含水率高的新黄土三台阶六部开挖快速施工工法(08.11)

三台阶六部开挖快速施工工法

中铁隧道集团有限公司

赵庚亮 祝扬军 赵广平 苏龙 许殿瑞 杨佑权

1.前言

随着国家西部大开发的不断推进和铁路跨越式发展，西部铁路建设将作为交通运输的主要通道，因此该地区的黄土软岩隧道施工，将是未来一段时间内隧道施工的主要开发项目。

太中银铁路绥靖SJS－Ⅴ标段岗城隧道进口有375m处于第四系新黄土地层，浅黄～褐黄色，土质均匀，以砂质为主，具大空隙，天然孔隙比0.52～0.58；具湿陷性，湿陷系数δs＝0.028～0.093，属自重湿陷场地，湿陷等级为Ⅲ～Ⅳ级，局部属非自重湿陷场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），且含水率高，天然含水量到16.5～19.1%，饱和度85.7～92.6%，为饱和性黄土。该地层对隧道的主要地质危害主要为黄土崩塌，小范围堆塌及黄土陷穴。太中银铁路为双线铁路，隧道黄土Ⅴ级围岩断面开

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挖跨度12.94m、高12.42m, 开挖面积140.98m，断面大。因其独特复杂的工程地质与国内大跨黄土隧道施工技术的不同，通过施工总结提出了一套新的施工方法，高含水率新黄土隧道三台阶六部开挖快速施工工法，此工法在台阶法基础上调整了中下台阶左右侧错开距离（3～5m），有利于控制拱顶沉降及预防掉拱事故，保证施工时不会同地段初期支护左右两侧同时悬空，且台阶距离短，能及时封闭成环，相比台阶法其更具安全性；与其它三台阶七部开挖法相比，此工法减少了许多临时支护，更经济，且施工作业面变大，所以施工进度相比之下也有很大突破；因此有必要对该工法进行研究，为类似工程提供借鉴。

2.工法特点

2.1采用分部开挖支护方式，各作业面平行施工，起到化整为零的效果，从而加快施工进度。施工进度快，掘进速度最高达到111m/月，为同类地质条件隧道施工的先进水平。

2.2在地质条件发生变化时，易于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。

2.3台阶长度短，初期支护闭合成环快，仰拱和拱墙衬砌能及时跟进，较早形成稳定的支护体系。

2.4适用性强，适应不同跨度和多种断面形式，可为类似地质条件的纯土质类隧道提供借鉴。

3.适用范围

本工法适用于含水率小于20%、跨度9～14m的新黄土隧道，也可为其它类似软土隧道。

4.工艺原理

以新奥法原理为基础，施工中遵循“预支护、短开挖、少扰动、强支护、早封闭、严治水、勤量测、早衬砌”的原则施工。

开挖方法在原三台阶的基础上进行了改进，分上台阶、中台阶左右部、下台阶左右部、隧底三个台阶六个工作面，以前后六个不同的位置互相交错开挖，分步支护，平行推进，形成三台阶六部开挖法。

采用三台阶六部开挖法，结合喷射混凝土及时封闭开挖面，打锚杆、挂网、钢拱支撑、超前小导管等支护方法来加强土体强度及围岩应力重新分布，实施短开挖、快循环、少扰动，监控量测和超前地质预报应纳入正常的施工工序，根据监控量测和超前地质预报提供的信息，对工程措施、施工方法和支护参数进行评估，完善施工方案，确保工程施工的安全、经济。

三台阶六部开挖法施工中尽量缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护体系。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

三台阶六步开挖法施工工艺流程图参见图5.1

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超前地质预报 测量放线 拱部超前支护 上部弧形导坑开挖，施作拱部初期支护 左右错开开挖中台阶，施作边墙初期支护 初支监控量测 初支监控量测 初支监控量测 左右错开开挖下台阶，施作边墙初期支护 初支监控量测 分段开挖隧底，施作仰拱初期支护 施作仰拱混凝土 图5.1 三 台阶六步开挖法施工工艺流程图 施作仰拱填充混凝土 拱墙二衬施工

5.2操作要点

以下结合太中银铁路工程岗城隧道新黄土段的开挖来叙述操作要点。 5.2.1 超前地质预报

在长大复杂地质隧道施工中，应将超前地质预报纳入施工工序，根据工程水文地质变化及时调整施工方法和采取相应的技术措施。在新黄土隧道施工中，超前地质预报主要采用超前地质钻探预报，利用地质钻机对开挖前进行30～50m的钻探，根据钻机钻进过程中钻速和所去得的芯样对开挖面前方较短距离内的地质情况进行判断，为提高其预报的准确度，与地质素描配套使用。每发现地质有变化，立即进行取样进行试验，主要检查土质的孔隙比、液性、塑性、天然含水率等指标，综合判定土层自稳性、膨胀性等，每循环对开挖面地质情况进行调查记录，填写隧道地质调查表，绘制一张开挖断面地质素描图。与设计地质情况相符地段每10米绘制一套包括起止点里程开挖断面、两侧边墙及隧道底部地质素描图；与设计地质情况有出入的地段每5米绘制一套包括起止点里程开挖面、两侧边墙及隧道底部地质素描图。

5.2.2 超前支护

为保证隧道开挖安全，防止围岩松驰，在开挖前采用超前小导管做好超前支护，达到改良地层、加固围岩的目的。超前小导管采用Φ42 t－3.5mm热扎钢管，环向3根/m，纵向两榀拱架一环，施工外插角10～15°，小导管的长度根据拱架间距而定，主要遵循相邻两排小导管搭接长度不小于1米的原则。超前小导管配合钢架使用，设置在拱部120°范围。考虑含水率较高新黄土地层具有湿陷性，所以超前小导管不注浆。

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围岩稳定性评判, 修正施工方法及支护参数。 5.2.3 开挖、初期支护步骤及注意事项

开挖出碴方式：采用挖掘机开挖，人工配合修边，挖机配合装载机装碴，自卸汽车运输。挖掘机在中台阶平台上对上、中台阶进行开挖，并将洞碴转至下台阶，并配合装载机（装载机在下台阶）进行装碴、自卸汽车运输；上、中台阶开挖完后挖掘机在中台阶对下台阶左右两侧进行开挖并装车，同时装载机在下台阶装碴、自卸汽车运输；仰拱采用挖机直接开挖装碴，自卸汽车运输。开挖步骤见图5.2.3-1,开挖透视图见图5.2.3－2,施工工序见图5.2.3-3所示，三台阶六部开挖法开挖支护循环时间表如下。

表5.2.3-1 新黄土三台阶六部开挖法开挖支护循环时间表（进尺0.8m） 用时 序关键工序 (分平行作业工序 备注 号 钟) 1 挖机开挖上台阶 2 上台阶人工修整 30 40 挖机开挖，司机1人 中台阶左右侧挖机开挖 上台阶8人修整上台阶 中台阶左右侧人工修整；下台阶挖机开挖左右侧。 上台阶架立拱架、挂钢筋网8人； 8人修整中台阶左右侧（单侧4人）。 上台阶架立拱架、挂3 钢筋网 45 4 上台阶钻安锚杆、锁脚锚、超前小导管 90 中台阶架左右侧立拱架、挂钢筋网；下台阶左右侧人工修整、架立拱架。 上台阶6台钻施工锚杆、小导管，共8人；中台阶左右侧架立拱架、挂钢筋网8人（单侧4人）；下台阶修整及架立拱架8人（单侧4人）。 5 上台阶喷砼 60 中台阶左右侧钻安锁脚锚管、锚杆;下台阶左右侧挂钢筋网、钻安锚杆及锁脚锚管。 上台阶2台喷浆机同时喷砼，共8人；中台阶左右侧4台风钻施工锚杆，共8人；下台阶左右侧挂钢筋网、施工锚杆2台风钻共8人 中下台阶左右侧四个工作面喷砼，共4台喷浆机同时进行，共16人 6 中下台阶左右侧四个工作面喷砼 合计用时 45 310 注：三台阶开挖法的测量、出碴、捡底、隧底初支等工序不占循环时间。测量可以参插进行；出碴采用挖机挖至下台阶，装载机在下台阶装碴，主要在前4个工序里进行，挖掘机1台，装载机1台，15T自卸车4台，每班6人，两班倒，共12人；而隧底开挖及初支单独成立班组，分两班倒，每班8人，共16人，每天两个循环，每循环1.6m，距下台阶20～30m，采用栈桥施工。上中下台阶每班每台阶8人，共2班，共计48人。隧道开挖、出碴、初支合计操作工人76人。

开挖、初期支护步骤：

第1步：在拱部超前支护的保护下，对上台阶进行挖掘机初步开挖；

第2步：人工对开挖面进行修整，同时挖掘机把上台阶开挖的土方转至下台阶，并对中台阶左右侧两个工作面进行初步开挖；

第3步：进行上台阶的拱架架立、铺设钢筋网；同时挖掘机把中台阶开挖的土方转至下台阶，再开挖下台阶左右侧，并对中台阶左右侧开挖面进行人工修整；

第4步：进行上台阶锚杆、锁脚锚管、超前小导管施工；同时进行中台阶左右侧两个工作面拱架架立、挂钢筋网，下台阶左右侧开挖面人工修整、架立拱架；此时隧道出碴已经完成，所有喷射混凝土的机具、设备、风水电等均已就位；

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第5步：进行上台阶喷射混凝土施工；同时中台阶左右侧进行锁脚锚管、锚杆钻安；下台阶左右侧挂钢筋网、钻安锚杆及锁脚锚管；

第6步：进行中下台阶左右侧四个工作面喷射混凝土施工。 注意事项： 一、开挖

1、如上台阶掌子面围岩稳定性较差需预留核心土环形开挖时，核心土长度宜3～5m，核心土面积不小于整个上台阶开挖面的50%；

2、上中台阶长度控制在3～5m范围内，下台阶控制在20～25m范围内，隧底开挖及初期支护及时施作，紧跟掌子面，间距在30～40m范围内；

3、开挖每循环进尺为1榀拱架间距，并做好拱架锁脚处理，及时施作初期支护； 4、开挖施工期间加强对洞外地表的观察，对地表开裂裂缝进行及时封堵处理； 5、做好工序衔接。工序安排紧凑，减少围岩暴露时间，避免围岩失稳； 6、墙脚、拱脚预留30～50cm厚的土层采取人工开挖，严禁超挖； 7、中、下台阶各分左右两个工作面错开开挖，错开距离为3～4m；

8、若隧道基底承载力不足，采用混凝土纵梁、树根桩、灰土挤密桩、换填等处理措施；

9、施工中如监控量测数据有异常，应立即暂停上中下台阶开挖，加快隧底开挖进度，使初支仰

①上台阶①～②中台阶右侧③中台阶左侧②～③～④～～⑤～⑥隧底～洞碴回填～二衬仰拱及填充仰拱栈桥④下台阶右侧⑤下台阶左侧⑥隧底③⑤①⑥②④说明、上、中台阶开挖高度为隧道开挖高度（不含仰拱）减去下台阶开挖高度后平均分配，一般为～，、下台阶开挖高度一般为～。～～～～～～～图－： 三台阶六部开挖法开挖步骤图

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～～～图－： 三台阶六部开挖法开挖透视图 第 5 页 共 14 页

拱墙衬砌充填桥栈拱拱仰仰衬二填回碴～洞⑥底隧～支管导前超护～⑤④～③～②～①～护支期初护支前超侧侧右右阶阶台台阶中下台③⑤底上①侧侧隧左左⑥阶阶台台中衬下②二④第 6 页 共 14 页

图意示面断纵图序序工工工工施施法挖开部六阶台三 ：－图图意示面正序工工施

拱封闭成环，根据监控量测数据确定恢复开挖时间；

10、隧道周边部位应预留20～30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖，施工坚持少扰动地层的施工作业原则，严禁放炮；

11、隧底开挖每循环进尺3～4榀拱架，及时施作隧底初期支护使之封闭成环；开挖选择适当时候，采用仰拱栈桥配合施工，以免影响上中下台阶的施工。

二、初期支护

1、为保护围岩的自然承载力，初期支护在开挖后应立即施作。

2、高含水率黄土施钻宜采用湿风钻钻孔，施工中做好施工用水管理，完善洞内排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚基础及施工现场漫流；

3、锚杆按照隧道径向布置，必须安装垫板，且垫板与岩面密贴；锚杆砂浆的强度等级、配合比符合设计要求；锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实；

4、 钢筋网随受喷面起伏铺设，并与锚杆或其他固定装置联结牢固，钢筋保护层厚度不小于3cm； 5、拱架分节长度根据设计尺寸及台阶高度确定，各节长度不大于4m；加工好各单元钢架后，先在加工场进行试拼，检查钢架尺寸及轮廓是否合格，接头连接要求同类之间可以互换。钢架加工焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。安装拱架前清除基脚下的虚碴、虚土、等杂物，特别中下台阶安装拱架时，要认真清除上一台阶拱脚接头处的喷浆回弹料、杂物；拱架连接板必须采用设计螺栓连接，严禁少上螺栓。各台阶拱脚采用槽钢或木板垫实，且槽钢或木板平面面积不小于28cm×50cm；

6、钢架与纵向连接筋、系统锚杆、锁脚锚管、超前小导管焊接牢固，增强其联合支护的效应。 7、拱部钢架安装后，钢架暂时不能全断面封闭成环，施工中必须严格控制锁脚锚管施工质量，地质较差时，采用加长锁脚锚管长度或增设锁脚锚管以确保钢架稳定。必要时在钢架底脚增设连接纵梁，纵梁采用槽钢（或工钢），与钢架底脚采用焊接连接锁脚锚管打设及时，并采用直径Φ22的钢筋纵向使拱架与钢管焊接；

8、黄土隧道喷射混凝土采用潮喷工艺。喷射作业应分段、分片、分层依次进行，喷射顺序从拱脚或墙脚自下而上对称进行。

9、黄土隧道喷射混凝土时风压一般不大于0.2MPa。

10、喷混凝土施作前埋设控制混凝土厚度的标志桩；喷射砼作业中如有脱落的土块或混凝土块被钢筋网卡住时，应及时清除；

11、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。

12、当受喷面有滴水、淋水时，采用干喷形式快速封闭出水岩面, 混凝土喷完后在出水部位钻孔埋管集中引排；集中出水点宜先钻孔埋管做好引排后再喷射混凝土。

13、对因掉块、片帮、坍塌等造成的隧道超挖部位，喷混凝土必须密实，保证初期支护与围岩密贴，严禁初期支护背后有空洞。

14、喷射混凝土表面要平顺、无空鼓、裂缝、漏喷、漏筋、和渗漏水，锚杆头、钢筋无外漏。 15、施工过程中对初期支护应加强监控量测，根据量测结果，及时进行数据分析，确定是否调整支护参数和预留变形量的大小，以控制拱顶下沉和围岩净空变化。

16、挖掘机开挖时，派专人对开挖作业进行指挥，防止挖掘机等大型机械对已施组的初支进行碰撞和冲击。

5.2.4仰拱施工 1、隧底开挖

隧底开挖采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，仰拱栈桥长16～18m，单幅宽1.2m，每幅由4根I32工钢和防滑钢板焊成，栈桥放在隧道中部。隧底每循环开挖长度控制在2～3榀拱架间距。如仰拱施工滞后，初支仰拱距上台阶开挖面的距离超过40m时，应停止上台阶工作面的开挖或跳槽进行隧底开挖。

2、仰拱初期支护

隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，然后安装钢架和纵向连接筋，喷混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

3、仰拱混凝土浇筑

仰拱应超前拱墙衬砌，其超前距离宜保持2～3倍衬砌循环作业长度，二衬仰拱距上台阶开挖面的距离应≤60m。仰拱每循环浇筑长度与拱墙每循环衬砌长度相同，具体尺寸取决于模板台车长度，施工时应保证仰拱与拱墙施工缝在同一断面。仰拱成型采用浮放模板支架。仰拱混凝土应分段全幅

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浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应施作止水带。仰拱表面应平顺、不积水。

4、仰拱填充混凝土浇筑

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。

5.2.5拱墙二衬施工

由于黄土隧道围岩及初期支护变形需要达到稳定的时间较长，且黄土隧道要求二次衬砌离掌子面距离不大于100m，所以黄土隧道不根据围岩和支护量测的变形速率来确定二次衬砌的施作时间，只是根据变形速率来确定二次衬砌的脱模时间。

拱墙二次衬砌采用全断面整体钢模衬砌台车、拱墙一次灌筑混凝土，施工前按设计要求施作防水层、二衬钢筋。拱墙二衬距上台阶开挖面的距离应≤100m。

5.2.6监控量测

隧道开挖后，在应力重分布和应力释放的过程中，围岩呈现出各种状态，如位移、性质变化等，特别是含水率高的新黄土双线铁路隧道，开挖断面大，围岩自稳、成拱能力差，所以在施工中建立严密的监控量测是保证安全的主要手段，同时也是检验施工工法、支护参数是否合理的信息来源，因此在岗城隧道施工过程中把监控量测纳入工序管理。

1、根据设计图纸，黄土Ⅴ级围岩采用的是三台阶开挖法，拱顶沉降及收敛控限标准如下表：

表5.2.6-1 控 限 标 准 值 收敛累计变化量/mm 围岩级别 拱顶下沉/mm C1 C2 C3 黄土Ⅴ级 80 85 80 120 稳定条件：a、水平收敛速度小于0.2mm/d或拱顶位移速度小于0.15mm/d； b、收敛量达到总收敛量控限标准的80％以上； c、初期支护表面无在发展的明显裂缝。

2、主要量测项目参见表5.2.6-2。

表5.2.6-2 监 控 量 测 项 目 序号 1 2 3 监测项目 收敛量测 拱顶沉降 地表下沉 测试方法和仪器 收敛仪 水准测量，水准仪、钢挂尺 水准测量，水准仪、塔尺 测试精度 0.1mm 0.1mm 0.5mm 备 注 一般进行水平收敛量测 洞口浅埋段（H0 ≤2B） 注：H0为隧道埋深 B为隧道开挖宽度。 3、测点布置，参见图5.2.6-1。

地表沉降量测点A 拱顶沉降量测点BCD隧C1道中C2线C3B′C′45°45°D′图5.2.6-1 隧道净空变化量测点布置图

4、量测频率

量测频率如表5.2.6-3监控量测频率。

表5.2.6-3 监 控 量 测 频 率 量测时间 量测项目 1～15天 15天～1个月 1～3个月 3个月以上 第 8 页 共 14 页

备注 拱顶沉降 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月 收敛量测 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月 地表沉降 1次/天 浅埋段 5、监测结果分析 收敛量测：

将量测记录及时输入计算机系统，绘制洞内各测点的位移-时间的关系曲线（如图5.2.6-2隧道收敛量测变化图），并进行数据处理及回归分析，开挖中台阶时，C1值速度明显增大，中台阶墙部初期支护施作完成后，变形趋于平缓；开挖下台阶时，C2值速度明显增大，下台阶墙部初期支护施作完成后，变形趋于平缓；开挖隧底时，C3值速度明显增大，仰拱初期支护施作完成，支护全环闭合后，变形趋于平缓。总得看来，收敛值大部分均未突破控限标准的75％就趋于稳定，且后施工的隧道与先施工的隧道变形相差不大，说明施工方法支和护参数是安全可行的。

拱顶沉降和地表下沉量测：

隧道地表下沉：洞口浅埋段最大下沉94mm，洞身正常段最大83mm，与控限标准比较，分别达到78.3％、69.2％，都未超过80％，从量测结果分析，拱顶沉降也是在施工中下台阶初支仰拱时有明显速度增大现象，但都在可控状态下，初支仰拱施作完，明显趋于平稳。如图5.2.6-3隧道净空变化量测点布置图地表沉降：洞口属浅埋偏压段，开挖至二次衬砌，最大沉降量为108mm，施作二衬后，经过一段时间观测未再出现沉降现象，说明已呈稳定状态。如图5.2.6-3隧道拱顶沉降量测变DK345+525收敛量测变化图化图。 2.000.00-2.00-4.00变化值（mm）-6.00-8.00-10.00-12.00-14.00-16.00-18.00200720072007200720072007200720072007200720072007200720072007200720072007200720072007200720072007200720072007200720072007-6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--6--7--7--7--7--7--7--7--7-O9101112131415161718192021222324252627282930O1O2O3O4O5O81320单次变化值0.00 1.05 -1.1-1.1-0.6-0.7-0.9-0.6-1.3-1.0-1.8-1.0-1.1-0.8-0.5-0.7-0.5-0.3-0.3-0.2-0.2-0.2-0.2-0.2-0.1-0.10.00 -0.00.00 0.00 累计变化值0.00 1.05 -0.0-1.1-1.8-2.6-3.5-4.1-5.4-6.5-8.3-9.3-10.-11.-11.-12.-13.-13.-13.-14.-14.-14.-14.-15.-15.-15.-15.-15.-15.-15.时间图5.2.6-2 隧道收敛量测变化图 100 变化值(mm)-10-20-30-40-50-60-70-80-9020202020202020202020202020202020202020202020202020单次变化值0-90-1-8-8-6-2-7-7-2-1-1-0-1-8-1000-10000累计变化值0-9-9-2-2-3-4-4-5-5-6-6-6-6-7-8-8-8-8-8-8-8-8-8-8时间 图5.2.6-3 隧道拱顶沉降量测变化图 第 9 页 共 14 页

5.3劳动力组织

单作业面施工作业人员配备见表5.3，以下人员配置是施工现场工作面所需作业人员及必要的现场管理人员的配置。

表5.3 单作业面施工作业人员配备表 序作业项所需作业内容 备 注 号 目 人数 上台阶设立开挖初支综合班，每班8人，共2班，共计16人。上台阶 16 工作内容：修整开挖面及欠挖部分，施作超前小导管、系统锚杆、开挖初支 钢筋网片、拱架、锁脚锚管、喷射混凝土等。 中台阶左右侧设立开挖初支综合班，每班8人，共2班，共计中台阶左右侧 16 16人。工作内容：修整开挖面及欠挖部分，施作系统锚杆、钢开挖初支 筋网片、拱架、锁脚锚管、喷射混凝土等。 下台阶左右侧设立开挖初支综合班，每班8人，共2班，共计下台阶左右侧 16 16人。工作内容：修整开挖面及欠挖部分，施作系统锚杆、钢开挖初开挖初支 1 筋网片、拱架、锁脚锚管、喷射混凝土等。 支（） 隧底设立开挖初支综合班每班8人，共2班，共计16人。工作隧底开挖初支 16 内容：修整开挖面及欠挖部分，清理隧底虚碴、杂物，施作拱架、喷射混凝土等。 挖机开挖，并把上台阶、中台阶左右侧所开挖的土方转至下台阶，挖掘机司机 2 并协助装载机出碴；2人实行两班倒。 装载机司机 自卸汽车司机 钢材加工 送喷浆料司机 2 辅助班组(32) 搅拌站 管路班 电工班 管理及技术人3 员 (11) 现场施工员 技术员 试验员 测量组 合计 2 8 6 2 4 4 4 3 2 1 5 装碴，吊移喷浆机等设备；两人实行两班倒。 根据运距所需车辆而定。 网片、小导管、锚杆、钢架等加工制作。 两人实行两班倒。 只考虑一班人员。 主要负责高压风水管路、通风管。 三班倒，一人作为班长值大白班。 三班倒。 实行报检制度，两班倒。 实行叫班制。 实行叫班制。 辅助班组、现场管理、技术人员31人。 107 现场共班操作工人76人，说明：该表只包含开挖、初支工序生产人员，以及相关的辅助班组、管理、技术人员。 6.材料与机具设备

本工法无需特别说明的材料，单作业面施工机具设备配备见表6。

表6 单作业面施工机具设备配备表 序单数作业项目 设备名称 设备型号 号 位 量 空压机 1 开挖出碴 风镐 风钻 20m/min YT-28 3用途 高压供风 开挖修边 台 4 台 12 台 15 系统锚杆、超前支护 第 10 页 共 14 页

挖掘机 自卸车 装载机 污水泵 砼搅拌站 冷弯机 钢筋调直机 钢筋切断机 2 初护期支 台钻钻床 电焊机 砂浆搅拌机 注浆机 混凝土喷射机 全站仪 3 量测仪器 精密水准仪 收敛仪 挂尺 4 通风 通风机 DH220 18t ZLC50C JS500 BX1-400 JC250 SDF(8)-NO10 台 辆 台 座 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 把 台 1 4 1 4 1 1 1 1 1 8 1 2 4 1 1 1 1 1 开挖、出碴 出碴（根据距离确定数量） 装碴 排水 拌喷浆料 加工钢架 加工钢筋 加工钢筋 加工钢构件 加工钢架及其他构件，拱架安装 拌制砂浆 砂浆锚杆注浆 喷射混凝土 施工测量、监控量测 施工测量、监控量测 监控量测 监控量测 施工通风 7.质量控制

7.1工程质量控制标准

7.1.1施工质量验收标准执行《铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10417—2003。 7.2质量保证措施

7.2.1黄土隧道施工严格按照“预支护、短开挖、少扰动、强支护、早封闭、实回填、严治水、勤量测、早衬砌”的原则组织施工。

7.2.2开挖前应采做好超前支护，开挖时严格控制每循环开挖进尺，中、下台阶左、右侧开挖应错开施工，左右侧错开3～4m，严禁同时落底接长拱架。

7.2.3黄土隧道施工要做好工序衔接。工序安排紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免围岩长时间暴露引起围岩失稳。

7.2.4黄土隧道在开挖过程中，尽量减少挖掘机对隧道边沿的开挖，应采用人工风镐对隧道周边进行修整，减少对围岩的扰动。

7.2.5严格控制拱架加工和安装质量，施工注意以下几点：

1、严格控制拱架的加工质量，拱架结构尺寸、材质、焊接质量必须符合设计要求。特别是拱架的焊接质量。

2、安装拱架时严格控制拱架间距和垂直度，安装偏差应在允许范围内。 3、各节钢架间应以螺栓连接，连接板必须密贴。

4、安装前应清除底脚的虚碴及杂物，钢架拱（墙）脚应放在原状土上，底部铺垫槽钢垫板。 5、加强钢架锁脚锚管施工质量，锚管数量、长度必须符合设计要求。

6、施工中注意保护拱架，防止施工过程中的碰撞和损坏拱架，特别是拱架连接板。

7.2.6网片之间搭接长度应为1～2个网格长度，每一安装段应预留下一循环网片搭接接头，特别是拱脚处，确保网片之间连成一个整体。

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7.2.7隧道超挖部位必须回填密实，保证初期支护与围岩密贴，严禁初期支护背后存在空洞。 7.2.8监控量测数据应及时分析处理，数据异常时，应分析原因，制订对策。

8.安全措施

8.1根据国家有关安全生产的法令、法规、规章要求，结合黄土隧道的施工特点，编制详细的安全操作规程、细则，制订切实可行的安全技术措施。

8.2贯彻“不坍就是进度”的指导思想，“安全第一，预防为主”的指导方针，正确处理好进度、质量、安全三者之间关系，做好开挖面施工安全保证措施，杜绝塌方。

8.3黄土隧道施工前应对洞顶陷穴和积水洼地进行回填夯实并整平，防止雨季大量地表水渗入黄土地层。进洞前做好洞顶、洞口防排水系统，洞顶及洞口排水沟应进行铺砌，砂浆抹面，防止地表水及施工用水下渗，影响结构安全。

8.4洞内施工应加强用水及排水管理，完善洞内排水系统，严禁积水浸泡拱（墙）脚基础及施工现场漫流，防止基底承载力降低。

地层含水量大时，上台阶掌子面附近宜开挖横向水沟，将水引至隧道中部或两侧的积水坑内，用污水泵接管将水排出洞外。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。

8.5施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便采取适应性的工序安排。 8.6施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锁脚锚管、架立钢支撑等加强支护。

8.7在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，在每榀拱架连接处宜加设临时横梁（I20工钢）顶紧，在拱墙衬砌时拆除。

8.8初支仰拱施工完后，若不能及时施作二衬仰拱和填充混凝土，应用洞碴进行回填反压，在二衬仰拱施工前再清除洞碴，能有效控制围岩变形。

8.9钻锚杆孔时，采用湿钻，锚杆采用药包式或早强砂浆式锚杆。

8.10加强施工中的变形观测，及时反馈信息，以有效地指导施工，确保施工安全。

8.11隧道开挖中，应在每次开挖后及时观察、描述围岩结构特征及完整状况，开挖面岩性、出水量大小等，核对设计情况，结合超前地质预报判断前方围岩的稳定性。

8.12隧道施工作业地段必须保证足够的照明。不安全因素较大的地段应加大照度。 8.13制定安全施工应急预案，日常做好应急物资储备。

8.14封闭掌子面。如掌子面不能及时开挖，应对掌子面进行封闭，挂网喷5～10cm厚混凝土。如掌子面还不够稳定，则需在掌子面打设锚管，并加厚喷混凝土厚度。

9.环保措施

9.1在施工中认真贯彻执行《中华人民共和国环境保》、《中华人民共和国水土保持法》和铁道部及业主等有关环保规定，做好工程环境保护措施。

9.2开工前组织对全体员工进行生态资源环境保护知识学习，增强环保意识，保证环保工程质量，采取有效措施，使施工过程对生态环境的损害程度降到最低。

9.3强化环保宣传和思想教育工作，使环保意识全面深入人心，真正认识到环保的重要作用。 9.4隧道弃碴“先挡后弃”，在弃碴场坡脚设挡碴墙，并完善碴场防排水设施，保证排水畅通，防止雨水冲走弃碴，填塞河流。施工过程中保护碴场四周的植被，工程竣工后对碴场进行平整、覆土复垦，坡面绿化植树、种草等，保护生态环境，防止水土流失。

9.5施工期间，不影响当地道路和交通设施的使用，不干扰群众的通行方便，不影响群众的生活和工作。施工便道经常洒水处理，弃土场洒水湿润，施工中产生的污水处理后，按指定的地方排放。

9.6隧道洞口边、仰坡尽量减少开挖，必须开挖时应对边、仰坡进行防护，做到保护植被、绿化环境、水土保持。

9.7合理布置施工场地，生产、生活设施尽量布置在征地线以内，少占或不占耕地，尽量不破坏原有植被，创造美好环境。

9.8做好生产、生活区的卫生工作，保持工地清洁，定时打扫，垃圾定点存放，定期运到环保部门指定的位置。

9.9保护植被，对施工界限内、外的植被、树木等尽量维持原状。如因施工需要砍除树木和其

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它经济作物时，事先征得环境保护和水土保持部门、所有者和业主的批示同意，严禁乱砍乱伐。

9.10清洗机械、施工设备的废水及生活污水，采用必要的净化措施达到一定卫生标准才得排放。施工机械防止严重漏油，禁止机械在运转中产生油污未经处理就直接排放，或维修机械时油水直接排放。

9.11保护农田排灌。在农田灌溉区域施工时，采取必要临时措施，包括修建临时边沟、水管和环保部门要求设置的其他设施保证不影响或中断农田的排灌作业。

10.效益分析

10.1本工法能有效地控制隧道变形，使工程施工处于安全、可控状态，在保证安全的前提下加快进度节省人工、机械费，从而节约了资金。

10.2工效高：采用本工法施工，单洞单口开挖支护平均进度指标可达90～110m/月。

10.3本工法克服了断面大含水率高的新黄土隧道自稳能力差、初期支护变形大等施工难题,实现了安全、经济、快速修建大跨新黄土隧道，对今后含水率高新黄土隧道和类似工程设计施工具有指导作用。

10.4本工法丰富了隧道开挖施工方法，提高了隧道施工安全性，提高了隧道开挖支护施工技术水平。

10.5本施工方法与同类围岩的双侧壁导坑法、中隔壁法（CD法）相比，减少了临时支撑系统的投入，并且施工空间大，方便机械化施工，可多作业面平行施工，提高了机械设备的综合利用率、进度快、工效高，其工期和经济效益明显。

11.应用实例

11.1工程概况

岗城隧道为新建铁路太原至中卫(银川)线上的一座双线电气化铁路隧道，隧道位于陕西省横山县双城乡，隧道进口里程DK345+430，出口里程DK350+005，全长4575m，隧道全段位于直线上，线间距均为4.4m，隧道范围内均为11‰的上坡, 线路列车设计时速160公里/小时，预留200公里/小时条件。

该隧道进口地质为Ⅳ级、Ⅴ级围岩，隧道地层岩性由上到下依次为：山体上覆第四系上更新统

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风积新黄土（Q3），第四系中更新统风积老黄土（Q2）,局部为第四系全新统坡洪积（Q4）新黄

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土，粉细砂及第四系上更新世（Q4）粉细砂，中部为第三系上新统（N2）粉质粘土，下伏侏罗系中统（J2）泥岩、砂岩。隧道进口DK345+430～DK345+805共375m，为黄土Ⅴ级围岩，围岩为砂质新黄土，土层内土体的天然含水量16.5～19.1%，天然孔隙比0.52～0.58, 饱和度85.7～92.6%，为饱和性黄土。

2

隧道黄土Ⅴ级围岩断面开挖跨度12.94m、高12.42m, 开挖面积140.98m；隧道设计以新奥法原理为基础,各级围岩均采用复合式衬砌,衬砌结构由初期支护和二次衬砌组成,在初期支护和二次衬砌之间设置防水隔离层，隧道衬砌结构形状为曲拱墙，隧底为曲仰拱，有碴轨道基础。隧道黄土Ⅴ级围岩一般断面设计参数（见表11.1）

表11.1 黄土Ⅴ级围岩一般断面隧道结构支护参数表

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施工项目 施工部位 设计参数 拱部120°环向3根/m，L＝3.0m,纵向两榀拱架一环,施超前小导管 范围 工外插角10～15° 拱架间距0.8m，钢架之间通过L＝1.0m、Φ22型钢钢架 全环 连接筋相连，环向间距为1.0m，单排布置。 锁脚锚管 药包锚杆 台阶拱脚 每拱脚两根，每榀拱架12根，L＝4.0m 拱部范围 L=2.5m,间距1.0×1.0 m (环×纵) L=4.0m,间距1.0×1.0 m (环×纵)；砂浆强度砂浆锚杆 边墙 Φ22 HRB335钢筋 等级为M20 钢筋网 拱部、边墙 网格间距20×20cm Φ8 HPB235钢筋 仰拱：C25早强混凝土，拱、墙：C25纤维混C25混凝土，C50喷射混凝土 全环 凝土，每方混凝土掺1.0kg合成纤维，混凝土碳塑加强筋纤维 厚27cm。 分离式防水板，厚度不小于1.2mm，无防布不防水层防水 拱墙 PVC防水板 小于350kg/m2 环向主筋Φ22@20cm,纵向筋Φ14@25cm，箍筋HRB335：Φ22、Φ二衬钢筋 全环 二φ8@25×20cm. 14 HPB235：φ8 次C30坑渗砼,拱墙50cm、仰拱60cm，坑渗等级衬拱墙、仰拱 C30钢筋砼 ≥P8 混凝土 砌 仰拱填充 C20 C20素砼 11.2施工情况 太中银铁路岗城隧道进口于2007年3月18开工，5月1日进入正洞开挖施工，于9月18日顺利完成隧道进口DK345+430～DK345+805共375m的新黄土段施工，在7～8月份施工期间遇到该地区多年罕见的暴雨和连续阴雨天气，造成隧道停工共计27天，受雨水影响，隧道围岩含水量增大，掌子面围岩多次出现渗水、涌水，给施工带来了严峻考验。

在施工中严格按照三台阶六部工法进行施工，严格按照制订的监控量测方案进行量测，根据量测信息及时调整预留变形量和支护参数，进行动态施工，顺利地穿过了隧道进口端高含水率新黄土段的开挖支护施工，在施工中未发生塌方和施工质量、安全事故，平均每天进尺3.3m，如期地完成了施工任务，达到了预期的创优目标。

初期 支护 材料及规格 Φ42 t－3.5mm热扎钢管 I20a 工钢、 Φ22 HRB335钢筋 Φ42 3.5mm热扎钢管 Φ22 HRB335钢筋 第 14 页 共 14 页