李曉朔

（江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西南昌330006）

0 引言

三臺階七步法主要被應(yīng)用于隧道工程中，該方法具備一定的施工優(yōu)勢，能夠提高工程項目的質(zhì)量，縮短隧道工程項目的施工周期，能夠在一定程度上提高工程項目的經(jīng)濟效益。因此，對該技術(shù)的要點進行研究、掌握該技術(shù)的應(yīng)用方法，對推進項目的開展有重要作用。

1 施工特點

在當前的隧道施工中，應(yīng)用比較普遍的開挖施工方式為中隔壁法（CD 法）、交叉中隔壁法（CRD 法）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺階法、全斷面開挖法等。在隧道工程建設(shè)的施工環(huán)節(jié)，開挖施工階段必須做好兩側(cè)分別開挖施工，且要在隧道內(nèi)設(shè)置支護結(jié)構(gòu)，達到隧道工程運行的安全性和穩(wěn)定性要求。采用混凝土仰拱超前施工方式進行閉合處理，可以形成穩(wěn)定性良好的支護結(jié)構(gòu)形式，達到隧道支護標準要求。較之其他的隧道項目施工技術(shù)來說，三臺階七步法有著非常明顯的優(yōu)勢。

該技術(shù)可以建設(shè)較大的使用空間，很多先進的施工設(shè)備可以在隧道掘進環(huán)節(jié)得到開發(fā)和應(yīng)用，從而大幅提高施工的質(zhì)量和效率，同時還能夠縮短項目工期，降低項目的運行成本，促進項目的建設(shè)和經(jīng)濟效益的全面提升。隧道工程的開挖施工都是分階段進行的，不會對隧道內(nèi)部造成過大的傷害和影響，可以保證隧道內(nèi)巖土結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定性標準，避免發(fā)生坍塌事故，同時還能夠根據(jù)需要對支護結(jié)構(gòu)做出必要的調(diào)整，保證開挖施工進度滿足要求，適應(yīng)性良好，且安全性高、穩(wěn)定性強，能夠為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟效益，對于推動我國隧道工程建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展具有很高的價值[1]。

2 隧道工程開挖的施工要求

在隧道開挖的施工環(huán)節(jié)，巖體基本達到靜置平衡性的要求。開挖施工后，隧道圍巖的初始應(yīng)力會產(chǎn)生變化，形成二次應(yīng)力場的形式。隨著時間的推移及支護施工的順利進行，還會逐步形成三次、四次應(yīng)力狀態(tài)。從這個工作原理出發(fā)進行分析，選擇最佳的開挖方式，是提高隧道施工安全性的關(guān)鍵，特別在是軟弱圍巖的地質(zhì)條件下，隧道開挖會產(chǎn)生過大的擾動，軟弱結(jié)構(gòu)面容易發(fā)生不同程度的損壞、松弛，節(jié)理、裂隙也會進一步發(fā)展，致使結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變形。所以，施工單位應(yīng)選擇合適的施工方法，以保證施工的安全性、穩(wěn)定性合格。通過對目前我國的隧道施工方法進行分析后發(fā)現(xiàn)，臺階法應(yīng)用廣泛，設(shè)備比較簡單，施工成本低，在軟弱圍巖隧道建設(shè)中也有明顯的優(yōu)勢，所以選擇合適長度的臺階結(jié)構(gòu)形式效果良好，綜合價值比較高[2]。

3 工程概況

某隧道形式被設(shè)計為分離式隧道形式，整個隧道建設(shè)總體長度為457m，隧道凈寬為11.5m，凈高為5m。

右線進口部位圍堰主要是殘積粉質(zhì)土，強風(fēng)化粉砂巖形式，整體為Ⅴ級圍巖，圍巖結(jié)構(gòu)的聯(lián)合性比較差，不具備自穩(wěn)能力。根據(jù)施工技術(shù)要求，選擇使用環(huán)形開挖預(yù)留核心土的方式展開施工。在隧道右線掘進的施工環(huán)節(jié)，進口部分的初期支護開裂、拱頂沉降、地表開裂的問題較為明顯，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，隧道進口部位構(gòu)造作用強烈，隱伏帶土體水含量較高、強度低、穩(wěn)定性差。經(jīng)過多方專家討論、分析，最終選擇應(yīng)用三臺階七步法進行施工，以保證工程結(jié)構(gòu)和質(zhì)量符合要求[3]。

4 施工工藝

三臺階七步法，是根據(jù)弧形導(dǎo)坑開挖預(yù)留核心土的施工方式，按照從上到下的順序分為上、中、下三個臺階、七個步驟進行施工，每開挖一步都要及時進行初期支護施工，各個位置的開挖和支護要采取平行推進的方式交錯進行，從而確保開挖和治理效果滿足要求。

4.1 第一步

隧道在完成拱部初期支護施工后，環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑。臺階施工時，應(yīng)按照百丈隧道圍巖開挖要求逐一進行開挖施工，每次循環(huán)進尺控制在6m 以內(nèi)，上臺階長度超出中導(dǎo)坑為3m，高度尺寸控制在2.5m以內(nèi)。每次開挖施工結(jié)束后，應(yīng)及時噴射混凝土進行掌子面封閉處理，同時還要進行初期支護的施工，確保結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定性要求，且滿足現(xiàn)場施工安全性標準。

4.2 第二步、第三步

應(yīng)用臺階法進行開挖時，應(yīng)在隧道兩側(cè)分別開挖，同時還要做好現(xiàn)場支護處理，達到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性要求。在滯后于第一步的施工部分特定距離后，左右交錯進行隧道開挖施工，即第二步、第三步施工：開挖進尺不超過0.6m、高度不超過2.5m，左右交錯的距離為1～3m。開挖施工結(jié)束后，應(yīng)立即噴射混凝土進行掌子面封閉處理，然后對隧道周邊的圍巖結(jié)構(gòu)進行初期施工[4]。

4.3 第四步、第五步

隧道開挖施工階段，下臺階部分的施工開挖應(yīng)采取兩側(cè)分別開挖的方式，且要做好支護施工，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性合格。在滯后于第三步的施工部分一定距離后，左右交錯進行隧道的第四步、第五步施工：開挖進尺不超過0.6m、高度不超過2.5m，左右交錯的距離為1～3m，并及時噴射混凝土進行掌子面封閉，做好周邊圍巖支護施工。臺階應(yīng)交錯落地，單次落地長度不能超過2 榀拱架。

4.4 第六步

分臺階進行第六步上、中、下臺階核心土開挖施工。第六步，是根據(jù)要求進行仰拱和左右仰拱填充。在隧道開挖的施工環(huán)節(jié)，首先需要在隧道內(nèi)部設(shè)置支護結(jié)構(gòu)，然后即可進行分區(qū)開挖施工，隧道內(nèi)部仰拱結(jié)構(gòu)的挖掘施工完成后，應(yīng)及時展開支護結(jié)構(gòu)的設(shè)置施工，選擇使用混凝土噴涂的方式，封閉裸露的巖體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合項目的建設(shè)方案和施工進度計劃，按照要求進行鋼結(jié)構(gòu)的安裝和控制，再根據(jù)施工工藝方案進行二次噴涂作業(yè)，保證涂層結(jié)構(gòu)的厚度達到標準，確保隧道開挖施工支護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量性能合格[5]。

此外，根據(jù)隧道工程項目建設(shè)中施工項目數(shù)據(jù)和監(jiān)測要求，還應(yīng)確保施工環(huán)節(jié)中的圍巖結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定性標準，提高支護結(jié)構(gòu)的性能，保證項目挖掘建設(shè)的順利實施，達到項目的安全標準。三臺階七步法在施工時，各個工序應(yīng)相互銜接，并做好各環(huán)節(jié)的監(jiān)督、管理與控制，保證施工的質(zhì)量符合要求。結(jié)合現(xiàn)場的具體情況，明確施工質(zhì)量管理控制措施，嚴格執(zhí)行質(zhì)量控制的標準和要求，對工程的總體水平的提高有重要價值。

4.5 第七步

滯后于第六步施工部分超出5m 的距離，對第五步施工部分的薄弱結(jié)構(gòu)形式進行初期圍巖支護施工，其主要的工作內(nèi)容如下：先進行初期噴護施工，噴射厚度為4cm 的混凝土，在現(xiàn)場設(shè)置鋼架支撐結(jié)構(gòu)，并懸掛鋼筋網(wǎng)，將鋼筋結(jié)構(gòu)接長進行支撐，安裝、設(shè)置系統(tǒng)錨桿與鎖腳錨桿，復(fù)噴混凝土達到設(shè)計標準要求。而后，再進行襯砌結(jié)構(gòu)的施工，根據(jù)需要插入仰拱鋼筋并進行綁扎，并開展立模澆筑混凝土施工，然后進行仰拱填充混凝土施工，此時要結(jié)合現(xiàn)場情況設(shè)置中心排水溝，在內(nèi)部設(shè)置小立模結(jié)構(gòu)，待澆筑結(jié)構(gòu)形成后，再進行仰拱頂填充混凝土施工。

5 施工控制要點

5.1 做好超前預(yù)支護

隧道工程項目開挖施工建設(shè)中，應(yīng)采用超前預(yù)支護施工技術(shù)，以保證結(jié)構(gòu)開挖施工達到安全性、穩(wěn)定性的要求。只有充分地利用超前支護施工技術(shù)，才能保證隧道開挖施工各個環(huán)節(jié)的承載性能達到要求，保證承載力可通過支護結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)，切實提升隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在該技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)，要考慮到隧道工程的具體情況，嚴格執(zhí)行勘測技術(shù)標準，了解當?shù)氐牡匦蔚孛矖l件，選擇科學(xué)、合理的支護施工方案，保證工程質(zhì)量達到要求。

5.2 嚴格控制開挖長度及臺階長度

在隧道項目的施工環(huán)節(jié)，必須做好對每次開挖施工長度、臺階長度的控制。為確保隧道項目建設(shè)施工的順利完成，必須設(shè)置完整的支護結(jié)構(gòu)，以達到工程的標準要求，還要做好巖土工程結(jié)構(gòu)的勘測與判斷，明確施工計劃和工藝技術(shù)要求，掌握巖石結(jié)構(gòu)參數(shù)，逐一完成施工工序，保證隧道開挖的效果，并將開挖長度控制在6m 以內(nèi)。開挖施工全部完成后，需要及時進行初步混凝土噴射施工，盡量縮短隧道圍巖結(jié)構(gòu)的暴露時間。具體的隧道施工中，如果勘測數(shù)據(jù)反映出巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性比較差，應(yīng)盡量縮短開挖施工的長度，保證隧道初期支護施工效果合格，在保證安全性達標的情況下完成施工。如果一次設(shè)置的開挖施工長度過大，會導(dǎo)致隧道長期裸露在自然環(huán)境中，支護時間延長，致使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性變差，容易影響工程的安全性，無法達到工程的施工建設(shè)標準和要求。

5.3 采用弱爆破

隧道工程挖掘施工環(huán)節(jié)，通常需要應(yīng)用爆破施工技術(shù)完成隧道開挖工作。在該環(huán)節(jié)中，施工技術(shù)人員應(yīng)加強對爆破藥物使用量的控制，避免爆破威力過大而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生嚴重的安全事故，影響人們的生命安全。

5.4 加強拱腳承載力

由于隧道項目建設(shè)的施工工藝比較特殊，在挖掘施工階段，支護結(jié)構(gòu)的承載性能是比較強的，而且支護結(jié)構(gòu)兩側(cè)的拱腳部位承擔了主要的垂直荷載，如果該位置的承載性能不足，則容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，進而引發(fā)安全事故。因此，在初期支護環(huán)節(jié)，應(yīng)加強施工質(zhì)量的控制，保證拱腳結(jié)構(gòu)的支護性能符合要求，在開挖環(huán)節(jié)達到巖土穩(wěn)定性的標準，最終達到工程的安全標準。

5.5 加強初期支護縱向連接

隧道結(jié)構(gòu)的圍巖穩(wěn)定性，對整個隧道項目的正常運行和使用也存在著直接影響。所以，要保證巖土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的承載性能符合要求，確保圍巖符合穩(wěn)定性標準。隧道挖掘施工階段，做好隧道支護管理工作極為重要，避免對隧道結(jié)構(gòu)圍巖產(chǎn)生不利影響，防止圍巖結(jié)構(gòu)塌陷而造成較大損失。

5.6 仰拱和二襯施工

隧道工程開挖施工階段，應(yīng)進行現(xiàn)場施工參數(shù)和情況的監(jiān)測與控制，了解隧道開挖臺階的總體長度，并保證隧道的仰拱二襯與臺階位置形成一個整體，建設(shè)出穩(wěn)定性強、強度高的隧道支護防護結(jié)構(gòu)。因為隧道項目的仰拱結(jié)構(gòu)并不具備較高的支護效果，承載性能也很差，因而隨著隧道工程施工的深入進行，在支護性能較差的位置上就會發(fā)生巖土結(jié)構(gòu)的變形和損壞的問題，直接造成隧道圍巖的穩(wěn)定性下降，從而誘發(fā)塌落問題。因此，在挖掘施工作業(yè)環(huán)節(jié)，必須嚴格、有效地控制施工進度，保證隧道結(jié)構(gòu)的支護效果符合工程要求，確保內(nèi)部圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強度合格。如果發(fā)現(xiàn)拱基的承載性能不足，應(yīng)立即采取二次襯砌的施工方式，保證隧道內(nèi)部形成穩(wěn)定、強度合格的支護形式，達到工程的技術(shù)標準要求。

5.7 監(jiān)控、勘測要求

現(xiàn)場施工人員必須隨時監(jiān)控和了解隧道內(nèi)部的地質(zhì)條件變化，勘測相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并通過了解隧道施工數(shù)據(jù)來調(diào)整施工計劃和標準，對現(xiàn)場施工的順利進行起到積極作用。根據(jù)項目建設(shè)的施工目標和設(shè)計方案要求，做好現(xiàn)場施工的全面管理和控制，且要繪制出施工時間位移的變化曲線，以確保不會對施工安全產(chǎn)生任何負面影響。

5.8 完善隧道洞內(nèi)的臨時防、排水系統(tǒng)

隧道工程建設(shè)施工階段，應(yīng)確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全性要求，設(shè)置臨時防、排水系統(tǒng)，保證其可以及時排出內(nèi)部的積水，避免隧道工程由于浸水而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞，切實提升項目施工的安全性和穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

綜上所述，通過對該次工程案例進行分析發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用三臺階七步法進行隧道施工具備可行性，各項施工環(huán)節(jié)符合技術(shù)標準和國家標準要求，達到了隧道運行的要求。應(yīng)用三臺階七步法進行隧道工程施工，支護效果滿足要求，工程質(zhì)量合格，且各個結(jié)構(gòu)部分的性能達標，不影響正常的使用和運行。

在現(xiàn)場進行監(jiān)測和分析后發(fā)現(xiàn)，通過三臺階七步法開展隧道工程施工，側(cè)墻結(jié)構(gòu)的承載性能合格，可將側(cè)向水平力及時傳輸?shù)竭h端結(jié)構(gòu)上，保證結(jié)構(gòu)側(cè)墻支護效果合格，達到封閉的標準要求。此外，由于圍巖容易發(fā)生塑性變形的問題，拱肩和拱底塑性區(qū)發(fā)展變化較快，仰拱封閉易變形，極易導(dǎo)致隧道變形，影響圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以，在高地應(yīng)力隧道工程的實施環(huán)節(jié)，應(yīng)分析現(xiàn)場的應(yīng)力變化情況，并隨時做好現(xiàn)場監(jiān)測工作，了解應(yīng)力變化，以便采取必要的應(yīng)對和處理措施。

總之，應(yīng)用三臺階七步法進行施工，隧道圍巖封閉效果良好，初期封閉后可成環(huán)形結(jié)構(gòu)形式，減小地應(yīng)力的作用，保證初期支護更加安全穩(wěn)定，保證隧道建設(shè)施工更加安全，對提高隧道的運行效果也有積極作用。