三台阶七步法在V级软弱围岩隧道施工中的应用分析

韩连涛

(青海省公路建设管理局，青海 西宁810008)

0 概述

按照国际隧道协会（ITA）定义的隧道的横断面积的大小划分标准分类：分为极小断面隧道（2～3m2）、小断面隧道（3～10m2）、中等断面隧道（10～50m2）、大断面隧道（50～100m2）和特大断面隧道（大于100m2）。本文主要针对断面面积在80～130m2内的隧道进行讨论， 研究此范围内隧道V 级软弱围岩地段施工工艺。

目前，隧道V 级软弱围岩段设计常用的施工方法为CRD 法（交叉中隔壁法），该施工工艺经过多年实践运用，已然成为较为成熟的施工工艺，具有安全系数高，支护稳定的特点，但此工艺存在施工进度缓慢及工程投入较大的弊端， 这点在V 级软弱围岩所占比例较大的隧道尤为明显。

三台阶七步法施工为近年采用较多的施工工艺，在原有分部开挖的基础上，进行了创新，施工进度较快，工程机械设备投入相对较少，但在支护的整体稳定性上尚需提高。

在建的青海S309 线多杂公路长拉山隧道工程， 采用二级公路标准，按照单洞双向行驶设计，单洞跨度10m，断面面积95m2，隧道长度2400m，洞口海拔高度为4493m，属于高寒公路隧道。 隧道进出口段V级软弱富水围岩段长度320m，此段施工对工程进度影响较大，是前期施工的重难点之一，所以有必要进行施工工艺的对比分析，确定最佳施工方案，以加快工程进度。

1 施工工艺简介

实际施工中，进口开挖采用CRD 法施工，出口开挖采用三台阶七步法施工，根据施工实际需求，配备足额的人员、机械、设备，使进出口均保持正常施工状态，保证对比分析数据更加真实有效。

为了对比分析更加直观，先简要的介绍下两种施工工艺：

如图1 和图2 所示，CRD 法是在软弱围岩隧道中，先开挖隧道左侧的①、②部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道右侧的③、④部分，完成横隔板施工，最后进行仰拱开挖的施工方法，该工艺将隧道开挖分为五部分进行开挖，每一部分都独立成环，保证了支护的稳定。

三台阶七部法是将隧道开挖总体上分为三个台阶，每个台阶封闭成环。 先进行拱部开挖，施作上台阶临时仰拱，再开挖中台阶②、③部分，④部开挖完成后，根据围岩及监控量测结果有选择的施作中台阶临时仰拱，然后开挖下台阶⑤、⑥部，最后进行⑦部仰拱开挖。 三个台阶分部施工，平行作业，能显著提高施工进度。

2 施工工艺对比分析

2.1 对比分析依据

（1）设计文件及现场勘查发现，进出口段围岩及水文条件基本相同，施工环境基本一致；

（2）根据施工需求，配备足够的人员、机械设备及材料，尽量使进出口施工保持在正常施工状态下， 并将各种意外事故情况记录详细，便于分析；

（3）从经济性和安全性两个方面进行对比分析。 经济性主要包括施工所用人员数量、机械设备投入、材料使用以及施工进度情况；安全性主要是开挖过程中支护及围岩的稳定状态和塌方情况。 以此为依据，分项进行对比分析，确定最合理的施工工艺。

2.2 经济性对比

2.2.1 施工人员数量对比

施工人员均按照3 个作业班平行作业的方式进行配备，以实际投入人员数量为对比依据。

表1

2.2.2 机械设备投入对比

以实际投入施工的机械设备为对比依据。

表2

2.2.3 材料使用情况对比

参考设计，对增加的临时支护材料用量进行对比。

表3

2.2.4 施工进度情况对比

经过一个月的施工， 进口段完成开挖掘进34m， 日平均进尺1.13m，出口段完成开挖掘进48m，日均进尺1.6m，三台阶七步法较CRD 法，施工进度快。

以上几点充分表明，三台阶七步法在实际施工中，从经济型上考虑，投入人员、机械设备相对较少，节约了部分材料，更重要的是能加快施工进度。

2.3 安全性对比

2.3.1 支护及围岩稳定性对比

表4

2.3.2 塌方情况对比

表5

在安全性上，三台阶七步法要低于CRD 法，存在收敛变形较大，及因拱部开挖面积较大易产生塌方的缺点，在施工中，应做好超前支护及监控量测工作，避免出现安全事故。

2.4 通过以上对比分析， 三台阶七步法在经济性上要优于CRD 法，尽管存在安全性较弱的缺点， 但只要加强超前地质探测及超前支护，做好监控量测工作，应该可以避免安全事故的发生。

3 结论

三台阶七步法可以运用于隧道V 级软弱围岩地段的施工， 是目前国内隧道V 级软弱围岩施工工艺的一种创新， 在大断面及特大断面隧道中得到了广泛的应用推广，从创新中寻求效益，减少了项目投资，加快了施工进度，在隧道施工工艺创新创效上迈出了关键性的一步。

［1］陈建锋.三台阶法在软弱围岩隧道开挖施工中的应用探讨[J].中国西部科技，2010（26）.