隧道微台阶开挖工法研究

隧道微台阶开挖工法研究

程涛      吴俊

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摘要：本文旨在深入探讨隧道微台阶开挖工法的特点、适用范围及其在施工过程中的关键控制要点。通过理论分析与实践案例的结合，详细阐述了微台阶开挖工法的优势及其实施过程中需要注意的问题，以期为隧道工程的安全、高效施工提供理论支持和实践指导。

关键词：隧道施工；微台阶开挖；工法特点；控制要点；适用范围

一、引言

随着交通基础设施建设的快速发展，隧道工程作为连接山川、跨越河流的重要交通方式，其施工技术与方法的创新日益受到关注。隧道微台阶开挖工法作为一种新型的隧道施工方法，以其易实施、效果显著、适应性强、安全可靠等特点，在隧道施工中得到了广泛应用。本文将对隧道微台阶开挖工法进行深入研究，以期为隧道工程的安全、高效施工提供有益参考。

二、隧道微台阶开挖工法概述

隧道微台阶开挖工法，顾名思义，是一种采用短台阶进行隧道开挖的施工方法。其基本原理是通过在隧道开挖过程中，将开挖面划分为若干个小台阶，每个台阶的长度控制在一定范围内，以实现逐步开挖、逐步支护的施工过程。这种工法可以有效减小开挖面对围岩的扰动，提高隧道施工的安全性。

三、隧道微台阶开挖工法的特点

（一）易实施性：微台阶开挖工法相对于其他隧道施工方法，其施工步骤简单明了，易于掌握和操作。同时，由于台阶长度较短，开挖过程中的风险也相对较低，使得施工过程更加安全可控。

（二）效果显著：通过微台阶开挖，可以逐步揭露并支护隧道开挖面，有效减小开挖面对围岩的扰动，从而保持围岩的稳定性。同时，微台阶开挖还能改善隧道内的通风条件，提高施工环境的质量。

（三）适应性强：微台阶开挖工法适用于各种围岩条件下的隧道施工，无论是低等级围岩还是高等级围岩，都可以通过合理的台阶长度和支护措施来实现安全、高效的施工。

（四）安全可靠：微台阶开挖工法注重开挖与支护的紧密结合，通过及时支护开挖面，可以有效防止围岩坍塌等安全事故的发生。同时，由于台阶长度较短，施工过程中的应力集中现象也得到有效缓解，进一步提高了施工的安全性。

四、隧道微台阶开挖工法的适用范围

隧道微台阶开挖工法适用于各种围岩条件下的隧道施工。对于低等级围岩，微台阶开挖可以减小开挖面对围岩的扰动，保持围岩的稳定性；对于高等级围岩，通过合理的台阶长度和支护措施，也可以实现安全、高效的施工。此外，微台阶开挖工法还特别适用于隧道断面较大、施工空间受限的情况，能够有效解决施工过程中的空间限制问题。

五、隧道微台阶开挖工法的关键控制要点

（一）合理确定台阶长度：台阶长度的确定需要根据围岩条件、施工设备以及支护能力等因素进行综合考虑。一般来说，台阶长度应控制在一定范围内，既能保证开挖面的稳定性，又能满足施工设备的作业需求。

（二）加强开挖面支护：在微台阶开挖过程中，应及时对开挖面进行支护，防止围岩坍塌等安全事故的发生。支护措施的选择应根据围岩条件、开挖面形状以及施工工期等因素进行综合考虑。

（三）优化施工顺序：微台阶开挖工法需要按照一定的施工顺序进行，包括开挖、支护、出渣等步骤。优化施工顺序可以提高施工效率，减少施工过程中的风险。

（四）严格控制超挖与欠挖：在开挖过程中，应严格控制超挖与欠挖现象的发生。超挖会导致支护材料的浪费和施工成本的增加，而欠挖则会影响隧道的断面尺寸和通行能力。

六、案例分析与实践应用

结合一座隧道的实例，介绍微台阶法在隧道中的应用。在施工过程中，通过合理确定台阶长度、加强开挖面支护、优化施工顺序以及严格控制超挖与欠挖等措施，实现了隧道的安全、高效施工。同时，该工程还采用了先进的监测手段对施工过程进行实时监控，确保施工过程中的安全稳定。

（一）微台阶法施工工序说明

（1）掌子面分①部和②部，②部为滞后①部3～5m的微台阶，施工开挖形成微台阶后，同时开挖①部和②部，根据掌子面开挖揭示情况，当掌子面不稳定时，采用喷砼封闭掌子面；施作本循环①部台阶和上一循环②部周边的初期支护，系统锚杆安装时必须设置垫板，垫板应与基面密贴。

（2）在落后②部分一段距离后，将预留的洞渣回填部分③用作施工平台。

（3）在滞后③部一段距离后，清除④部回填。

（4）灌注部仰拱与边墙基础，仰拱整幅浇筑。

（5）待仰拱砼终凝后灌注仰拱填充部至设计高度。

（6）清理好初期支护基面，施工防排水工程。根据监控量测结果分析，待围岩和初期支护变形稳定后，再利用衬砌模板台车一次性灌注部衬砌（拱墙衬砌一次施作），并于拱顶埋设RPC注浆管及纵向排气板。

（7）待混凝土达到设计强度后，进行充填注浆。

（二）微台阶法施工注意事项

（1）在微台阶法施工时，为了减小爆破震动对周围环境的冲击，需控制一次性起爆的药量。

（2）开挖时严格控制钻孔深度，掌子面可预留一定坡度，避免掌子面倒悬。

（3）爆破后及时初喷混凝土封闭围岩。

（4）初期支护应及早封闭成环。

（5）微台阶法施工时，上、下台阶应同时钻孔起爆，并同时平行进行支护作业。

（6）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、严注浆”的原则。

（7）每循环爆破开挖后，采用地质素描等方法评价掌子面稳定性,若不稳定，应采取掌子面缝补、掌子面加固等措施确保掌子面稳定。

（8）仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆施工。

（9）在施工过程中，要注意相互防护，并严格遵守施工规程，防止机械破环破坏已建支护，保证安全。

（三）洞身开挖

根据超前支护的有效长度和围岩稳定情况,Ⅳ级围岩循环开挖进尺不大于3榀（不大于3m），下台阶开挖进尺不大于3榀（不大于3m）。

（四）监控量测

隧道按照“新奥法”进行施工，在施工过程中，扎实开展监测量测，准确判断围岩的安全状况，合理确定二次衬砌施作时方案和支护方案的可行性，从而对支护参数进行及时、精确的调整，修改施工工艺和工艺，确保施工安全。

七、结论与展望

隧道微台阶开挖工法作为一种新型的隧道施工方法，具有易实施、效果显著、适应性强、安全可靠等特点。通过对其特点、适用范围以及关键控制要点的深入研究，可以为隧道工程的安全、高效施工提供有益参考。未来，随着隧道工程技术的不断发展，微台阶开挖工法将会有更广阔的应用前景。同时，我们也需要不断总结实践经验，完善施工工艺和技术标准，推动隧道施工技术的不断创新与发展。

参考文献

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[2]孙延龙.微台阶法在浅埋软弱围岩隧道中的应用[J].交通世界, 2020(8):2.DOI:CNKI:SUN:JTSJ.0.2020-08-055.

[3]潘汝江.铁路隧道微台阶开挖技术[J].建筑施工, 2017, 39(7):3.DOI:10.14144/j.cnki.jzsg.2017.07.056.