2　三台阶七步开挖法介绍

2.1　工艺概述

该工艺起源发展于国外，在21世纪引入中国，最先在黄土隧道Ⅳ级围岩地段成功运用。大断面破碎围岩隧道施工根据“新奥法”原理施工，开挖后立即进行初期支护，保证在最短时间内封闭围岩，完成仰拱，使型钢成环，应力闭合。根据量测数据确定二衬最佳施工时间，尽早完成二衬施工。此工艺规避了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，及时调整闭合时间，方便机械化施工，利于施工工序转换，可提高施工效率。

2.2　工艺原理及特点

大断面隧道三台阶七步开挖法是以弧形导坑预留核心土法为基本模式，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、平行推进的施工方法。适用于洞口段、断层、破碎带等Ⅳ级、Ⅴ级不良地质地段。三台阶七步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型式，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。

2.3　三台阶七步开挖法施工要求

（1）以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破，各分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环。

（2）仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系。

（3）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。

（4）完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。

2.4　开挖施工工艺

2.4.1　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，核心土长度为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，一般0.6m左右，最大不得超过1.5m，上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后立即初喷2cm混凝土。开挖后及时进行喷、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°和60°两边对称打设两根锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。如图1所示工序1。

2.4.2　第2、3步：左、右侧中台阶开挖

开挖进尺根据初期支护钢架间距一般按0.6m左右设定，最大不得超过1.5m，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2cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°和60°两边对称打设两根锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。如图1所示工序2、3。

2.4.3　第4、5步：左、右侧下台阶开挖

开挖进尺根据初期支护钢架间距确定，一般0.6m左右，开挖高度一般为3～4m，左、右侧台阶错开2～5m，开挖后立即初喷2cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°和60°两边对称打设4根锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。如图1所示工序4、5。

2.4.4　第6步：开挖上、中、下台阶预留核心土

各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。如图1所示工序6-1、6-2、6-3。

2.4.5　第7步：开挖隧底

每循环开挖长度宜为2～3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成隧底开挖、初期支护循环后，及时施作仰拱及仰拱回填，仰拱分段长度一般为4～6m。为了不影响车辆进出，采用栈桥过渡方案。如图1所示工序7。

2.5　三台阶七步开挖法控制要点

（1）根据隧道的水文地质条件，严格按设计要求做好超前支护，控制好超前支护外插角，按注浆工艺对超前导管进行注浆，保证隧道开挖在超前支护的保护下施工，确保隧道施工安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，超前支护按设计要求进行加强，以确保安全。

（2）弧形导坑沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，以机械开挖为主，人工开挖为辅，人工配合挖掘机从台阶上向下刨土，开挖后及时支护；其他各分部平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接应紧密，及时封闭成环；临时仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系。

（3）施工过程通过变形监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时指导调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。

（4）三台阶大拱脚七步开挖法施工需做好工序衔接。工序安排要紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露，引起岩石变形后的支撑力破坏，围岩失稳。

（5）仰拱超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在40m左右。铺设防水板、二次衬砌等后续工作要及时进行。

（6）在满足作业空间和台阶稳定的前提下，尽量缩短台阶长度，核心土长度控制在3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

（7）三台阶大拱脚七步开挖法施工要严格控制开挖长度，根据隧道围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度一般为0.6m；开挖后立即初喷2～3cm混凝土，以减少围岩暴露时间。

（8）钢架严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架架设在坚实基面上，并加垫槽钢，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚土回填。钢架与锁脚锚杆应焊接牢固。

（9）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进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。

（10）完善洞内临时防排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚，水在施工现场漫流，防止基底承载力降低。当地层含水量大时，在上台阶开挖工作面附近开挖横向水沟，将水引至隧道两侧排水沟排出洞外。反坡施工时，设置集水坑将水集中抽排。

（11）确保隧道施工的洞内通风，保证作业环境符合职业健康及安全标准。