隧道工程三台阶七步法要点研究

李晓朔

（江西赣粤高速公路工程有限责任公司，江西南昌330006）

0 引言

三台阶七步法主要被应用于隧道工程中，该方法具备一定的施工优势，能够提高工程项目的质量，缩短隧道工程项目的施工周期，能够在一定程度上提高工程项目的经济效益。因此，对该技术的要点进行研究、掌握该技术的应用方法，对推进项目的开展有重要作用。

1 施工特点

在当前的隧道施工中，应用比较普遍的开挖施工方式为中隔壁法（CD 法）、交叉中隔壁法（CRD 法）、双侧壁导坑法、台阶法、全断面开挖法等。在隧道工程建设的施工环节，开挖施工阶段必须做好两侧分别开挖施工，且要在隧道内设置支护结构，达到隧道工程运行的安全性和稳定性要求。采用混凝土仰拱超前施工方式进行闭合处理，可以形成稳定性良好的支护结构形式，达到隧道支护标准要求。较之其他的隧道项目施工技术来说，三台阶七步法有着非常明显的优势。

该技术可以建设较大的使用空间，很多先进的施工设备可以在隧道掘进环节得到开发和应用，从而大幅提高施工的质量和效率，同时还能够缩短项目工期，降低项目的运行成本，促进项目的建设和经济效益的全面提升。隧道工程的开挖施工都是分阶段进行的，不会对隧道内部造成过大的伤害和影响，可以保证隧道内岩土结构达到稳定性标准，避免发生坍塌事故，同时还能够根据需要对支护结构做出必要的调整，保证开挖施工进度满足要求，适应性良好，且安全性高、稳定性强，能够为企业带来更高的经济效益，对于推动我国隧道工程建设领域的发展具有很高的价值[1]。

2 隧道工程开挖的施工要求

在隧道开挖的施工环节，岩体基本达到静置平衡性的要求。开挖施工后，隧道围岩的初始应力会产生变化，形成二次应力场的形式。随着时间的推移及支护施工的顺利进行，还会逐步形成三次、四次应力状态。从这个工作原理出发进行分析，选择最佳的开挖方式，是提高隧道施工安全性的关键，特别在是软弱围岩的地质条件下，隧道开挖会产生过大的扰动，软弱结构面容易发生不同程度的损坏、松弛，节理、裂隙也会进一步发展，致使结构发生较大的变形。所以，施工单位应选择合适的施工方法，以保证施工的安全性、稳定性合格。通过对目前我国的隧道施工方法进行分析后发现，台阶法应用广泛，设备比较简单，施工成本低，在软弱围岩隧道建设中也有明显的优势，所以选择合适长度的台阶结构形式效果良好，综合价值比较高[2]。

3 工程概况

某隧道形式被设计为分离式隧道形式，整个隧道建设总体长度为457m，隧道净宽为11.5m，净高为5m。

右线进口部位围堰主要是残积粉质土，强风化粉砂岩形式，整体为Ⅴ级围岩，围岩结构的联合性比较差，不具备自稳能力。根据施工技术要求，选择使用环形开挖预留核心土的方式展开施工。在隧道右线掘进的施工环节，进口部分的初期支护开裂、拱顶沉降、地表开裂的问题较为明显，根据现场调查分析，隧道进口部位构造作用强烈，隐伏带土体水含量较高、强度低、稳定性差。经过多方专家讨论、分析，最终选择应用三台阶七步法进行施工，以保证工程结构和质量符合要求[3]。

4 施工工艺

三台阶七步法，是根据弧形导坑开挖预留核心土的施工方式，按照从上到下的顺序分为上、中、下三个台阶、七个步骤进行施工，每开挖一步都要及时进行初期支护施工，各个位置的开挖和支护要采取平行推进的方式交错进行，从而确保开挖和治理效果满足要求。

4.1 第一步

隧道在完成拱部初期支护施工后，环向开挖上部弧形导坑。台阶施工时，应按照百丈隧道围岩开挖要求逐一进行开挖施工，每次循环进尺控制在6m 以内，上台阶长度超出中导坑为3m，高度尺寸控制在2.5m以内。每次开挖施工结束后，应及时喷射混凝土进行掌子面封闭处理，同时还要进行初期支护的施工，确保结构达到稳定性要求，且满足现场施工安全性标准。

4.2 第二步、第三步

应用台阶法进行开挖时，应在隧道两侧分别开挖，同时还要做好现场支护处理，达到结构的稳定性与安全性要求。在滞后于第一步的施工部分特定距离后，左右交错进行隧道开挖施工，即第二步、第三步施工：开挖进尺不超过0.6m、高度不超过2.5m，左右交错的距离为1～3m。开挖施工结束后，应立即喷射混凝土进行掌子面封闭处理，然后对隧道周边的围岩结构进行初期施工[4]。

4.3 第四步、第五步

隧道开挖施工阶段，下台阶部分的施工开挖应采取两侧分别开挖的方式，且要做好支护施工，保证结构的稳定性与安全性合格。在滞后于第三步的施工部分一定距离后，左右交错进行隧道的第四步、第五步施工：开挖进尺不超过0.6m、高度不超过2.5m，左右交错的距离为1～3m，并及时喷射混凝土进行掌子面封闭，做好周边围岩支护施工。台阶应交错落地，单次落地长度不能超过2 榀拱架。

4.4 第六步

分台阶进行第六步上、中、下台阶核心土开挖施工。第六步，是根据要求进行仰拱和左右仰拱填充。在隧道开挖的施工环节，首先需要在隧道内部设置支护结构，然后即可进行分区开挖施工，隧道内部仰拱结构的挖掘施工完成后，应及时展开支护结构的设置施工，选择使用混凝土喷涂的方式，封闭裸露的岩体结构，并结合项目的建设方案和施工进度计划，按照要求进行钢结构的安装和控制，再根据施工工艺方案进行二次喷涂作业，保证涂层结构的厚度达到标准，确保隧道开挖施工支护结构的质量性能合格[5]。

此外，根据隧道工程项目建设中施工项目数据和监测要求，还应确保施工环节中的围岩结构达到稳定性标准，提高支护结构的性能，保证项目挖掘建设的顺利实施，达到项目的安全标准。三台阶七步法在施工时，各个工序应相互衔接，并做好各环节的监督、管理与控制，保证施工的质量符合要求。结合现场的具体情况，明确施工质量管理控制措施，严格执行质量控制的标准和要求，对工程的总体水平的提高有重要价值。

4.5 第七步

滞后于第六步施工部分超出5m 的距离，对第五步施工部分的薄弱结构形式进行初期围岩支护施工，其主要的工作内容如下：先进行初期喷护施工，喷射厚度为4cm 的混凝土，在现场设置钢架支撑结构，并悬挂钢筋网，将钢筋结构接长进行支撑，安装、设置系统锚杆与锁脚锚杆，复喷混凝土达到设计标准要求。而后，再进行衬砌结构的施工，根据需要插入仰拱钢筋并进行绑扎，并开展立模浇筑混凝土施工，然后进行仰拱填充混凝土施工，此时要结合现场情况设置中心排水沟，在内部设置小立模结构，待浇筑结构形成后，再进行仰拱顶填充混凝土施工。

5 施工控制要点

5.1 做好超前预支护

隧道工程项目开挖施工建设中，应采用超前预支护施工技术，以保证结构开挖施工达到安全性、稳定性的要求。只有充分地利用超前支护施工技术，才能保证隧道开挖施工各个环节的承载性能达到要求，保证承载力可通过支护结构传导，切实提升隧道结构的稳定性。在该技术的应用环节，要考虑到隧道工程的具体情况，严格执行勘测技术标准，了解当地的地形地貌条件，选择科学、合理的支护施工方案，保证工程质量达到要求。

5.2 严格控制开挖长度及台阶长度

在隧道项目的施工环节，必须做好对每次开挖施工长度、台阶长度的控制。为确保隧道项目建设施工的顺利完成，必须设置完整的支护结构，以达到工程的标准要求，还要做好岩土工程结构的勘测与判断，明确施工计划和工艺技术要求，掌握岩石结构参数，逐一完成施工工序，保证隧道开挖的效果，并将开挖长度控制在6m 以内。开挖施工全部完成后，需要及时进行初步混凝土喷射施工，尽量缩短隧道围岩结构的暴露时间。具体的隧道施工中，如果勘测数据反映出岩土结构的稳定性比较差，应尽量缩短开挖施工的长度，保证隧道初期支护施工效果合格，在保证安全性达标的情况下完成施工。如果一次设置的开挖施工长度过大，会导致隧道长期裸露在自然环境中，支护时间延长，致使结构的稳定性变差，容易影响工程的安全性，无法达到工程的施工建设标准和要求。

5.3 采用弱爆破

隧道工程挖掘施工环节，通常需要应用爆破施工技术完成隧道开挖工作。在该环节中，施工技术人员应加强对爆破药物使用量的控制，避免爆破威力过大而影响结构的稳定性，避免产生严重的安全事故，影响人们的生命安全。

5.4 加强拱脚承载力

由于隧道项目建设的施工工艺比较特殊，在挖掘施工阶段，支护结构的承载性能是比较强的，而且支护结构两侧的拱脚部位承担了主要的垂直荷载，如果该位置的承载性能不足，则容易导致结构发生变形，进而引发安全事故。因此，在初期支护环节，应加强施工质量的控制，保证拱脚结构的支护性能符合要求，在开挖环节达到岩土稳定性的标准，最终达到工程的安全标准。

5.5 加强初期支护纵向连接

隧道结构的围岩稳定性，对整个隧道项目的正常运行和使用也存在着直接影响。所以，要保证岩土结构内部的承载性能符合要求，确保围岩符合稳定性标准。隧道挖掘施工阶段，做好隧道支护管理工作极为重要，避免对隧道结构围岩产生不利影响，防止围岩结构塌陷而造成较大损失。

5.6 仰拱和二衬施工

隧道工程开挖施工阶段，应进行现场施工参数和情况的监测与控制，了解隧道开挖台阶的总体长度，并保证隧道的仰拱二衬与台阶位置形成一个整体，建设出稳定性强、强度高的隧道支护防护结构。因为隧道项目的仰拱结构并不具备较高的支护效果，承载性能也很差，因而随着隧道工程施工的深入进行，在支护性能较差的位置上就会发生岩土结构的变形和损坏的问题，直接造成隧道围岩的稳定性下降，从而诱发塌落问题。因此，在挖掘施工作业环节，必须严格、有效地控制施工进度，保证隧道结构的支护效果符合工程要求，确保内部围岩结构的稳定性、强度合格。如果发现拱基的承载性能不足，应立即采取二次衬砌的施工方式，保证隧道内部形成稳定、强度合格的支护形式，达到工程的技术标准要求。

5.7 监控、勘测要求

现场施工人员必须随时监控和了解隧道内部的地质条件变化，勘测相关数据信息，并通过了解隧道施工数据来调整施工计划和标准，对现场施工的顺利进行起到积极作用。根据项目建设的施工目标和设计方案要求，做好现场施工的全面管理和控制，且要绘制出施工时间位移的变化曲线，以确保不会对施工安全产生任何负面影响。

5.8 完善隧道洞内的临时防、排水系统

隧道工程建设施工阶段，应确保内部结构的安全性要求，设置临时防、排水系统，保证其可以及时排出内部的积水，避免隧道工程由于浸水而出现结构损坏，切实提升项目施工的安全性和稳定性。

6 结语

综上所述，通过对该次工程案例进行分析发现，应用三台阶七步法进行隧道施工具备可行性，各项施工环节符合技术标准和国家标准要求，达到了隧道运行的要求。应用三台阶七步法进行隧道工程施工，支护效果满足要求，工程质量合格，且各个结构部分的性能达标，不影响正常的使用和运行。

在现场进行监测和分析后发现，通过三台阶七步法开展隧道工程施工，侧墙结构的承载性能合格，可将侧向水平力及时传输到远端结构上，保证结构侧墙支护效果合格，达到封闭的标准要求。此外，由于围岩容易发生塑性变形的问题，拱肩和拱底塑性区发展变化较快，仰拱封闭易变形，极易导致隧道变形，影响围岩结构的稳定性，所以，在高地应力隧道工程的实施环节，应分析现场的应力变化情况，并随时做好现场监测工作，了解应力变化，以便采取必要的应对和处理措施。

总之，应用三台阶七步法进行施工，隧道围岩封闭效果良好，初期封闭后可成环形结构形式，减小地应力的作用，保证初期支护更加安全稳定，保证隧道建设施工更加安全，对提高隧道的运行效果也有积极作用。