中铁十二局集团有限公司第二工程公司：赵华锋
一、前言
大断面软岩隧道施工中，传统的施工方法有双侧壁导坑法、CD法、CRD法等，这些施工方法进度慢、工效低、存在一定的局限性，如：限制了大型施工机械的使用，基本靠人工开挖，工效低、速度慢，难以满足客运专线工期要求；拆除临时支护时，正洞初期支护会因突然卸载而出现大的变形，存在安全风险；各分部开挖面循环衔接性差，相互干扰大，施工质量得不到充分保证；临时支护反复拆除，成本投入大等。而目前国内大断面软岩隧道施工中，我们往往会面临以下问题：对工期紧迫性的要求，需组织快速施工；工程水文地质复杂，可变性大，须选择一种能适应地质变化而迅速过渡的施工方法；能较大限度地发挥大型施工机械的优势，以求最佳的施工进度；把长期施工实践所积累的作业习惯融合于施工方法中，做到高工效，易掌握，达到快速形成施工能力的目的等要求。
借鉴近几年大断面隧道施工的成功经验，规避传统施工方法的局限性，以加快隧道施工进度、保证隧道施工安全、提高施工质量为目的，提出了三台阶七步开挖法施工的工艺流程、施工步骤、控制要点、劳动组织、机具设备等，突出大断面软岩隧道开挖施工的技术特点，总结完善形成本工法。
二、工法特点
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。
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三、适用范围
本工法适用于开挖断面为100～180m2，具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。 四、施工工艺 1、工艺原理
“三台阶七步开挖法”，是以弧形导坑开挖预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。
2、工艺流程
否 测量放样 超前支护 上部弧形导坑开挖，施作初期支护 断面检查 满足 左右错开开挖中台阶，施作初期支护 围岩稳定性评判、 左右错开开挖下台阶，施作初期支护 开挖上、中、下台阶预留核心土 分段开挖隧底，施做初期支护 施作仰拱
施作仰拱填充 3、三台阶七步开挖法施工步骤
施工步骤见图1，开挖透视见图2，施工工序见图3所示
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3～5m，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1.5
m，开挖后立即初喷3～5cm混凝土。 上台阶开挖矢跨比应大于
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0.3，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30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
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3～5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30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
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3～5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30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。
第6步，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。
第7步，隧底开挖：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。
4、三台阶七步开挖法施工注意事项
⑴、采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前地质预报纳入施工工序，并根据工程水文地质变化情况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的技术措施，及早封闭成环，保证施工安全。
⑵、采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应根据工程水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，保证隧道开挖安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。
⑶、三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：
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① 以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；
② 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；
③ 其他分步平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环； ④ 仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；
⑤ 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；
⑥ 完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。 五、机具设备
本工法操作简单，单作业面施工机具配备见下表，可根据施工现场情况酌情调整。
单作业面施工机具配备
序作业项目 号 电动压风机 双液注浆机 风镐 20m3/min 4m3/h G10 台 台 台 5 2 8 高压供风 注浆 开挖修边 系统锚杆、超前支风动凿岩机 1 开挖 挖掘机 自卸车 装载机 泥浆泵 2 初期支护 钢筋切断机 CAT320C 20t 小松WA470 100m3/h QJ40—1 台 辆 辆 台 台 1 6 2 2 1 YT-28 台 15 护、局部爆破钻眼 开挖、装碴 出碴 装碴 排水 加工钢筋 机具设备名称 规格型号 单位 数量 备注 4
钢筋折弯机 40 台 1 加工钢筋 加工钢架、格栅及 电焊机 BX—300 台 5 其他钢构件 电焊机 台式钻床 搅拌机 湿喷机 全站仪 3 量测仪器 水准仪 铟钢尺 4
六、劳动组织
通风 通风机 BX—400 SP-25A JS500 TK961 索佳SET2130R PENTAXAP-128 SDF-No12.5 台 台 台 台 台 台 个 台 2 1 2 3 1 1 2 1 加工钢构件 加工钢构件 拌合混凝土 喷射混凝土 2×110kw 施工人员应经培训合格后上岗，特殊工种应持证上岗，人员分配和调整应按不同工种配齐、配足，单作业面施工一般需要75人左右，并保持相对稳定。
单作业面施工作业人员配备
序号 作业项目 作业内容 风镐手 风枪手 1 开挖（24人） 挖掘机司机 自卸车司机 2 初期支护（35人） 制作钢架 2 6 8 人数 4 12 5
安装钢架、格栅 喷射手 喷射机司机 喷射机上料 搅拌机司机 搅拌机上料 技术员 技术及测试（63 人） 测量班长 测量工 4 仰拱（10人） 隧底初期支护及仰拱混凝土浇筑 合计
七、三台阶七步开挖法施工安全、质量控制措施
试验员 10 3 3 6 2 3 1 1 1 3 10 75 1、隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶及洞口排水沟应铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。
2、三台阶七步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。
① 初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右；
② 仰拱应超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在30～40m。铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。
③ 对于土质隧道，衬砌应紧跟仰拱施工，一般为15～20m，衬砌距开挖掌子面最大不得超过
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60m；对于岩石爆破隧道，衬砌距开挖掌子面距离须满足爆破距离要求；
3、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3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。
4、三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，根据围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度不得超过1.5m；开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。
5、严格按设计要求施作超前支护，控制好超前支护外插角，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。
6、隧道周边部位应预留30cm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。
7、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 2～3m。
8、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）脚悬空或采用虚碴回填。钢架应与锁脚锚杆（管）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应进行充填注浆，保证初期支护与围岩密贴。
10、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。
11、应加强监控量测工作，根据量测结果，及时调整支护参数，确定二次衬砌施作时间，进行信息化施工管理。
12、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。
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