三台阶工法的地层使用条件研究.pdf

公路隧道 2013年第 1期(总第81期) 三台阶工法的地层使用条件研究 宋从军 郭 军 张长亮 (1广东博大高速公路有限公司博深分公司 惠州 516100； 2招商局重庆交通科研设计院有限公司 重庆 400067) 摘 要 三台阶工法是近年来的一种新兴工法，该工法的使用条件与开挖工序国内还没有形成定论。基于围岩 亚级理论体系，通过数值分析方法，分深埋与浅埋两种条件 ，对三台阶工法在V级2个亚级中的分部开挖施工过程 进行了力学仿真模拟，综合对比了围岩变形、支护应力、塑性区破坏等指标，最终提出三台阶法在各 围岩亚级中的 适用条件。另外 ，对三台阶工法的各分部尺寸进行了优化比选 ，给出了推荐的分部开挖工序。最后，结合正、反两 个现场案例分析，对理论分析成果进行了很好地验证。 关键词 三台阶工法 围岩亚级 适用条件 开挖工序 近年来随着公路与铁路行业大断面隧道 的大规 模建设，我国开始对传统工法进行创新改造，以适应 当前新型大断面隧道的洞形特点。三台阶七步开挖 法 (见图1)是在该背景下产生的一种新型工法。三 台阶七步开挖法源 自郑西高铁黄土隧道 ，与传统预 留核心土相比，它保留了三个台阶的核心土，根据大 跨特点又将同一台阶分左、右、中进行分块开挖，最 后一次开挖仰拱成型。该工法是传统环形开挖预留 核心法的继承创新。由于郑西高铁隧道跨度 (约 图2 三台阶法三维展布图 16m)与三车道公路隧道 (约 17m)相当，该工法已开 三台阶法主要开挖工序包括 ： 始在三车道公路隧道开展应用 。 ①上台阶弧形导坑开挖，I弧形导坑初期支护 在大跨隧道(三车道 以上)中使用三台阶法面临 (钢架、锚、网、喷)；②左侧中台阶开挖，Ⅱ左侧中台 的主要难题之一是关于三台阶工法地层适用条件的 阶初期支护；③右侧中台阶开挖，Ⅲ右侧中台阶初期 定量化研究缺失，即该工法究竟适用于什么样的围 支护；④左侧下台阶开挖，Ⅳ左侧下台阶初期支护； 岩条件与级别 尚不 明确，当前研究还 以定性描 ⑤右侧下台阶开挖，V右侧下台阶初期支护；⑥上、 述[1-3]与工程类比为主，加之该工法本身存在一定 中、下台阶核心土开挖；⑦仰拱开挖；⑧仰拱初期支 施工安全风险，难 以有效地指导其他工程应用。如 护，全断面封闭。 何确定洞 口及洞身段三台阶法适用的地层条件是广 东博深高速公路更为关心的问题。 1．2 施工技术特点 三台阶法中间预留核心土，分七部开挖，随挖随 1 三台阶七步开挖法概述 支，这种分块特点对于控制隧道掌子面失稳与横截 1．1 开挖工序 面收敛变形具有一定的优势。此外，该工法取消了 所示。 中隔壁临时支撑与横向支撑 ，大型机械设备可以投 入，可以同时展开多工作面作业。相比传统 CRD、 双侧壁等工法，三台阶法工效更高。 根据高铁采用的三台阶七步开挖法实践经验，