台阶法是指先开挖隧道上部断面(上台阶),上台阶超前一定距离后开始开挖下部断面(下台阶),上下台阶同时并进的施工方法。根据台阶长度,可分为短台阶、长台阶、超短台阶(微台阶)法等。
基本介绍
- 中文名:台阶法
- 外文名:benching tunnelling method
- 特点:增加了工作面,前后干扰较小等
- 类型:短台阶、长台阶、微台阶法等
- 适用範围:Ⅲ、Ⅳ级围岩等
- 学科:铁道科学技术
定义
台阶法是两车道隧道Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和部分V级围岩深埋段常用的施工方法,一般划分为上、下两个台阶。该方法将设计断面分成上半部断面和下半部断面,错开一定距离L(台阶长度)先开挖上半断面,待开挖至一定长度后再开挖下半断面,上、下半断面在不同的工作面同时掘进施工。三车道隧道一般採用三台阶。
台阶法的优缺点:
(1)增加了工作面,前后干扰较小,有利于机械化作业,进度较快。
(2)一次开挖面积较小,有利于掌子面稳定,特别是下台阶开挖时较为安全。
(3)短台阶法相互干扰,增加对围岩的扰动次数。
分类
根据台阶长度不同,划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。
施工中採用哪一种台阶法,要根据两个条件来决定:第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求,围岩越差,要求闭合时间越短;第二是对上部断面施工所採用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。对软弱围岩,主要考虑前者,以确保施工安全;对较好围岩,主要考虑如何更好地发挥机械设备的效率,保证施工中的经济效益,因此只考虑后者。
(一)长台阶法
长台阶法开挖断面小,有利于维持开挖面的稳定,适用範围较全断面法广,一般适用Ⅰ~Ⅲ级围岩。在上、下两个台阶上,分别进行开挖、支护、运输、通风、排水等作业线,因此台阶长度长。但台阶长度过长,如大于100m时,则增加了支护封闭时间,同时也增加了通风排烟、排水的难度,降低了施工的综合效率。因此,长台阶一般在围岩条件相对较好、工期不受控制、无大型机械化作业时选用。
(二)短台阶法
短台阶法适用于Ⅲ~Ⅴ级围岩,台阶长度定为10~15m,即1~2倍开挖宽度,主要是考虑既要实现分台阶开挖,又要实现支护及早封闭。上台阶一般採用小药量的鬆动爆破,出渣採用人工或小型机械转运至下台阶。因此,台阶长度又不宜过长,如果超过15m,则出渣所需的时间显得过长。
短台阶法可缩短支护闭合时间,改善初期支护的受力条件,有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大,不能全部平行作业。
(三)微台阶法
微台阶法是全断面开挖的一种变异形式,适用于Ⅴ~Ⅵ级围岩,一般台阶长度为3~5m。台阶长度小于3m时,无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护作业;台阶长度大于5m时,利用爆破将石渣翻至下台阶有较大的难度,必须採用人工翻渣。微台阶法上下断面相距较近,机械设备集中,作业时相互干扰大,生产效率低,施工速度慢。
适用範围
台阶法一般适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩,Ⅴ级围岩应在必要的超前支护措施稳定开挖面后採用台阶法开挖,单线隧道及围岩地质条件较好的双线隧道可採用二台阶法;隧道断面较高、单层台阶断面尺寸较大时可採用三台阶法;当地质条件较差时,为增加掌子面自稳能力,可採用三台阶预留核心土法开挖。
台阶长度必须根据隧道断面跨度、围岩地质条件、初期支护形成闭合断面的时间要求、上台阶施工所需空间大小等因素来确定。地质条件较好时往往採用长台阶法开挖,通过普通凿岩机上下台阶同时钻孔和起爆,达到隧道同时开挖掘进的目的,效率比全断面开挖略低,但设备投入相对较低。地质条件较差时,为利于支护及时封闭成环,台阶长度应缩短,宜为5 m左右,如採用三级台阶法,第一个台阶高度宜控制在2.5 m以下。三级台阶法所採取的辅助施工措施使得上下台阶相互干扰较大,施工效率降低,需要解决好上下台阶施工干扰问题。
施工注意
採用台阶法施工时应注意以下事项:
(1)台阶长度不宜超过隧道开挖宽度的1.5倍。台阶不宜多分层。一般以一个垂直台阶开挖到底,保持平台长2.5~3m为好,易于掌握炮眼深度和减少翻渣t作量,装渣机应紧跟开挖面,减少扒渣距离以提高装渣运输效率。应根据两个条件来确定台阶长度:一是初期支护形成闭合断面的时间要求,围岩稳定性越差,闭合时间要求越短;二是上半部断面施工时开挖、支护、出渣等机械设备所需的空间大小的要求。
(2)上部开挖时,因临空面较大,易使爆破面渣块过大,不利于装渣,应适当密布中小炮眼。但採用先拱后墙法施工时,对于下部开挖时,应注意上部的稳定,必须控制下部开挖厚度和用药量,并採取防护措施,避免损伤拱圈及确保施工安全。若围岩稳定性较好,则可以採取分段顺序开挖。若围岩稳定性较差,则应缩短下部掘进循环进尺;若稳定性更差,则可以左右错开,或先拉中槽后挖边帮。
(3)上台阶钢架施工时,应採取有效措施控制其下沉和变形,下台阶应在台阶喷射混凝土强度达到设计强度的70%后开挖。