一种基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供了一种基于台阶开挖法的隧道开挖施工技术，尤其涉及一种适用于 IV、V级软弱围岩隧道开挖的微台阶开挖施工工艺。
【背景技术】
[0002] 近年来，国内外隧道施工过程中发生多起坍塌事故，造成较大的人员伤亡和财产 损失。调查统计表明，发生这些事故的主要原因是隧道开挖台阶长度过长，初期支护未及时 封闭成环和二次衬砌未及时跟进导致围岩失稳造成。
[0003] -般软弱围岩隧道设计采用的三台阶七步开挖法，仰拱与掌子面的距离在35~ 40m长度，一方面上台阶由于预留了核心土，不能及时施工自进式锚杆进行钢架锁脚，不利 于控制前期变形；一方面仰拱钢架不能及时成环，不利于降低变形速率，同时由于工序繁 杂，影响了施工效率。因此，研发一种方法简单，既能保障了隧道施工安全，又能提高了施工 进度的隧道开挖方法成为工程技术人员研究的一个重要课题。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺，解决了现有技术 中不能及时施工自进式锚杆进行钢架锁脚，不利于控制前期变形，仰拱钢架又不能及时成 环，不利于降低变形速率且工序繁杂，施工效率低下的缺点，本发明针对性的提出了一种新 的施工工艺一一微台阶法，取得了较好保障隧道施工安全和加快施工速度的效果。
[0005] 实现本发明上述目的所采取的技术方案为：
[0006] -种基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺，包括以下步骤：（1)、首先开挖 上台阶，上台阶开挖4~4. 6m的高度，3~5m的长度，不预留核心土，在拱脚处斜向下钻设 锁脚锚杆，锁脚锚杆采用灌浆或锚固剂保证锚杆与基岩密贴；
[0007] (2)、控制和保持上台阶3~5m的长度，同时开挖上台阶和中台阶，中台阶开挖 3~3. 5m的高度，4~6m的长度，不预留核心土，然后对中台阶设置锁脚钢管和锁固锚杆；
[0008] (3)、循环步骤⑵三次，中台阶的长度达到13~17m，开挖总长度达到17~21m ;
[0009] (4)、上台阶和中台阶继续保持同步掘进，同时搭设栈桥，开始下台阶开挖和仰拱 封闭，下台阶开挖3~3. 5m的高度，3~4m的长度，不预留核心土，然后封闭仰拱；
[0010] (5)、同步推进上台阶、中台阶以及下台阶的开挖，采用上台阶+左侧中台阶+右侧 下台阶同步开挖和上台阶+右侧中台阶+左侧下台阶同步开挖交替循环作业，直至完成隧 道整体的开挖。
[0011] 所述的步骤（1)中，每榀拱架上设置两处锁脚锚杆，且每处设置两根4米长的锁脚 锚杆。
[0012] 所述的步骤（2)中，每榀拱架上设置两根(pWmm锁脚钢管和四根6米长的锁固锚 杆。
[0013] 所述的掌子面与仰拱的端头之间的长度为15米。
[0014] 本发明所提供的基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺的核心是"管超前、 弱扰动、短进尺、早成环、勤量测、重锁固"。
[0015] "管超前"指的是超前小导管超前支护工艺，在掌子面开挖中通过注浆小导管的超 前支护措施，能在拱部起到棚护作用，不至于出现大的掉块和坍塌现象发生，保证安装钢架 及喷轮作业人员安全。
[0016] "弱扰动"指的是尽量减少开挖过程中对围岩和初期支护系统的扰动，由于围岩属 于极软岩，本发明结合现场实际情况，采取了多种施工方法减少围岩扰动，采用铣挖法掘进 掌子面，针对围岩稍微坚硬的段落，采用了控制爆破的方法减少对围岩的扰动，均取得了不 俗的成果。
[0017] "短进尺"指的是控制各台阶的单循环掘进长度，一般上台阶不得超过1.5米，中下 台阶不得超过2米，同时注意控制台阶施工顺序，必须错槽开挖，不得出现左右对称开挖， 加快各台阶尤其是中下台阶的施工进度，为仰拱施工提供空间和时间。
[0018] "早成环"指的是在不影响各台阶施工的前提下尽早完成仰拱钢架及混凝土成环 施工，甚至在围岩变形异常的情况下，即使停止掌子面施工也要加快仰拱的成环施工，通过 减缓变形速率控制变形。
[0019] "勤量测"指的是围岩量测工作要严格按照软岩大变形条件进行，每日量测不得小 于两次，每周及时对量测数据进行分析，掌握实际变形情况和预留变形的几何断面关系，为 施工提供科学的决策依据。
[0020] "重锁固"指的是对初期支护钢架的锁固锚杆施工是控制变形的重中之重，目前Η 型钢从刚度和强度是满足施工要求的，但是由于钢架重量较大，同时还有拱部纵向型钢连 接、双层钢筋网片、双层连接钢筋及喷射砼的重量，初期支护系统自重本身就较大，同时在 炭质千枚岩这种极软岩在高-极高地应力影响下，在未完成钢架成环前围岩的变形速率非 常大，而控制变形最好的措施就是锚杆系统，因此，自进式锚杆的施工一定要作为控制变形 的重点实施到位，确保锚杆长度、锚杆注浆固结、锚杆尾垫板与钢架焊接密贴牢固和锚杆螺 帽拧紧程度均要符合设计和规范要求方能起到锁固钢架系统的作用。
[0021] 本发明的有益效果和优点在于：通过缩短上台阶长度，加快中下台阶的施工进度， 将掌子面和仰拱端头的长度控制在15米左右，可以保证围岩在20~25天完成从开挖到仰 拱封闭成环的全部工序，从围岩监控量测数据曲线分析可以看出，一旦仰拱封闭成环了，围 岩的变形速率将出现几何倍率的减缓，实现了衬砌前实际变形量小于预留变形值，杜绝了 拆换拱，既保障了隧道施工安全，也提高了施工进度，取得了可喜的成绩。
[0022] 本发明简单实用安全，可广泛应用于IV、V级软弱围岩隧道开挖。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体实施例对本发明进行具体说明，但是本发明的保护范围并不局限于 以下实施例。
[0024] 本实施例中所提供的基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺，包括以下步 骤：
[0025] (1)、首先开挖上台阶，上台阶开挖4m的高度，4m的长度，不预留核心土，在拱脚处 斜向下钻设锁脚锚杆，每榀拱架上设置两处锁脚锚杆，且每处设置两根4米长的锁脚锚杆， 锁脚锚杆采用灌浆或锚固剂保证锚杆与基岩密贴。
[0026] (2)、控制和保持上台阶4m的长度，同时开挖上台阶和中台阶，中台阶开挖3. 3m的 高度，5m的长度，不预留核心土，然后对中台阶设置锁脚钢管和锁固锚杆，每榀拱架上设置 两根q)89mm锁脚钢管和四根6米长的锁固锚杆。此步骤耗时约7天。
[0027] (3)、循环步骤（2)三次，此时中台阶的长度达到15m，开挖总长度达到19m。耗时 21天。
[0028] (4)、上台阶和中台阶继续保持同步掘进，同时搭设栈桥，开始下台阶开挖和仰拱 封闭，下台阶开挖3. 3m的高度，4m的长度，不预留核心土，然后封闭仰拱；此步骤耗时约4 天，至此断面在开挖25天达到了仰拱封闭。此时所述的掌子面与仰拱的端头之间的长度为 15米。
[0029] (5)、同步推进上台阶、中台阶以及下台阶的开挖，采用上台阶+左侧中台阶+右侧 下台阶同步开挖和上台阶+右侧中台阶+左侧下台阶同步开挖交替循环作业，直至完成隧 道整体的开挖。
[0030] 此步骤中如果下台阶和仰拱施工不干扰中上台阶的施工，那么每天的平均进尺就 在1米左右，一个月进尺能够达到30米；如果下台阶和仰拱施工干扰中上台阶，造成掌子面 停顿，那么每天的平均进尺就在0.6米（15 + 25)左右，一个月进尺能够达到18米。
[0031] 本发明在实施时有两个主要要求：一是上台阶必须控制在3-5米以内；二是上台 阶和中台阶必须同步进行，同时开挖和同时支护，上台阶的渣用挖机扒下后，通过中台阶运 出。施工中需要考虑中上台阶高度，以便于上台阶支护和出渣，还要考虑工班间的组织衔 接，保证上中台阶同步进行，同时完成。
[0032] 本发明在兰渝铁路隧道项目之一的两水隧道工程中成功实施，采用这种微台阶法 开挖隧道，有效的控制了仰拱与掌子面之间的台阶长度，大大降低了铁路隧道施工安全事 故，既保障了隧道施工安全，也提高了施工进度。
[0033] 以上是对发明的技术方案进行了阐述，使本发明实现的技术手段、创作特征、达成 目的与功效易于明白了解，并非对本发明进行限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、 修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺，其特征在于包括以下步骤： (1) 、首先开挖上台阶，上台阶开挖4~4. 6m的高度，3~5m的长度，不预留核心土，在 拱脚处斜向下钻设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用灌浆或锚固剂保证锚杆与基岩密贴； (2) 、控制和保持上台阶3~5m的长度，同时开挖上台阶和中台阶，中台阶开挖3~ 3. 5m的高度，4~6m的长度，不预留核心土，然后对中台阶设置锁脚钢管和锁固锚杆； (3) 、循环步骤（2)三次，中台阶的长度达到13~17m，开挖总长度达到17~21m; (4) 、上台阶和中台阶继续保持同步掘进，同时搭设栈桥，开始下台阶开挖和仰拱封闭， 下台阶开挖3~3. 5m的高度，3~4m的长度，不预留核心土，然后封闭仰拱； (5) 、同步推进上台阶、中台阶以及下台阶的开挖，采用上台阶+左侧中台阶+右侧下台 阶同步开挖和上台阶+右侧中台阶+左侧下台阶同步开挖交替循环作业，直至完成隧道整 体的开挖。2. 根据权利要求1所述的基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺，其特征在于： 所述的步骤（1)中，每榀拱架上设置两处锁脚锚杆，且每处设置两根4米长的锁脚锚杆。3. 根据权利要求1所述的基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺，其特征在于： 所述的步骤（2)中，每榀拱架上设置两根锁脚钢管和四根6米长的锁固锚杆。4. 根据权利要求1所述的基于台阶开挖法的隧道微台阶开挖施工工艺，其特征在于： 所述的掌子面与仰拱的端头之间的长度为15米。
【专利摘要】本发明提供了一种隧道微台阶开挖施工工艺，包括以下步骤：首先开挖上台阶，不预留核心土，在拱脚处斜向下钻设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用灌浆或锚固剂保证锚杆与基岩密贴；控制和保持上台阶的长度，同时开挖上台阶和中台阶，不预留核心土，然后对中台阶设置锁脚钢管和锁固锚杆；循环上步骤三次；上台阶和中台阶继续保持同步掘进，同时搭设栈桥，开始下台阶开挖和仰拱封闭，不预留核心土，然后封闭仰拱；同步推进上台阶、中台阶以及下台阶的开挖，采用上台阶+左侧中台阶+右侧下台阶同步开挖和上台阶+右侧中台阶+左侧下台阶同步开挖交替循环作业，直至完成隧道整体的开挖。本发明取得了较好保障隧道施工安全和加快施工速度的效果。
【IPC分类】E21D20/02, E21D9/00
【公开号】CN105257295
【申请号】CN201510623492
【发明人】王立英, 齐甦, 崔小鹏, 杨振伟, 黎训国, 赵春发, 王少宏, 王成武, 吴广明
【申请人】中交第二公路工程局有限公司, 中国地质大学（武汉）
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月26日