三台阶预留核心土开挖法
时间：2021.03.12 创作：欧阳文 施工工艺
一、目的
由于新店隧道地质条件特殊，处于不良地质地段，土体松散且夹有大量孤石，地下水异常丰富，山体的稳定性非常差，一经开挖立刻开裂坍塌，造成进洞施工困难。为保证新店隧道施工安全和质量，规范开挖作业程序，加强过程控制，提高施工进度，明确隧道三台阶预留核心土开挖法的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范隧道开挖施工，特编制此施工方案。 二、适用范围
新店隧道出口段左右洞。 三、工艺原理和特点
新店隧道三台阶预留核心土开挖法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。
三台阶预留核心土开挖法具有下列技术特点：
1施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作
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业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。
2在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。
3适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。
4在台阶法开挖的基础上，预留核心土，左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。
5当围岩变形较大或突变时，在保证安全和满足净空要求的前提下，可尽快调整闭合时间。 四、施工方法
1、开挖支护参数
正洞：Ⅰ20b型钢钢架，间距50cm；相邻钢架采用Φ25钢筋连接，环向间距1.0m，并焊接与钢架内侧翼缘；采用Φ22锁脚锚杆L=4.5m或Φ50锁脚锚管，L=4.5m，壁厚3.5mm；喷射C25混凝土28cm.。
采用Φ6钢筋网片，网格尺寸20cm×20cm
2、 三台阶预留核心土开挖法施工应符合下列要求： ⑴以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；
⑵弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；
⑶其他分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初期
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支护衔接紧密，及时封闭成环；
⑷仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系； ⑸施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；
⑹完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。
3、三台阶预留核心土开挖法施工工艺
⑴ 三台阶预留核心土开挖法可分为以下主要步骤： Ⅰ上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护； Ⅱ中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护： Ⅲ中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护。每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。
⑵三台阶预留核心土开挖法的施工工艺流程见图4-1。
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监控量测 超前支护 上部弧形导坑开挖，施作初期支护 断面检查 左右侧错开开挖中台阶，施作初期支护 左右侧错开开挖下台阶，施作初期支护 围岩稳定性评判、修正支护参开挖上、中、下台阶预留核心土 分段开挖隧底，施作初期支护 施作仰拱 施作仰拱填充
图4-1三台阶预留核心土开挖法施工工艺流程 4、施工工序
三台阶预留核心土开挖法施工步骤见图4-2，开挖透视图见4-3，施工工序见图4-4。
图4-2施工步骤 图4-3开挖透视图
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图4-4施工工序图
施工步骤：
第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为3～5米，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1米，开挖后立即初喷3～5cm砼。开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第2、3步，左右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1m，开挖高度一般为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第4、5步，左右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1m，开挖高度一般为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，如有必要可在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚
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度。
第6步，上中下台阶预留核心土开挖。
第7步，隧底开挖：每循环开挖进尺长度宜为2~3m开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4~6m。
三台阶预留核心土开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力，其施工工艺流程见图4-5
开 挖 清理岩面 初喷混凝土封闭岩面 施作系统锚杆，挂钢筋网 安装钢架 复喷混凝土至设计厚度 量测数据分析、反馈
图4-5初期支护施工工艺流程
1初喷混凝土封闭岩面：
1)初喷混凝土应在开挖后立即进行。
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2)用高压风自上而下吹净岩面。
3)工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，快速封闭渗水岩面。
4)喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩面粘结力要求。
5)喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱(墙)脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。
2系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求：
1)初喷混凝土后应及时施做锚杆，锚杆必须设置垫板，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺。
2)钢筋网可采用φ6 mm的HPB235钢制作，网格尺寸宜采用20 cm×20 cm～25 cm×25 cm，搭接长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接。
3)钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3 cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不应小于4 cm。
3安装钢架应符合下列要求：
1)拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置一施做定
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位锚杆一架设钢架一布设纵向连接筋。
2)墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板一施做定位锚杆一对应拱部单元架设墙部钢架单元一布设纵向连接筋。拱、墙部钢架单元宜采用栓接的方式连接。
3)加强钢架拱(墙)脚锁脚锚杆(管)施工，各台阶每单元钢架拱(墙)脚以上30 cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45。打设4根或4根以上锁脚锚杆(管)，锁脚锚杆(管)与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不应小于22 mm，锁脚锚管直径不应小于42 mm，长度不得小于4.5m，以控制基脚变形。
5仰拱施工
⑴ 隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2—3 m。当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽的次数不得多余3次，每次跳槽间隔不得大于10 m。
⑵隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5 cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。
⑶仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6 m，仰拱应采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设
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置止水带。仰拱表面应平顺，不积水。
⑷仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。
六、施工技术要求及注意事项
1、三台阶预留核心土开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。
⑴初期支护应及时封闭成环；；
⑵仰拱应超前施做，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30—40 m，铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行；
⑶二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长度，但不得大于50m。
2、在满足作业空间和台阶稳定的前提下，应尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在3—5 m，宽度宜为隧道开挖宽度的l／3～l／2。
3、三台阶预留核心土开挖法施工应严格控制开挖长度，根据围岩地质情况环进尺，每次开挖长度不得超过1.0m；开挖后立即初喷3—5 cm混凝土，以减少围岩暴露时间。
4、严格按设计要求施做超前支护，控制好超前支护外
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插角，严格按注浆工艺加固地层，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。
5、隧道周边部位应预留30 cm人工开挖，其余部位宜采用机械开挖，局部需要爆破时，必须采用弱爆破，不得超挖。施工时应严格控制装药量，减少对围岩的扰动。
6、 中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为2～3 m。
7、钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上，严禁拱(墙)脚悬空或采用虚渣回填。钢架应与锁脚锚杆(管)焊接牢固。
8、隧道超挖部位必须回填密实，严禁初期支护背后存在空洞。必要时初期支护背后应进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。
9、施工过程中可采用增加拱(墙)脚锁脚锚杆(管)、增设钢架拱(墙)脚部位纵向连接筋、扩大拱(墙)脚初期支护基础及增设拱(墙)脚槽钢垫板等增强拱(墙)脚承载力等措施控制变形。
10、 应加强监控量测工作，根据量测结果，及时调整支护参数，确定二次衬砌施做时间，进行信息化施工管理。
11、应完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱(墙)脚及在施工现场漫流，防止基底承载力降低。当地层含水量大时，上台阶开挖工作面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧
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道中部或两侧排水沟排出洞外。必要时应配合井点降水等措施，降低地下水位至隧道仰拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时，应设置集水坑将水集中抽排。
12、隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职业健康及安全标准。 七、安全要求
1、施工现场防护装置、安全防护措施必须齐全，严格遵守安全操作规程。
2、施工人员进入作业现场必须佩带个人防护用品，不准穿拖鞋作业。
3、施工现场严禁外部人员观看，要劝阻老百姓围观。 4、施工现场的机具设备，必须设置切实可靠的防护、分隔措施和明显的警示标志、警示灯。
5、所有参加作业的人员（含配属人员）必须配备安全帽，未戴安全帽严禁进入现场。
6、施工作业高度超过三米，必须有防护栏杆，无高空防护装置，安全人员有权下令停工、进行防护整改。
7、焊接作业时，操作人员持证上岗，必须佩戴相应的安全保护用品。
8、要配备专职或兼职电工、持证上岗，并具有一定的专业技术，严禁违章作业。
施工用电要按规定、规格使用，严禁带电作业，严禁电
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线拖地，防止漏电伤人，必须上墙或用电杆支离。
10、喷锚后及时对隧道内进行通风除尘，保证隧道内通风顺畅。
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