隧道开挖方法选择(附图)

隧道开挖方法的选择初次接触隧道工程，感触颇深，在从事隧道试验检测工作的同时,我更多的时间是向优秀的工程师们学习具体的现场施工经验，在学校读书的时候老师也是大概的讲解了一下，而更多的东西还要靠自己去领悟,去学习。自己总结了隧道工程的一些开挖方法，加上具体的现场施工逐渐的了解了隧道的施工工序及技术要求。在当前的施工实践中，从施工造价及施工速度考虑,施工方法的选择顺序为:全断面法台阶法环形开挖留核心土法中隔壁法（CD法)交叉中壁法（CRD法）双侧壁导坑法;从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。如何正确选择,应根据实际情况综合考虑,但必须符合安全、快速、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。1、全断面开挖法 全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。适用条件：(1)IIV级围岩，在用于级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件.(2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。(3)隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于lkm,否则采用大型机械化施工，其经济性较差.隧道机械化施工,有三条主要作业线，见表作业线采用大型机械设备开挖作业线钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车（无轨运输)、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车（有轨运输)锚喷作业线混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、锚喷作业平台、进料运输设备及锚杆灌浆设备模筑衬砌作业线混凝土拌和作业长、混凝土输送车及输送泵、施做防水层作业平台、衬砌钢模台车全断面法施工特点（1）开挖断面与作业空间大、干扰小；(2）有条件充分使用机械，减少人力；(3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件;（4）开挖一次成形,对围岩扰动少,有利于围岩稳定。 2、台阶法施工 台阶法是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进的施工方法；按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定：初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短;上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。在软弱围岩中应以前一条为主,兼顾后者，确保施工安全.在围岩条件较好时，主要是考虑如何更好的发挥机械效率，保证施工的经济性，故只要考虑后一条件。台阶开挖法的优缺点：台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度。但上、下部作业有干扰；台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但应注意下部作业时对上部稳定性的影响.台阶开挖时应注意以下几点：（1）解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。微台阶基本上是合为个工作面进行同步掘进；长台阶基本上拉开，干扰较小;而短台阶干扰就较大，要注意作业组织。对于长度较短的隧道，可将上半断面贯通后，再进行下半断面施工。（2)下部开挖时,应注意上部的稳定。若围岩稳定性较好,则可以分段顺序开挖；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)下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护.(4）量测工作必须及时，以观察拱顶,拱脚和边墙中部位移值,当发现速率增大立即进行仰拱封闭。3、环形开挖留核心土法 1、环形开挖进尺宜为0.51.0m，核心土面积应不小于整个断面面积的50% 2、开挖后应及时施工喷锚支护、安装钢架支撑，相邻钢架必须用钢筋连接,并应按施工要求设计施工锁角锚杆。 3、围岩地质条件差,自稳时间短时,开挖前应按设计要求进行超前支护. 4、核心土与下台阶开挖应再上台阶支护完成后、喷射混凝土达到设计强度的70%。 4、中隔壁法（CD法） CD法是在软弱围岩大跨度隧道中,先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道（级围岩）地段. 5交叉中隔壁法（CRD法） 是在软弱围岩大跨隧道中,先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板,再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分,并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法.采用短台阶法难确保掌子面的稳定时,宜采用分部尺寸小的CRD法，该工法对控制变形是比较有利的。CD法是“CenterDiaphragm”的简称，而CRD法则是“CrossDiaphragm”的简称。两者既有联系又有区别。它们都用于比较软弱地层中而且是大断面隧道的场合。而前者是在用钢支撑和喷混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法；后者则是用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割闭合进行开挖的方法，是在地质条件要求分部断面及时封闭的条件下采用的方法。因此，CRD法与CD法唯一的区别是在施工过程中每一步，都要求用临时仰拱封闭断面。在CRD法或CD法中,一个关键问题是拆除中壁。一般说，中壁拆除时期应在全断面闭合后，各断面的位移充分稳定后，才能拆除.6、双侧壁导坑法1、侧壁导坑开挖后方可进行下一步开挖.地质条件差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱.2、各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺。3、应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后在进行另一侧开挖.4、左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15米。5、当开挖形成全断面时应及时完成全断面初期支护闭合.6、中隔壁及临时支撑应在浇筑二次衬砌时逐段拆除。2、台阶法施工 台阶法是先开挖上半断面,待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进的施工方法；按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计,又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定：初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短；上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。在软弱围岩中应以前一条为主，兼顾后者,确保施工安全。在围岩条件较好时，主要是考虑如何更好的发挥机械效率，保证施工的经济性,故只要考虑后一条件.台阶开挖法的优缺点：台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度.但上、下部作业有干扰；台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但应注意下部作业时对上部稳定性的影响。台阶开挖时应注意以下几点：(1)解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。微台阶基本上是合为个工作面进行同步掘进；长台阶基本上拉开，干扰较小;而短台阶干扰就较大，要注意作业组织.对于长度较短的隧道，可将上半断面贯通后，再进行下半断面施工。(2)下部开挖时,应注意上部的稳定.若围岩稳定性较好，则可以分段顺序开挖；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）下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护。（4)量测工作必须及时，以观察拱顶，拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大立即进行仰拱封闭。3、环形开挖留核心土法 1、环形开挖进尺宜为0。5-1.0m，核心土面积应不小于整个断面面积的50% 2、开挖后应及时施工喷锚支护、安装钢架支撑,相邻钢架必须用钢筋连接，并应按施工要求设计施工锁角锚杆。 3、围岩地质条件差，自稳时间短时，开挖前应按设计要求进行超前支护。 4、核心土与下台阶开挖应再上台阶支护完成后、喷射混凝土达到设计强度的70%。 4、中隔壁法(CD法） CD法是在软弱围岩大跨度隧道中,先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道（级围岩）地段。 5交叉中隔壁法（CRD法） 是在软弱围岩大跨隧道中,先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁,最后开挖剩余部分的施工方法.采用短台阶法难确保掌子面的稳定时，宜采用分部尺寸小的CRD法，该工法对控制变形是比较有利的。CD法是“CenterDiaphragm的简称，而CRD法则是“CrossDiaphragm”的简称。两者既有联系又有区别。它们都用于比较软弱地层中而且是大断面隧道的场合。而前者是在用钢支撑和喷混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法;后者则是用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割闭合进行开挖的方法，是在地质条件要求分部断面及时封闭的条件下采用的方法.因此,CRD法与CD法唯一的区别是在施工过程中每一步，都要求用临时仰拱封闭断面.在CRD法或CD法中，一个关键问题是拆除中壁。一般说,中壁拆除时期应在全断面闭合后,各断面的位移充分稳定后，才能拆除。6、双侧壁导坑法1、侧壁导坑开挖后方可进行下一步开挖。地质条件差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱。2、各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺。3、应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后在进行另一侧开挖。4、左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15米.5、当开挖形成全断面时应及时完成全断面初期支护闭合。6、中隔壁及临时支撑应在浇筑二次衬砌时逐段拆除。