隧道开挖法作业指导书

一、目的

明确隧道开挖作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范隧道开挖施工，尽可能地减少超欠挖，保证隧道的开挖作业安全、保证开挖质量。

二、编制依据

1、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ-201-2008） 2、《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417-2003) 3、新建吕临支线铁路工程施工图及相关设计文件。

三、隧道开挖方法

隧道开挖常用方法主要有全断面法、台阶法（正台阶、三台阶）、CRD法、双侧壁导坑法等。依据目前所到隧道设计图纸整理，本项目所用的开挖工法，主要为全断面法和台阶法。全断面法主要适用于Ⅱ、Ⅲ级等较好的石质围岩地段，台阶法主要用于Ⅳ、Ⅴ级等较软弱围岩地段，全断面法为一次整体开挖成型，开挖方法简单，工序转换单一，相对简单，下面主要就三台阶开挖方法进行详细阐述：

1、三台阶七步开挖法（以下简称“三台阶七步开挖法）是以弧形导坑开挖（局部预留核心土）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、三台阶七步开挖法具有下列技术特点：

⑴ 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。

⑵ 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。

⑶ 三台阶七步开挖法规避了侧壁导坑法、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。适应不同跨度和多种

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断面形式，初期支护工序操作便捷。

⑷ 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。

⑸ 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。

四、施工准备

1、在采用三台阶七步开挖法施工前，查阅大量设计文件和资料，结合三台阶七步开挖法的特点，按照隧道的规模和工期要求，有针对性地编制实施性施工组织设计和施工作业指导书，并进行详细的施工技术交底，对作业人员进行岗前培训和安全教育，从事特殊工种的作业人员持证上岗。

2、根据施工进度要求，施工机械、人员分期、分批组织上场。针对大断面隧道的特点，人员和施工机械配套如下表：

单作业面施工开挖支护作业人员配备指导表见表1（未列其它辅助工种及人数），可根据施工现场情况及时调整。

表1 单作业面施工开挖支护作业人员配备

序号 作业项目 工种/作业内容 风镐手 1 洞身开挖（24人） 风手 挖掘机司机 自卸车司机 制作钢架 安装钢架、格栅 喷射手 2 初期支护（35人） 喷射机司机 喷射机上料 搅拌机司机 搅拌机上料 技术员、安全员 3 技术、安全及测试（8人） 试验员 测量班长 测量工 人数 4 12 2 6 8 10 3 3 6 2 3 3 1 1 3 2

4 仰拱开挖及支护（8人） 清底、安装钢架或钢筋网、喷射砼等 合计 8 75 单作业面施工机具配备参见表2，可根据施工现场情况及时调整。

表2 单作业面施工机具配备

序号 作业项目 机具设备名称 电动压风机 双液注浆机 风镐 风动凿岩机 1 开挖 挖掘机 自卸车 装载机 泥浆泵 钢筋切断机 钢筋折弯机 电焊机 2 初期支护 电焊机 台式钻床 搅拌机 湿喷机 索全站仪 SET2130R 3 量测仪器 水准仪 铟钢尺 4 通风 通风机 PENTAXAP-128 SDF-No12.5 台 个 台 1 2 1 2×110kw CAT320C 20t 小松WA470 100m/h QJ40—1 40 BX—300 BX—400 SP-25A JS500 TK961 佳台 1 3规格型号 20m/min 4m/h G10 YT-28 33单位 数量 台 台 台 台 台 辆 辆 台 台 台 台 台 台 台 台 4 2 6 15 1 4 2 2 1 1 5 2 1 2 3 备注 高压供风 注浆 开挖修边 系统锚杆、超前支护、局部爆破钻眼 开挖、装碴 出碴 装碴 排水 加工钢筋 加工钢筋 加工钢架、格栅及 其他钢构件 加工钢构件 加工钢构件 拌合混凝土 喷射混凝土 3

五、施工工艺

1、施工工艺流程

三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤： ⑴ 上部弧形导坑环向开挖，施作拱部初期支护； ⑵ 中、下台阶左右错开开挖，施作墙部初期支护； ⑶ 中心预留核心土开挖，隧底开挖，施作隧底初期支护。 每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施作仰拱，尽早封闭成环。

三台阶七步开挖法的施工工艺流程见图1。

测量放样 超前支护

上部弧形导坑开挖，施作初期支护 否 断面检查 满足 围岩稳定性评判、 修正支护参数 左右错开开挖中台阶，施作初期支护 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 图1 三台阶七步开挖法施工流程

2、施工作业

⑴ 根据隧道的水文地质条件，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

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差或富水地层中，超前支护应按设计要求进行加强。

⑵ 弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，以人工开挖为主，机械开挖为辅，开挖后及时支护；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；仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系。

⑶ 施工过程通过监控量测，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。

⑷ 三台阶七步开挖法施工步骤：

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，Ⅳ级不得超过2榀钢架间距，Ⅴ级不得超过1榀钢架间距。开挖后立即初喷3～5cm混凝土。上台阶开挖矢跨比应大于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°打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架牢固焊接，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2榀钢架间距，开挖高度一般为3～3.5m，左、右两侧台阶错开至少2榀钢架，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2榀钢架间距，开挖高度一般为3～3.5m，左、右两侧台阶应错开至少2榀钢架，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

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度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架牢固焊接，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：每循环开挖长度不得超过3.0m，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。

⑸ 三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力，其施工工艺流程见图2。

清理岩面 开挖

复喷混凝土至设计厚度

围岩量测数据分析、反馈 安装钢架 初喷混凝土封闭岩面 施作系统锚杆，挂钢筋网 图2 初期支护施工工艺流程

3、仰拱施工

⑴ 隧底开挖采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度不得超过3.0m。仰拱距开挖面步距不得超过35m。

⑵ 隧底开挖后，及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架或钢筋网片，

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复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。

⑶ 仰拱超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6m，仰拱采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝设置止水带。仰拱表面平顺，不积水。

⑷ 仰拱填充混凝土在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前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。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，达到设计强度的100％后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度符合设计要求，平顺、排水通畅、不积水。

六、监控量测

1、隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据运用工程类比法及时分析反馈，必要时根据分析结果及时调整支护参数，以保证施工安全。

2、量测项目可分为必测项目和选测项目,按照《铁路隧道监控量测技术规程》的规定选取。

3、必须很好地执行监控量测工作，由测量班专职负责现场实施和数据整理，及时提交技术人员进行分析。

七、施工控制要点

1、隧道进洞前，及时按设计要求做好洞顶及洞口防排水系统。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。

⑴ 初期支护及时封闭成环，全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右。

⑵ 仰拱超前施作，仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在35m以内。铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。

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⑶ 严控二次衬砌步距，Ⅳ级围岩距离掌子面不得超过90m，Ⅴ围岩距掌子面不得超过70m。

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

4、七步开挖法施工应严格按照设计及规范控制开挖长度，开挖后立即初喷3～5cm混凝土，以减少围岩暴露时间。

5、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、质隧道周边部位预留30cm人工开挖，其余部位采用机械开挖，中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右两侧至少错开3m以上。

7、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，必要时加垫槽钢，严禁拱（墙）脚悬空或采用虚土回填。钢架应与锁脚锚杆（管）焊接牢固。

8、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。

9、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，在上台阶开挖工作面附近开挖临时横向水沟，将水引至隧道某处集中排出洞外。反坡施工时，设置集水坑将水集中抽排。

10、工的洞内通风，保证作业环境符合职业健康及安全标准。

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