《現代土木工程施工專項技術》 課件 2.2臺階法

第二章地鐵施工技術——區(qū)間大連理工大學建設工程學部宋永發(fā)2.1新奧法（全斷面開挖法）臺階法開挖是將隧道設計斷面分成兩次開挖（不包括仰拱），其中上臺階超前一定距離后，上下臺階同時并進的施工方法。該工法將設計斷面分成上半部斷面和下半部斷面，錯開一定距離L（臺階長度）先開挖上半斷面，待開挖至一定長度后再開挖下半斷面，上、下半斷面在不同的工作面同時掘進施工。三車道隧道一般采用三臺階。臺階法開挖法是隧道施工中采用最多的開挖方法，主要適用于IⅢ、Ⅳ級圍巖，同時在地質條件較差的V級圍巖也可采用臺階法開挖（V級圍巖在采取超前支護、臨時仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測數據未發(fā)生異常的情況下慎重使用）。臺階法施工圍巖適應性強，便于挖掘機、裝載機、自卸汽車等大型機械設備聯合施工，施工進度快，穩(wěn)定性好。2.2.1臺階法概念2.2.2臺階法施工形式根據臺階長度不同，劃分為長臺階法、短臺階法和微臺階法三種。施工中采用哪一種臺階法，要根據兩個條件來決定：第一是對初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，要求閉合時間越短；第二是對上部斷面施工所采用的開挖、支護、出渣等機械設備需要施工場地大小的要求。對軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全；對較好圍巖，主要考慮如何更好地發(fā)揮機械設備的效率，保證施工中的經濟效益，因此只考慮后者。臺階法施工形式(1)

長臺階法長臺階法上臺階長度35～50m，下臺階長度20m，整個斷面分為上下兩個臺階分別進行開挖、出渣、支護施工（在上臺階可使用多功能平臺進行鉆眼爆破和支護施工），相互干擾小，支護及時，施工進度快，月進尺可達120~150m。長臺階法開挖斷面小，有利于維持開挖面的穩(wěn)定，適用范圍較全斷面法廣，一般適用Ⅰ～Ⅲ級圍巖。在上、下兩個臺階上，分別進行開挖、支護、運輸、通風、排水等作業(yè)線，因此臺階長度長。但臺階長度過長，如大于100m時，則增加了支護封閉時間，同時也增加了通風排煙、排水的難度，降低了施工的綜合效率。因此，長臺階一般在圍巖條件相對較好、工期不受控制、無大型機械化作業(yè)時選用。2.2.2臺階法施工形式臺階法施工形式(2)

短臺階法短臺階法上臺階長度為5～7m，一般適用于地質條件較差的Ⅳ～V級圍巖，上臺階洞渣需通過機械轉運至下臺階，開挖及支護作業(yè)需人工搭設施工平臺，上下兩個臺階施工相互干擾較大，但利用及時施做仰拱封閉成環(huán)，縮短襯砌與掌子面距離，月進尺可一般為90～100m。短臺階法的上臺階一般采用小藥量的松動爆破，出渣采用人工或小型機械轉運至下臺階。因此，臺階長度又不宜過長，如果超過15m，則出渣所需的時間顯得過長。短臺階法可縮短支護閉合時間，改善初期支護的受力條件，有利于控制圍巖變形。缺點是上部出渣對下部斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。2.2.2臺階法施工形式臺階法施工形式(3)

微臺階法微臺階法是全斷面開挖的一種變異形式，適用于Ⅴ～Ⅵ級圍巖，一般臺階長度為3～5m。臺階長度小于3m時，無法正常進行鉆眼和拱部的噴錨支護作業(yè)；臺階長度大于5m時，利用爆破將石渣翻至下臺階有較大的難度，必須采用人工翻渣。微臺階法上下斷面相距較近，機械設備集中，作業(yè)時相互干擾大，生產效率低，施工速度慢。2.2.2臺階法施工形式臺階法施工形式(1)

工藝原理將隧道設計斷面分成兩部分開挖（不包括仰拱），其中下臺階隨上臺階同步施工，同時仰拱、二次襯砌緊跟下臺階，由于下臺階距離掌子面距離較短，為后部仰拱及襯砌緊跟開挖掌子面創(chuàng)造了良好的空間作業(yè)環(huán)境，尤其適合于在圍巖較差時初期支護及二次襯砌及時封閉成環(huán)。2.2.3臺階法的工藝原理及工法特點臺階法的工藝原理及工法特點(2)

工藝工法特點地質條件較差時采取上下短臺階法施工，采用人工組裝平臺進行開挖、支護作業(yè)，設備配置簡單，上下臺階同時鉆孔和起爆，達到隧道同時開挖掘進的目的，同時可保證開挖后及時完成初期支護，在快速施工的同時能夠有效保證施工安全。上下短臺階施工時上下臺階相互干擾較大，施工中要解決好上下臺階施工干擾問題。2.2.3臺階法的工藝原理及工法特點臺階法的工藝原理及工法特點1)

臺階法一般適用于Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段修建的鐵路、公路隧道施工。2)

V級圍巖在采取超前支護、臨時仰拱等有效支撐手段且監(jiān)控量測數據未發(fā)生異常的情況下，慎重使用臺階法施工，單線隧道及圍巖地質條件較好的雙線隧道可采用二臺階法。3)

隧道斷面較高、單層臺階斷面尺寸較大時可采用三臺階法；當地質條件較差時，為增加掌子面自穩(wěn)能力，可采用三臺階預留核心土法開挖。2.2.4臺階法適用范圍臺階法適用范圍1)增加了工作面，前后干擾較小，有利于機械化作業(yè)，進度較快。2)一次開挖面積較小，有利于掌子面穩(wěn)定，特別是下臺階開挖時較為安全。3)短臺階法相互干擾，增加對圍巖的擾動次數。2.2.5臺階法的優(yōu)缺點臺階法的優(yōu)缺點1、施工工藝流程

施工工藝流程圖及施工工序布置如圖2-1和圖2-2所示：2.2.6臺階法施工流程及方法臺階法施工流程及方法圖2-1臺階法施工工藝流程圖圖2-2臺階法施工工序布置圖2、臺階長度確定臺階長度必須根據隧道斷面跨度、圍巖地質條件、初期支護形成閉合斷面的時間要求、上臺階施工所需空間大小等因素來確定。地質條件較好時往往采用長臺階法開挖，通過普通鑿巖機上下臺階同時鉆孔和起爆，達到隧道同時開挖掘進的目的，效率比全斷面開挖略低，但設備投入相對較低。地質條件較差時，為利于支護及時封閉成環(huán)，臺階長度應縮短，宜為5m左右，如采用三級臺階法，第一個臺階高度宜控制在2.5m以下；三級臺階法所采取的輔助施工措施使得上下臺階相互干擾較大，施工效率降低，需要解決好上下臺階施工干擾問題。2.2.6臺階法施工流程及方法臺階法施工流程及方法3、施工步驟Ⅲ、Ⅳ級圍巖隧道采用短臺階法施工工藝，上下臺階采用人工鉆眼，光面爆破技術，裝載機配合大型自卸車裝渣運輸，施做初期支護具體施工步驟如下：1)上臺階開挖，開挖作業(yè)高度4.9m，挖掘機裝碴，人工搭設簡易作業(yè)平臺，鉆眼、裝藥、起爆，每循環(huán)進尺2.4～3m，安裝格柵鋼架、鋪設鋼筋網，并打設?42鎖腳錨管進行固定（長度3.5m），打設L系統(tǒng)錨桿，鋼架底部不密實或懸空時，在鋼架底部安裝砼墊塊。2)利用上臺階挖掘機扒碴及安裝鋼架、鋪設鋼筋網時間同步在下臺階采用裝載機配合自卸汽車出碴，出碴完畢后安裝下臺階鋼架、鋪設鋼筋網、打設?42鎖腳錨管進行固定（長度3.5m），打設系統(tǒng)錨桿。2.2.6臺階法施工流程及方法臺階法施工流程及方法3、施工步驟Ⅲ、Ⅳ級圍巖隧道采用短臺階法施工工藝，上下臺階采用人工鉆眼，光面爆破技術，裝載機配合大型自卸車裝渣運輸，施做初期支護具體施工步驟如下：3)上下臺階同時噴射砼封閉。4)開挖仰拱，每循環(huán)開挖長度6m，施做初期支護，澆筑仰拱砼，每組仰拱砼澆筑長度12m。仰拱施工期間采用自制棧橋保持車輛通行。5)整體液壓模板臺車就位（臺車長度12m），灌注拱墻襯砌砼。2.2.6臺階法施工流程及方法臺階法施工流程及方法1、易出現的質量問題1)爆破效果不理想，周邊輪廓不圓順，形成大的超欠挖。2)開挖進尺過大，周邊超挖值大。3)下臺階開挖高度過高，不利于鉆眼作業(yè)，炮眼方向不易與隧道線路方向平行，炮眼間距不能有效控制。4)噴射砼厚度不足、鋼架未與隧道走向垂直，初期發(fā)生變形。2.2.7易出現的質量問題及保證措施易出現的質量問題及保證措施2、保證措施1)

周邊眼采用25小藥卷竹片連接間隔裝藥，控制周邊眼線性裝藥量不超過0.2kg/m。2)

在下臺階鉆眼時人工搭設2.0m高簡易平臺，控制鉆眼方向及炮眼間距滿足鉆爆設計要求，并在已完成的炮眼中插入直木棍，作為其它周邊眼的參照，控制鉆眼方向與隧道軸線一致。3)

嚴格控制開挖進尺，對隧道鉆爆設計實行動態(tài)化管理，及時調整炮眼深度、裝藥量、炮眼間距等鉆爆參數，達到光面爆破的目的。2.2.7易出現的質量問題及保證措施易出現的質量問題及保證措施2、保證措施4)控制鋼架安裝質量，鋼架間距誤差要求在±10cm內，錨桿間距誤差在土15cm內，錨桿錨入圍巖長度不小于設計長度的95%，鋼筋網片搭接長度誤差在±5cm內，將鋼架安裝垂直度控制在±2°以內；沿隧道環(huán)向預埋短鋼筋，控制噴射砼厚度不小于設計值。5)材料采購前對分供方進行評定，選擇合格的分供方廠家購料。所購材料必須附有說明書、合格證、技術檢驗證等質量證件，并滿足工程要求。2.2.7易出現的質量問題及保證措施易出現的質量問題及保證措施2、保證措施6)

進入工地的主要材料嚴格按規(guī)定和設計要求把關，所有場制材料須有出廠合格證和必要的檢驗、試驗單。對進場料、設備按技術質量標準、樣品進行嚴格檢驗，并事先確定重點檢驗料。7)

嚴格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各種添加劑。2.2.7易出現的質量問題及保證措施易出現的質量問題及保證措施1)

臺階長度不宜超過隧道開挖寬度的1.5倍。臺階不宜多分層。一般以一個垂直臺階開挖到底，保持平臺長2.5～3m為好，易于掌握炮眼深度和減少翻渣t作量，裝渣機應緊跟開挖面，減少扒渣距離以提高裝渣運輸效率。應根據兩個條件來確定臺階長度：一是初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖穩(wěn)定性越差，閉合時間要求越短；二是上半部斷面施工時開挖、支護、出渣等機械設備所需的空間大小的要求。2.2.8臺階法施工注意事項臺階法施工注意事項2)

上部開挖時，因臨空面較大，易使爆破面渣塊過大，不利于裝渣，應適當密布中小炮眼。但采用先拱后墻法施工時，對于下部開挖時，應注意上部的穩(wěn)