武广客专软弱围岩大断面隧道三台阶预留核心土施工工法(2)

3.1.10.3 监控量测资料的应用

绘制拱顶下沉、水平收敛的位移～时间变化曲线，如图4所示，要求随时绘制。

μ(mm)

μ(mm) 正常曲线 t

反常曲线 t 图4 位移特征曲线图

反常曲线图表示位移变化异常，出现反弯点喷锚支护出现严重变形，这时及时通知施工管理人员，该段支护采取加强措施，确保隧道不坍方；严重时施工人员须迅速撤离施工现场，保证人身安全。正常曲线图表示绝对位移值逐渐减小，当实测的净空收敛的速度明显下降，收敛量已达总收敛量的80-90%，且水平收敛速度小于0.2mm/d，或拱顶位移速度小于0.1mm/d时，可判定围岩已基本稳定，可以施作二次衬砌。

变形管理等级见表3，可根据等级表指导施工。

管理等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Un：允许位移值； U0：实测位移值 管理位移 U0>(2Un/3) (Un/3)≤U0≤(2Un/3) U0<(Un/3) 施工状态 考虑采取特殊措施 应加强支护 可正常施工

表3 变形管理等级表

观察及量测发现异常时，及时会同设计单位修改支护参数。一般正常状态须同时满足以下条件：喷射混凝土表面无裂缝或仅有少量微裂缝；位移速度除在1～2天允许有加速外，应迅速减少。

3.2 三台阶留核心土法施工注意事项

（1）采用挖掘机开挖断面时，挖掘机不得碰触上一循环初期支护。必须有专人指挥挖掘机工作，无指挥不得施工。若不慎被碰触，应凿出钢架重新安装，不得野蛮施工。1初期支护结构被破坏，支承能力降低；○2被碰触处将成为渗初期支护被碰触的后果：○漏水的病害点。

（2）采用机械开挖时，应预留不少于50cm厚的原土采用人工开挖。机械开挖过甚的后果：原土体被破坏，土体应力重新分布，靠近临空面一侧土体失去支撑，形成坍方

体，加大安全隐患，并且增加了支护难度。人工开挖时，结合小型机具可加快施工进度、降低劳动强度，如自制风铲、挖铲等。

（3）此工法只适用于围岩相对自稳性好、无地下水出露的地段，且应避开雨季施工，施工中加强监控量测。

（4）每循环开挖前测量组在掌子面准确放出开挖轮廓线，开挖完成后要检查开挖断面，不得出项超欠挖。开挖施工放样时比设计开挖轮廓半径加大：施工误差5cm+围岩预留变形量15cm=20cm。

（5）由于分部后各部分断面较小，不能完全采用机械开挖，可以采用挖掘机挖出上部的主断面，周边轮廓采用人工使用风镐修凿，以达到符合设计开挖轮廓线为准。出碴采用挖掘机、装载机配合大吨位卡车出碴。

（6）开挖完成后初喷8cm厚混凝土封闭掌子面，并及时进行支护，防止掌子面塌方。且开挖前必须按设计要求做好超前支护。

3.2 三台阶留核心土法施工施工安全

（1）挖掘机开挖断面时，挖掘机前方不得站人；

（2）人工修凿断面前，应清除松动土体，防止工作中土体掉块或局部塌方伤及施工人员；

（3）使用风镐修凿时，必须由两人配合，防止作业人员滑摔；

（4）采用手动工具修凿时，前后不得站人，作业人员应注意周围有无其他作业人员，以免伤人；

（5）开挖后应及时进行支护，以使初期支护能尽快形成承载环，与围岩共同受力，保护围岩。

（6）严格按设计要求对围岩稳定情况实施监控量测，以指导施工，防止塌方伤亡事故发生或减少不必要的经济损失。

4 工法试验结果

4.1 成镜塘隧道三台阶预留核心土环形开挖法试验情况

成镜塘隧道全长337米，暗洞长度301米。2006年8月16日正式进洞施工，2007年7月20日贯通，除去中间干扰，实际施工月8个月，平均月成洞40米。该隧道地质情况以松散状粉质粘土及半干硬粉质粘土为主（如图5所示）。该隧道地下水不发育，土体干燥，只在支护完成后初期支护表面有少量湿渍。

成镜塘隧道全部采用三台阶预留核心土环形开挖法施工。洞口段30米采用直径φ108mm的长管棚进行超前支护，洞身段采用42mm的超前小导管注浆加固围岩，初期支护为间距0.5m、0.6米、0.8米的型钢钢架，系统锚杆长度为4米，其中拱部为φ25的中空注浆锚杆，边墙为22mm的砂浆锚杆，锚杆间距为0.8m*1.0m或1.0m*0.8m。采用短进

尺进行开挖及支护，每次开挖架立一榀钢架，防止开挖过大造成掌子面塌方危及施工安全及拱顶稳定。

采用三台阶预留核心土环形开挖法进行施工，见图6。采用短进尺多循环组织施工，每次开挖长度0.5~0.6米。通过对围岩初期支护及洞顶地表监控量测显示，在仰拱封闭后，围岩变形便趋于稳定，一般拱顶下沉累计值在60~80mm内（如图7所示），水平收敛累计位移值在15~25mm内，地表下沉累计值在25~35mm内。施工安全可控。

图5 成镜塘隧道掌子面 图6 三台阶预留核心土环形开挖法

累计下沉值(mm)706050403020100

2日4日6日8日日日日日日日日日日日日日日日2日4日6日8日月06年1027293110121416182022242628309月9月9月9月月月8月8月8月9月9月9月9月9月9月9月9月9月9月9月月101010年年年20202020202020202020202020202020202020202020

年年年年年年年年年年年年年年年年年年060606060606060606060606060606060606060606观测日期

图7 成镜塘隧道出口段拱顶下沉数据分析图

4.2 三台阶预留核心土环形开挖法与双侧壁导坑法、CRD法的技术经济比较

经过一年多的施工实践证明，只要严格按照三台阶预留核心土环形开挖法方案组

织施工，三台阶预留核心土环形开挖法能广泛适用于无地下水活动的浅埋段、浅埋偏压

2006年10月10日段软弱围岩施工。在进行施工试点时业主及各方所关心的施工安全问题已完全消除，目前此工法已得到各方认同。它较双侧壁导坑法、CRD法有以下优裕性：

（1）三台阶预留核心土环形开挖法因无过多的临时支护，作业空间相对较大，更易形成流水循环施工，循环作业时间大大缩短，使初期支护能更早封闭成环，保证施工安全。且能提高工效，保证施工进度的如期完成。同时，因施工作业面空间较大，空气流通较好，作业环境亦能得到很大的改善；

（2）三台阶预留核心土环形开挖法各部能完成一次开挖及支护成型，受施工扰动相对较小，不易因机械设备碰触或人为损伤造成初期支护质量下降。同时，因不涉及临时支护的安拆，初期支护表面外观质量也能得到保证，为后续防水层施工质量奠定了良好的基础；

（3）减少了分部开挖次数，最大限度降低了由于临时支护的爆破拆除或断面开挖爆破对围岩的多次扰动及对初期支护的影响，有利于控制围岩的收敛变形。

（4）施工工序相对较为简单，减少了多工序间的相互干扰，便于现场施工组织管理，较快了施工进度。

（5）在围岩情况或其它条件发生变化时，由于其作业空间相对较大，可以提供机械设备快速进入使用，使应急处理措施能得到快速实施。并可以迅速地转换为CRD法或其它工法进行施工。

（6）三台阶预留核心土环形开挖法因取消了大部分临时支护的施工，故施工成本大大降低。以浅埋偏压段为例，钢架间距50cm，可得出每延米如下的技术经济比较表：

序号 施工工法 三台阶预C20喷射3钢架 Φ22砂浆 螺栓螺母 Φ42锁脚（套) 拆除C20喷 拆除钢架 3砼（m） （t） 锚杆（m） 钢管（t） 射砼（m） （t） 1 留核心土环形开挖法 双侧壁 导坑法 CRD法 2.02 0 0 0 0.558 0 0 2 3 8.52 8.82 1.807 2.079 113.5 49.5 96 96 0.281 0 6.5 7.02 1.645 1.918 表4 三台阶预留核心土环形开挖法与双侧壁导坑法、CRD法的主要技术经济比较表 从上表显示，三台阶预留核心土环形开挖法因取消了繁琐的临时支护，施工消耗材料少；同时，因三台阶预留核心土环形开挖法作业空间较大，机械设备使用率高，不重复周转使用，降低了机械使用成本，还节约了劳动力。从以上技术经济比较可得出，

原设计双侧壁导坑法、CRD法每延米施工成本约为15000元，而三台阶留核心土环形开挖法每延米约为3000元，每延米节约成本约12000元，五座隧道约节约成本1000万元。为公司创造了效益，同时也为隧道施工积累了丰富的经验。

5 结束语

通过对成镜塘隧道的三台阶预留核心土法工法试验成果，总结了较为成熟的三台阶预留核心土环形开挖法施工经验。并将此工法陆续沿用到随后开工的炎庙一号隧道、新村隧道、青石隧道、炎庙二号隧道的多个地段，取得了很好的成绩，隧道施工安全状态可控，未发生一例因工法原因造成的施工安全事故。同时，因采用此工法，大大缩短了隧道的建设周期，同时节约了建设成本。所以，在施工能力保证有力的情况下，采用三台阶预留核心土环形开挖法不失为一种较为成熟、经济及适用的施工方法。

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