台階法

台階法

台階法是指先開挖隧道上部斷面(上台階),上台階超前一定距離後開始開挖下部斷面(下台階),上下台階同時並進的施工方法。根據台階長度,可分為短台階、長台階、超短台階(微台階)法等。

基本介紹

  • 中文名:台階法
  • 外文名:benching tunnelling method
  • 特點:增加了工作面,前後干擾較小等
  • 類型:短台階、長台階、微台階法等
  • 適用範圍:Ⅲ、Ⅳ級圍岩等
  • 學科:鐵道科學技術
定義,分類,適用範圍,施工注意,

定義

台階法是兩車道隧道Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和部分V級圍岩深埋段常用的施工方法,一般劃分為上、下兩個台階。該方法將設計斷面分成上半部斷面和下半部斷面,錯開一定距離L(台階長度)先開挖上半斷面,待開挖至一定長度後再開挖下半斷面,上、下半斷面在不同的工作面同時掘進施工。三車道隧道一般採用三台階。
台階法的優缺點:
(1)增加了工作面,前後干擾較小,有利於機械化作業,進度較快。
(2)一次開挖面積較小,有利於掌子面穩定,特別是下台階開挖時較為安全。
(3)短台階法相互干擾,增加對圍岩的擾動次數。

分類

根據台階長度不同,劃分為長台階法、短台階法和微台階法三種。
施工中採用哪一種台階法,要根據兩個條件來決定:第一是對初期支護形成閉合斷面的時間要求,圍岩越差,要求閉合時間越短;第二是對上部斷面施工所採用的開挖、支護、出渣等機械設備需要施工場地大小的要求。對軟弱圍岩,主要考慮前者,以確保施工安全;對較好圍岩,主要考慮如何更好地發揮機械設備的效率,保證施工中的經濟效益,因此只考慮後者。
(一)長台階法
長台階法開挖斷面小,有利於維持開挖面的穩定,適用範圍較全斷面法廣,一般適用Ⅰ~Ⅲ級圍岩。在上、下兩個台階上,分別進行開挖、支護、運輸、通風、排水等作業線,因此台階長度長。但台階長度過長,如大於100m時,則增加了支護封閉時間,同時也增加了通風排煙、排水的難度,降低了施工的綜合效率。因此,長台階一般在圍岩條件相對較好、工期不受控制、無大型機械化作業時選用。
(二)短台階法
短台階法適用於Ⅲ~Ⅴ級圍岩,台階長度定為10~15m,即1~2倍開挖寬度,主要是考慮既要實現分台階開挖,又要實現支護及早封閉。上台階一般採用小藥量的鬆動爆破,出渣採用人工或小型機械轉運至下台階。因此,台階長度又不宜過長,如果超過15m,則出渣所需的時間顯得過長。
短台階法可縮短支護閉合時間,改善初期支護的受力條件,有利於控制圍岩變形。缺點是上部出渣對下部斷面施工干擾較大,不能全部平行作業。
(三)微台階法
微台階法是全斷面開挖的一種變異形式,適用於Ⅴ~Ⅵ級圍岩,一般台階長度為3~5m。台階長度小於3m時,無法正常進行鑽眼和拱部的噴錨支護作業;台階長度大於5m時,利用爆破將石渣翻至下台階有較大的難度,必須採用人工翻渣。微台階法上下斷面相距較近,機械設備集中,作業時相互干擾大,生產效率低,施工速度慢。

適用範圍

台階法一般適用於Ⅲ、Ⅳ級圍岩,Ⅴ級圍岩應在必要的超前支護措施穩定開挖面後採用台階法開挖,單線隧道及圍岩地質條件較好的雙線隧道可採用二台階法;隧道斷面較高、單層台階斷面尺寸較大時可採用三台階法;當地質條件較差時,為增加掌子面自穩能力,可採用三台階預留核心土法開挖。
台階長度必須根據隧道斷面跨度、圍岩地質條件、初期支護形成閉合斷面的時間要求、上台階施工所需空間大小等因素來確定。地質條件較好時往往採用長台階法開挖,通過普通鑿岩機上下台階同時鑽孔和起爆,達到隧道同時開挖掘進的目的,效率比全斷面開挖略低,但設備投入相對較低。地質條件較差時,為利於支護及時封閉成環,台階長度應縮短,宜為5 m左右,如採用三級台階法,第一個台階高度宜控制在2.5 m以下。三級台階法所採取的輔助施工措施使得上下台階相互干擾較大,施工效率降低,需要解決好上下台階施工干擾問題。

施工注意

採用台階法施工時應注意以下事項:
(1)台階長度不宜超過隧道開挖寬度的1.5倍。台階不宜多分層。一般以一個垂直台階開挖到底,保持平台長2.5~3m為好,易於掌握炮眼深度和減少翻渣t作量,裝渣機應緊跟開挖面,減少扒渣距離以提高裝渣運輸效率。應根據兩個條件來確定台階長度:一是初期支護形成閉合斷面的時間要求,圍岩穩定性越差,閉合時間要求越短;二是上半部斷面施工時開挖、支護、出渣等機械設備所需的空間大小的要求。
(2)上部開挖時,因臨空面較大,易使爆破面渣塊過大,不利於裝渣,應適當密布中小炮眼。但採用先拱後牆法施工時,對於下部開挖時,應注意上部的穩定,必須控制下部開挖厚度和用藥量,並採取防護措施,避免損傷拱圈及確保施工安全。若圍岩穩定性較好,則可以採取分段順序開挖。若圍岩穩定性較差,則應縮短下部掘進循環進尺;若穩定性更差,則可以左右錯開,或先拉中槽後挖邊幫。
(3)上台階鋼架施工時,應採取有效措施控制其下沉和變形,下台階應在台階噴射混凝土強度達到設計強度的70%後開挖。

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