大断面隧道施工技术的应用探析

王子龙 王宜桢

（中交一公局厦门工程有限公司， 福建 厦门 361000）

0 引言

我国目前正处于经济快速发展时期，对于城市基础设施建设的需求也日益增加，隧道建设是众多的基础设施建设中的重点工作。我国目前增加了客运专线的设计，并更新了传统隧道施工技术，但大断面隧道施工技术还需进一步创新和探索。

1 大断面隧道施工常用技术简介

大断面隧道施工常用技术主要包括中隔法（CD）、交叉中隔壁法（CRD）、（CD、CRD）和双侧壁导坑法和全断面发。中隔法（CD）从上到下沿一侧分为两部分或三部分。每个挖掘步骤应及时施作锚喷支护，安装钢框架，并安装中间隔墙，再使用相同的方法挖掘中间隔板的另一侧。交叉中隔壁法（CRD）是从上到下分为2至3 个步骤分开挖隔墙的一侧，以便及时支撑和关闭临时仰拱[1]。完成1 个或2 个操作步骤后，另一侧开始3 至4 步部的挖掘和侧面支撑，形成开挖的层面左右两侧支撑保护交叉的情况。双侧壁导坑法即是指率先在隧道两侧挖出导坑，这种导坑相当于率先挖两个小跨度隧道，然后根据现场地质条件和断面的大小在工作导坑周围及时施加初始支座，对剩余部分的断面进行开挖甚至二次开挖。（CD、CRD）和双侧壁导坑法一般是适用于通过性相对较弱或更大跨度的五级和四级围岩隧道，这种操作方法的优势是可以在最大程度上控制地表沉陷，但是由于其操作成本高且工作效率较低，因此仅较少地用于山区隧道的建设。全断面方法通常适用于不需要立格栅或拱架的1 至3 级围岩。在施工过程中，需要使用钻孔车或台架以及高效的运输机械和设备，以最大程度地减少生产周期，并且每个过程应尽可能同步进行以加快施工进度。全断面法的主要优点是该方法开挖循环进尺最大，主要工序可以同步进行，施工速度快。但是，当前的技术手段采用这种方法的主要弊端是施工过程工序不平衡，而只有操作步骤合理，操作者和相关设备正常稳定地工作且物资供应稳定，效率才能真正得以提高。

2 三台阶七步开挖法施工方法介绍

三台阶七步开挖法一般是指在隧道的开挖过程中，将已选择的七个开挖面分为不同位置同时进行操作，形成一个支撑整体，这种方法能缩短周期时间并逐渐提高推进深度。三台阶七步开挖法应遵循“提前预测、严格注浆、牢固支撑、快速封闭和频繁测量”的施工原则第一时间对仰拱和衬砌进行跟进操作，形成稳定的支撑系统。三台阶七步开挖法通常包括上弧形导向坑的开挖以及拱部的初始支撑，再将左右错开，抢挖中部和下部台阶以及搭建侧壁的初始支撑，及时施作仰拱混凝土，开挖分区和初始支撑均同步进行，尽快封闭成环，混凝土仰拱及时关闭形成稳定的初始支撑系统。

3 三台阶七步法的应用和控制要点

3.1 三台阶七步开挖法技术特点

三台阶七步开挖法施工空间较大，机械化程度高（在复杂的地质条件下可以投入更多的劳动），可在多个工作面同步运行，施工速度较快，明显提高经济效益，并且可以用挖掘机直接开挖一些软岩段，来降低对周围岩石的干扰[2]。这种方法在地质结构更加复杂，软硬围岩频繁变化的隧道中更加方便和灵活，能够及时有效地调整整体施工方案，以此满足不同的跨度和多种横截面形式。初始支撑过程很简单，没有临时的建筑支撑需要去除。在台阶法进行开挖的基础上，保留了核心土壤，左右相互避开的开挖方式有利于整体稳定性。三台阶七步开挖法吸收了上下导坑法、侧壁导坑法、阶梯法和全断面开挖法的固有特征，这是一种结合了多种方法的创新施工方法。三台阶七步开挖法可满足新奥方法加强围岩控制的要求，新奥方法的观点可概括为以下几个方面，适当支撑围岩使其保持稳定；围岩和支撑保护是密不可分的整体；被支撑的围岩本身要具有较高的承载能力；支撑过程打破了传统的单一成型形式。这种方法操作的七个开挖面并不相互干扰，因此，在进行爆破操作时，由于相邻和较远处的爆破振动波对本断面产生的叠加作用，每个部分的围岩同时受到其他工作面的干扰最小。

3.2 三台阶七步法的应用

隧道三台阶七步开挖法是以弧形导坑开挖，并且保留核心土为基本模式,分三个台阶和七个开挖面,不同的部位开挖与支撑保护沿隧道纵向错开且平行推进的隧道施工方法[3]。此方法在我国的应用已经逐渐成熟。例如金寨隧道工程，金寨隧道工程地质相对较差，因此施工先采用小导管预注浆固结辅助措施后，采用了三台阶七步开挖。步骤1：在拱部得到预先支撑之后，使用上弧形导向器为后向挖掘预留芯土。开挖进尺应根据初始支撑钢架设置距离确定，最大长度为1.5 米，开挖矢跨比大于0.3。开挖后应及时支撑、锚固和网系统支护，竖起钢框架并将其喷回到设计厚度，以形成更稳定的承重拱门。步骤2 和3：在承重拱的支撑下，挖掘并错开左右中台阶侧壁，开挖尺码应根据初始支撑钢架设置距离确定，错开2 至3 m。步骤4 和5：交替挖掘左侧和右侧壁，开挖尺码应根据初始支撑钢架设置的距离确定，最大长度不得超过1.5m，并且应及时施加支撑，以使左右两边错开2 至3m。步骤6：在中间挖出上下台阶，以保留核心土壤。第7 步：分节开挖仰拱，并进行初始支撑和仰拱混凝土。在后续工作中要根据施工过程测量结果，第一时间调整围岩的预留形变空间，不可凭借经验盲目施工。由于实际变形大于保留变形，或者保留变形大于实际变形，因此避免了初始支撑物侵入次级衬砌，二次衬里增加会直接导致混凝土浪费。

3.3 三台阶七步法施工控制要点

三台阶七步法的开挖施工应注意工程顺序和步骤之间的联系，程序安排应尽量紧凑，以减少围岩的暴露时间，并避免由于长时间暴露而使围岩不稳定。应严格按照设计要求采用高级支护，精确控制支护的外角，按照注浆工艺标准精确地加固地面，确保隧道的开挖过程在高级支撑保护之下进行，在操作地周边需预留出30cm 的空间，以便进行人工开挖，当需要局部爆破时，必须使用弱爆破而不是过度开挖。施工过程中，应严格控制荷载量，以减少对围岩的干扰，中下台阶左右两侧的开挖应错开，严格禁止交错，左右错开距离应为两至三米。钢框架应严格按照设计和规格要求进行加工和安装。钢框架应竖立在坚固的基础表面上，严禁悬挂拱形（墙）脚或使用回填，钢框架应与地脚螺栓（管道）进行牢固焊接，且紧密回填隧道的超挖部分。严格禁止在初始支撑物后面依然存在空洞情况，必要时应在初始支撑物后面进行注浆和填充，以确保初始支撑物紧贴在围岩上。变形的情况在施工过程中经常出现，控制变形的措施包括：增加脚固定螺栓（管道）、增加钢框架拱（墙）脚纵向连接肋、扩大拱（墙）脚基础和增加拱（墙）脚槽钢垫等。应在施工后加强监测和测量工作，通过测量结果来调整支撑参数并且及时制定次衬的施工计划，第一时间进行信息的收集和管理，当场地水含量较大时，需开挖一个侧沟，将水引到两侧的排水沟中排出隧道。

4 结束语

三台阶七步法避免了侧壁导坑法中存在的浪费和步骤复杂的情况，无需移除临时支撑。同时，它吸收了三个步骤的优势以增加核心土壤的稳定性，并将正台阶中的弧形开挖两部分分为三部分，该方法可以通过在两个相邻类型的弱围岩的施工过渡过程中调整每个部分的进尺来达到目的。