關(guān)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(xiàn)場實測數(shù)據(jù)及數(shù)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(quán)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(shù)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(shù)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(yīng)力地區(qū)隧道采用三臺階七步法施工時襯砌結(jié)構(gòu)的變形進行探究，以大梁山隧道為工程實例，結(jié)合現(xiàn)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(jié)構(gòu)的變形進行現(xiàn)場監(jiān)控量測，并通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，提出三臺階七步法由長臺階優(yōu)化為短臺階施工，能更有效地控制襯砌結(jié)構(gòu)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(qū)區(qū)域斷裂較多，工程條件十分復(fù)雜。

1.2 施工方案

由于隧道工程地勘布置鉆孔數(shù)量偏少，不能完全勘察整個隧道區(qū)段的地質(zhì)情況，故導(dǎo)致隧道修建過程中出現(xiàn)地質(zhì)情況與地勘報告不相符，因此在支護過程中襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了開裂、拱架變形等病害。后根據(jù)施工中的地勘情況，及時調(diào)整支護參數(shù)，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(jiān)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(shù)據(jù)分析優(yōu)化施工方案。襯砌結(jié)構(gòu)斷面監(jiān)測樁號信息見表1。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.1 長臺階施工段變形監(jiān)測

長臺階施工段共在3個斷面設(shè)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(tài)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(tài)曲線。

由圖2～4可以看出，拱頂?shù)钠骄鲁林荡蠹s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(jiān)測

短臺階施工段共在3個斷面設(shè)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(tài)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(tài)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(shù)據(jù)對比分析

通過以上數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：

中臺階以及下臺階開挖后，襯砌結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致的。中臺階以及下臺階的開挖不會對襯砌結(jié)構(gòu)的凈空收斂產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的變形有明顯作用。

3 結(jié)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(jié)構(gòu)變形監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析得出：采用短臺階法施工時，隧道襯砌結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的變形有明顯作用。另外，施工過程中的監(jiān)控量測工作尤其重要，可以根據(jù)其動態(tài)數(shù)據(jù)實時調(diào)整上、中、下臺階的長度，這不僅有利于控制襯砌結(jié)構(gòu)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(yīng)性分析的對比研究[C].第28屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅰ冊），2019.

[2]許 越.隧道三臺階七步法開挖數(shù)值模擬優(yōu)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(yīng)力隧道支護結(jié)構(gòu)受力特性分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，53（1）：96-102，110.