中交一公局第一工程有限公司 北京 102205
摘要：交通事业的高速发展，促进公路隧道建设，随着公路隧道开挖断面的不断加大，三台阶法可以有效解决隧道开挖过程中，受水文地质以及地形变化导致施工难度加大的问题。
关键词：大断面；软弱围岩；公路隧道；施工
引言
我国经济的高速发展，现有的公路隧道已经不能满足当前对交通功能的需求，因此，增加高等级公路隧道的建设和发展对促进交通运输业的快速发展有着重要意义。随着三车道、四车道等大断面隧道的应用，大断面隧道与传统两车道相比，隧道具有扁平率低、围岩应力状态更加复杂、围岩稳定性差等特点，对施工质量提出了更高的要求。目前，大断面软弱围岩隧道施工常采用交叉中壁法和双侧壁导坑法，两者能够有效控制隧道围岩变形，但是分布多，且易受到临时支撑约束，隧洞内不利于大型机械施工，施工效率比较低。而三台阶法在大断面软弱围岩隧道施工中的应用，可以实现多作业面平行施工，隧洞内施工空间大且便于机械施工，有效提高了施工效率。并且还可以随着隧道地质条件的变化，及时变换和调整施工工序，保证工程的顺利进行。
一、工程概述
我局承建的高速公路隧道是Ⅴ级围岩分离式三车道隧道，左、右洞分别长约3310和3375m。该隧道围岩主要是以泥质粉砂岩、风化硅质粉砂岩为主，受涌水影响较大，且具有膨胀性，自身稳定性能差。为了保证隧道围岩稳定性，需要在隧道掘进过程中做好隧道支护工作。
针对该大断面软弱围岩隧道工程，采用三台阶法结合铣挖机进行隧道掘进，并采用分部施作双层初期支护工艺，实现隧道全机械化掘进，即保证了施工进度以及施工安全，同时也有效预防了沉降对初期支护的影响。
二、三台阶法的要求和特点
（一）要求
1、开挖施工是以机械为主，必要时需要若爆破辅助；
2、弧形导坑开挖时需要沿着隧道开挖轮廓线并及时进行支护，开挖时并预留核心土；
3、除弧形导坑外的其他部分，进行开挖后需要及时进行支护，支护之间衔接紧密，便于封闭成环；
4、隧道底部仰拱紧跟下台阶，开挖后及时支护闭合，进而形成稳固的支护体系；
5、施工过程中必须加强对围岩和支护变形情况的监控和测量，量测数据及时进行分析反馈，必要时需要根据变形情况以及分析过进行支护参数的调整以及预留变形量，保证工程安全顺利进行。
6、进洞开挖前应完善隧道内临时防水和排水系统，避免地下水或施工用水下渗，影响支护结构安全，进而影响工程质量。
（二）特点
1、流水作业，可以有效的提高组织工程加快施工进度，提高施工效率。
2、全机械化作业，提高了施工效率，且机械化操作对围岩的扰动小，降低了围岩坍塌的几率。
3、利用超前地质预报以及洞内监测，通过数据反馈及时调整支护参数，仰拱及时封闭成环，降低围岩变形。
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4、在保证初期支护断面净空前提下，确保二次衬砌厚度，避免了软弱围岩隧道内部出现病害，提高了施工安全系数。
三、施工工艺以及施工中应注意的问题
（一）施工工艺
1、工艺原理
结合本工程的具体情况，采双初期支护工艺进行施工可以使其分别承担各自相应的支护作用。三台阶法第一步，上台阶进行环形开挖，完成后进行初期支护；第二步，中导进行开挖，完成后对中导左右两侧交替进行初期支护，可以有效的限制上导拱脚的变形；第三步，根据隧洞内监测数据分析，依据累积沉降量（控制在10-15cm）作为判断第二层初期支护的施工时间，完成其施工作业；第四步，第二层初期支护的下导洞施工，开挖与支护同时进行，同时与仰拱闭合成环。
2、上导、中导开挖支护
在开挖时依据超前地质预报和监测数据分析，结合施工现场围岩情况，然后确定围岩支护预留变形量，及时调整支护参数。然后利用铣挖机按照测量放样轮廓线进行环形开挖，开挖过程中需要人工配合修整轮廓线，直至达到设计要求。上导坑进行开挖时预留核心土，长度控制在3-5m。中导开挖与上导开挖保持3-5m距离，开挖时左右两侧交互开挖，上导每次开挖不得超多2榀拱架距离，中导则不得超多4榀拱架距离，具体开挖进度需要根据现场围岩情况及时进行调整。
上导第一层初期支护时采用Φ8双层钢筋网片，网格尺寸15cm×15cm；每榀拱架之间采用Φ22螺纹钢筋连接，环向间距0.8～1.0m，内外层交替布置，并在第一层型钢两侧交替预留径向钢筋，间距1m，以确保两层型钢在同一断面，同时能够使两层型钢连接成整体。上导第二层初期支护时，第二层钢拱架与预留钢筋相连接，然后铺设单层Φ8钢筋网片，网格尺寸与第一层初期支护相同，每榀拱架之间采用螺纹钢筋连接，环形间距控制在0.8-1m，内外交错布置，最后喷射维混凝土至第二层初期支护设计厚度。
中导双层初期支护同时施作，先按照设计施作第一层初期支护钢拱架、Φ8双层钢筋网片，网格尺寸15cm×15cm，完成后再施作第二层初期支护钢拱架，Φ8单层钢筋网片、系统锚杆，同时在每榀拱架的拱脚处施作两组锁脚注浆锚管，并采用“L”型或“U”型钢筋焊接牢固。中导两层钢拱架采用径向钢筋进行连接、钢筋网片要预留2个网格，以便与上导第二层初期支护钢筋网片连接，使之成为整体，共同受力。最后喷射钢纤维早强混凝土至设计厚度。
3、下导初期支护
下导与中导之间开挖距离控制在20-25m的距离，满足中导开挖空间后及时进行下导开挖。支护时先对下导第一层钢架设支撑，然后铺设钢筋网片。第二层钢拱架底部落在第一层钢拱架上面，并在落脚点位置施作两对四根锁脚锚管。最后对下导喷射钢纤维早强混凝土，确保喷射厚度，完成下导双层初期支护施作。
（二）施工中应注意的问题
首先，隧道断面开挖的不对称性，使隧道周边围岩和支护结构变形表现出不对称性，隧道支护结构的受力也表现出不对称性，隧道左侧的变形和受力较右侧的稍大。
其次，围岩变形、支护结构的内力和变形在开挖初期增长速率较大，当各台阶掌子面与支护结构间距超过5～6m后，支护结构的内力和变形初步达到稳定状态；当间距大于2倍隧道高度时，内力和变形达到稳定状态。
再次，由锚杆的受力和洞周位移分析可知，拱顶锚杆对抑制围岩内部位移发展的作用较小，边墙处的锚杆对抑制围岩变形起到了较好的作用。
最后，通过对隧洞内支护结构沉降频率的监测，如果第一层初期支护拱顶、拱腰位置出现下沉及收敛，且任一累积沉降值达到10-15cm时，需要进行第二层初期支护。如若第二层初期支护拱顶、拱腰、拱墙位置下沉或收敛达到0.8-1cm/天沉降率时，需要及时进行二次衬砌。
另外，在利用三台阶法对大断面软弱围岩隧道进行施工时，必须要做好工序间的衔接，为减少围岩暴露时间以及长时间暴露造成的围岩失稳情况，施工工序之间的衔接必须要紧密。同时还应做好超前地质预测工作，并根据地质变化情况调整施工方法，为防止围岩松弛，在对软弱围岩段进行超前支护时应按照要求进行支护加强。
结束语
综上所述，随着公路隧道建设中长、大隧道已经成为主流，三台阶法虽然是隧道工程施工中一种较为新型的开挖施工技术，但是应用较为广泛。现如今，该项技术逐渐成熟，将其应用于大跨度软弱围岩施工中，通过采用机械化施工方式，使初期支护工序化整为零，有利于提高施工效率。
参考文献：
[1]赵淑保.三台阶七步开挖法在大中山隧道的应用[J].黑龙江交通科技，2017，40（1）：124-126
[2]郑欣，邓亮，程崇国.基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道极限位移研究[J].交通运输研究，2017（4）：59-66
论文作者:乔然
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：围岩论文; 隧道论文; 初期论文; 断面论文; 钢筋论文; 台阶论文; 导坑论文; 《基层建设》2018年第5期论文;