铁路隧道三台阶七步
开挖法施工工艺
阳安二线直通线项目部经理部二工区2016年4月
1、杜家山隧道出口概况
杜家山隧道出口概况
杜家山隧道起迄里程为 XDK217+880～XDK228+466，全
长，隧道位于安康枢纽，安康东至大岭铺
之间，为双线隧道，洞身进口位于半径为
800m的曲线上，出口位于半径为6000m的曲
线上，其余均位于直线上，洞身最大埋深约773m。
主要地层为第四系全新统、上更新统膨胀土、砂类
土及碎石类土及泥盆系千枚岩、灰岩、志留系片岩、
石英岩及构造岩等。
出口段处于半径为6000m的曲线上，在纵断面上，
出口处于人字坡段，洞口处于‰下坡（出口往路线
大里程方向）。出口端的里程为XDK228+466。隧道进洞
采用拱部套拱和41根长30mΦ108大管棚预支护、三台阶
七步法开挖的方法。
1、杜家山隧道出口概况
铁路大断面隧道三台阶七步开挖法(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。
三台阶七步开挖法施工立体效果图
三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100～180 平
方米，具备一定自稳条件的Ⅳ、V级围岩地段隧道
的施工。主要表现包括：强风化岩层千枚岩、千枚
岩夹灰岩（强风化泥碳质片岩、强风化泥质粉石英
岩等）。不适用于围岩地质为流塑状态、洞口浅埋
偏压段（但经过反压处理或施做超前大管棚后可采
用）。
本隧道开挖断面约为110～130 平方米，主要地层
为第四系全新统、上更新统膨胀土、砂类土及碎石
类土及泥盆系千枚岩、灰岩、志留系片岩、石英岩
及构造岩等，洞口围岩级别为V级，虽然洞口地址
表现为浅埋偏压，但洞口施做了一环30m长的Φ108
超前大管棚支护，因此，可以采用三台阶七步开挖
法。
三台阶七步开挖法技术特点：
（1）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。
（2）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。
（3）适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工
序操作便捷。
三台阶七步开挖法技术特点：
（4）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。
（5）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。
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，方便机械施工，利于施工工序转换。
三台阶七步开挖法原则：
采用三台阶七步开挖法施工应尽量缩短台阶长度，
确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时
跟进，尽早形成稳定的支护体系。
施工工艺流程
（1）三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：
A、上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；
B、中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护：
C、中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期
支护。
每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施
做仰拱，尽早封闭成环。
测量放样
超前支护
上部弧形导坑开挖断面处理、初
支
左右交错开挖中台阶、初
支
左右交错开挖下台阶、初
支
分段开挖隧底、初支
施做仰拱、仰拱填充
围岩稳定性评
判修正支护参
数
三台阶七步开挖法工艺流程图
满足
断面检
查
不满足
施工作业
（1）采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应将超前
地质预报纳入施工工序，并根据工程水文地质变化情
况，及时调整各部台阶长度或施工方法，采取相应的
技术措施，及早封闭成环，保证施工安全。
（2）采用三台阶七步开挖法施工的隧道，应根据工
程水文地质条件，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
段等自稳性较差或富水地层中，超前支护应按设计要
求进行加强。
（3）三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：
以弱爆破为主，必要时辅以机械开挖；
弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，
开挖后及时支护；
其他分步平行开挖，平行施做初期支护，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；
（3）三台阶七步开挖法施工应符合下列要求：
施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形
情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工
安全；
完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚
基础。
拱部超前小导
管预注浆支护
上1
上1上2
上1上2上3
上1上2上3上4
中1
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中1
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上
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…
…
中1
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17
中
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18
中
15
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…
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下1
上
19
中
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中
14
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…
…
上
20
中
17
中
15
下
14
上
21
中
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中
16
下
15
…
…
上
22
中
19
中
17
下
16
下
14
上
23
中
20
中
18
下
17
下
15
仰1
上1上2上3上4
中1
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…
…
中1
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…
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下1
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下
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中
18
下
17
下
15
仰1上
24
中
21
中
19
下
18
下
16
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。
开 挖
清理岩面
初喷混凝土封闭岩面
施做系统锚杆，挂钢筋网
安装钢架
复喷混凝土至设计厚度
量测数据分析、反馈
初期支护施工工艺流程图
（1）初喷混凝土封闭岩面要求：
a、初喷混凝土应在开挖后立即进行。
b、用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混
凝土厚度的标志钉。
c、工作面滴水或淋水时，宜采用钻孔埋管做好引排
水。大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土，通
过添加外加剂、掺合剂改善混凝土性能，也可采用干
喷形式快速封闭渗水岩面。
（1）初喷混凝土封闭岩面要求：
d、喷射混凝土必须满足设计强度、厚度及其与岩
面粘结力要求。
e、喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙
脚自下而上进行，作业时应避免上部喷射回弹料虚掩拱
(墙)脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺
连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保
持在～，沿水平方向以螺旋形划圈移动。
（2）系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求：
a、初喷混凝土后应及时施做锚杆，锚杆必须设置垫板。
岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔
进浆的施工工艺；
b、钢筋网可采用为φ8 mm或φ6 mm的HPB235钢制作，
网格尺寸宜采用20 cm×20 cm～25 cm×25 cm，搭接
长度应为1～2个网格，网片间采用焊接方式连接。
（2）系统锚杆(管)、钢筋网施做应符合下列要求：
d、钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于3
cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护
层厚度不应小于4 cm。
（3）安装钢架应符合下列要求：
a、拱部单元安装工序：放样确定钢架基脚位置→
施做定位锚杆→架设钢架→布设纵向连接筋。
b、墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板→
施做定位锚杆→对应拱部单元架设墙部钢架单元→
布设纵向连接筋。拱、墙部钢架单元宜采用栓接的
方式连接。
（3）安装钢架应符合下列要求：
c、加强钢架拱(墙)脚锁脚锚杆(管)施工，各台阶每
单元钢架拱(墙)脚以上30 cm高度处，紧贴钢架两侧
边沿按下倾角30。打设4根或4根以上锁脚锚杆(管)，
锁脚锚杆(管)与钢架牢固焊接，锁脚锚杆直径不应小
于22 mm，锁脚锚管直径不应小于42 mm，长度不得小
于3．5 m，以控制基脚变形。
安装钢架施工注意事项及要求：
①钢架拱(墙)脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫
槽钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的
虚渣、虚土及杂物。
②钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与
设计位置的偏差不超过±5 cm，垂直度允许偏差为
±2°。
安装钢架施工注意事项及要求：
③钢架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固，以增强
钢架的整体稳定性。
④锁脚锚杆施工应作为施工质量控制的重点，锁脚锚
杆尾部宜加工成“L”形。钢架连接板应采用栓接牢
固连接。
⑤钢架和初喷混凝土间有较大间隙时，每隔2 m应采
用骑马或楔形垫块顶紧；钢架与围岩的间隙不应大于
5 cm。
兰新第二双线一项目部隧道四队兰新第二双线一项目部隧道四队
兰新第二双线一项目部隧道四队兰新第二双线一项目部隧道四队
喷射混凝土厚度应符合设计要求，二次复喷混凝土
应分层喷射，每层厚宜为5～6 cm。喷射混凝土表
面应平顺，无空鼓、裂缝、酥松，平整度宜采用2
m靠尺检查，允许偏差为侧壁5 cm、拱部7 cm。
仰拱施工
（1） 隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱
栈桥，每循环开挖长度宜控制在2—3 m。当仰拱施工
滞后开挖面30～40m时，应停止前方工作面开挖或短
距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽的次数不得多余
3次，每次跳槽间隔不得大于10 m。
（2）隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、
积水，立即初喷3～5 cm厚混凝土封闭岩面，按照设
计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使
初期支护及时闭合成环。
仰拱施工
（3）仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6
m，仰拱应采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土应分段
全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和
变形缝应设置止水带。仰拱表面应平顺，不积水。
（4）仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇
筑前应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。
仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通
畅、不积水。
监控量测
（1）监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点
和监测，量测数据可运用工程类比法及时分析反馈，必
要时应根据分析结果调整支护参数，以保证施工安全。
（2）量测项目可分为必测项目和选测项目。选测项目
可结合工程实际情况，按照《铁路隧道监控量测技术
规程》的规定选取。
注：监控量测具体操作参见注：监控量测具体操作参见《《隧道监控量测作业指导书隧道监控量测作业指导书》》，在此不赘述。，在此不赘述。
隧道进洞前应做好洞顶及洞口防排水系统。洞
顶及洞口排水沟应铺砌，用砂浆抹面，防止地表水及
施工用水下渗，影响结构安全。
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。
（1）初期支护应及时封闭成环，全断面初期支护闭
合时间宜控制在15d左右，有条件时应尽量缩短闭合
时间；
（2）仰拱应超前施做，仰拱距上台阶开挖工作面宜
控制在30—40 m，铺设防水板、二次衬砌等后续工作
应及时进行；
（3）二次衬砌距仰拱宜保持2倍以上衬砌循环作业长
度，但不得大于50m。
在满足作业空间和台阶稳定的前提下，应尽量
缩短台阶长度，核心土长度应控制在3—5 m，宽度宜
为隧道开挖宽度的l／3～l／2。
三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，
根据围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长
度不得超过1．5 m；开挖后立即初喷3—5cm混凝土，
以减少围岩暴露时间。
严格按设计要求施做超前支护，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。
隧道周边部位应采用弱爆破，不得超挖。施工
时应严格控制装药量，减少对围岩的扰动。
中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，
左右侧错开距离宜为2～3 m。
钢架应严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，严禁拱(墙)脚悬空或采用
虚渣回填。钢架应与锁脚锚杆(管)焊接牢固。
隧道超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。
施工过程中可采用增加拱(墙)脚锁脚锚杆(管)
、增设钢架拱(墙)脚部位纵向连接筋、扩大拱(墙)脚
初期支护基础及增设拱(墙)脚槽钢垫板等增强拱(墙)
脚承载力等措施控制变形。
应加强监控量测工作，根据量测结果，及时调
整支护参数，确定二次衬砌施做时间，进行信息化施
工管理。
应完善洞内临时防排水系统，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，上台阶开挖工作面附近宜开挖横向
水沟，将水引至隧道中部或两侧排水沟排出洞外。必
要时应配合井点降水等措施，降低地下水位至隧道仰
拱以下，确保施工顺利进行。反坡施工时，应设置集
水坑将水集中抽排。
隧道施工应加强洞内通风，作业环境应符合职
业健康及安全标准。
以上就是今天和大家交流的一些内容。目前长、大隧
道成为了主流，国内很多隧道都在采用三台阶七步开
挖法，但该工法并非一成不变的，针对不同的实际情
况，该工法也得到了很多改进，我们在施工中，根据
杜家山隧道的具体情况，也能对该方法进行改进，以
获取更高的安全、质量和进度效果!
谢谢大家！
中铁十二局局第四工程有限责任公司
张双龙
·安康
