隧道开挖方法总结

隧道开挖方法总结

1、全断面法

全断面开挖法是指将整个隧道开挖断面一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序使用移动式钻孔台车或多功能台架，全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车退后至安全地点再起爆，一次爆破成型，出碴后对整个开挖轮廓进行初喷，钻孔台车或多功能台架再推移到开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时，利用支护台架全断面施作剩余初期支护工作。

由于全断面法一次开挖成形，开挖跨度较大，高度较高，隧道周边围岩出现更大范嗣的塑性化和更大的变形，隧道拱脚和墙脚处的应力集中更严重，隧道拱顶更不稳定。对于硬岩隧道，由于其自身强度一般比较高，所以围岩自身强度并小是影响隧道稳定与安全的决定因素。但对于软岩隧道，由于其自身强度一般偏低，往往成为影响隧道稳定与安全的控制因素。对于按照《铁路隧道围岩分级削定标准》判定的围岩等级，在确定隧道开挖力方法时成允分考虑围岩自身强度。硬岩隧道可通过采取超前铺杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进超前预加固，从而提高围岩的整体性，而对于软岩隧道，各种超前预加固措施对围岩自身强度提高幅度有限。

综合上述各种因素考虑，结合以往类似工程施工经验，对于高速铁路大断面隧道，全断面法主要适用于非浅埋I～Ⅲ级硬岩地层和IV～Vl级软柑地层。当隧道处于非浅埋Ⅳ级硬岩地层时，在采取超前锚杆、超前小管棚、超丽预注浆等辅助施工措施加固后，也可采用全断面法施工，但应根据具体围岩情况适当缩短开挖进尺。浅埋段、偏压段和洞口段不适宜采用全断面开挖全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套施工机械，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理，较分部开挖法减少了爆破震动次数。但由

于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大，每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。

2、台阶法

台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个断而或几个工作面分步开挖，根据地层条件和机械配备情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔端台阶法等。

综合考虑围岩等级划分中的岩性指标、岩体完整状态等，根据高速铁路大断面隧道自身的力学特征，结合以往类似工程施工经验，台阶法适用于Ⅰ～Ⅳ级硬岩地层和Ⅱ～Ⅲ级软柑地层洞口段、偏压段、浅埋段，Ⅲ～Ⅳ级硬岩地层和Ⅲ、Ⅳ级软岩地层，但应视具体情况采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工施进行超前加固。根据工程实际、地层条件和机械条件，选择合适的台阶方式。

台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制结构变形及由此引起的地面沉降。上台阶长度-般控制在1～1.5倍洞径，根据地层情况，可选择两步或多步开挖。

台阶长度之所以定为1～1.5倍洞径，主要因为在1～1.5倍洞径区段周围地层产生横向和纵向两个承戴拱的作用，这对开挖是有利的，台阶长度超过这个限度，将失太纵向承载拱受力结构，仪有横向平面承绒拱受力结构。上台阶若选用大于1.5倍洞径的长台阶，在开挖时纵向变位大，上台阶断而形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近受力大而使其失去稳定性：上台阶若过短，小于l倍洞径，对于软弱地层，因洞内纵向破裂面超过工作面，易造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定。软弱地层不能采用短台阶法施工。但是，若是硬岩地层，岩体较完整，采用爆破法施工时，为了便于风钻打眼，可设置超短台阶。

从安全角度考虑，台阶长度定为1～1.5倍洞径是合理的，施工机械的配置电应遵守这个原则。因此，在采用台阶法施工时，不应分长台阶、短台阶、微台阶，而是只有1～1.5倍洞径长度的台阶。

根据分部的多少，台阶法可分为上下两部分步开挖法和多部分步开挖留核心土开挖法。

（1）上下两部分步开挖法

上下两部分步开挖法施工顺序见图3，该法适用于硬岩Ⅲ、Ⅳ级，软岩Ⅲ级，洞口段、偏压段、浅埋段I～Ⅲ级硬岩地层和Ⅳ～Ⅵ级软岩地层。可将断面分成上下两个台阶开挖，台阶长度一般控制在1～1.5倍洞径(D)以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。上下两部台阶法开挖示意图见图3。

图1 上下两步分部开挖法示意图

（2）多部分步行挖留核心土法

该法适用于较差的地层，围岩级别为软岩Ⅲ、Ⅳ级，洞口段、偏压段、浅埋段软岩Ⅲ、Ⅳ级和硬岩Ⅱ、Ⅲ级。上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土，用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构钢拱做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。开挖顺序见

图4。

图2 多部分步开挖留核心土开挖法示意图

（3）台阶法肝挖优缺点

① 灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩地层，均可采用台阶法，址各种不同开挖方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化(变好或变坏)，都能及时变换成其他方法。

② 具有足够的作业空间和较快的施工速度，台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。

③ 台阶法开挖的缺点是上下部作业相互干扰，应注意下部作业时列+上部稳定性的影响和台阶法开挖会增加围岩被扰动的次数等。

3、 侧壁导坑法

单侧壁导坑法是指在隧道断面一侧先开挖一导坑，并始终超前一定距离，再开挖隧道断面剩余部分的隧道开挖方法，施工序见图5。采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上。为了稳定工作面，须采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合开挖、人工

和机械配合出碴。断面剩余部分开挖时，可适当采用控制爆破以免破坏已完成导坑的临时支护。

图3 单侧壁导坑法示意图

单侧壁导坑法主要适用于地层较差、断面较大、采用台阶法开挖有困难的Ⅳ、V级围岩地层。采用方法可变大跨断面为小跨断面。将导坑跨度定为4～6 m，则断面剩余跨度为8～l0 m。，这样将使隧道开挖迎为安全、可靠。

4、中隔墙法(CD工法)

CD工法（Center Diaphragm）是指将隧道断面左右一分为二，先开挖一侧，并在隧道断面中部架设一临时支撑隔，待先开挖的一侧超前一定距离后，再开挖另一侧隧道的施工方法，施工顺序见图6。通过隧道断面中部的临时支撑隔墙，将断面跨度一分为二，减小了开挖断面跨度，使断面受力更合理，从而使隧道开挖更安全、可靠。

图4 CD工法示意图(单位：m)

CD工法主要适用于地层较差的、可采用人工或人工配合机械开挖的Ⅳ、V级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段。

采用该法进行隧道开挖时，可根据具体情况，将由中隔墙一分为二的左、右断面再在竖向分成两部或三部，从上往下分台阶进行施工。台阶长度一般为1～1．5倍洞径(此处洞径取分部高度和跨度的大值)。先开挖一侧断面的最后一步与后开挖断面的第一步间应拉开l～1．5倍洞径的距离。为了稳定工作面，须采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合出碴。可适当采用控制爆破，以免破坏已完成的临时支撑隔墙。

5、交叉中隔墙法(CRD工法)

当CD工法仍不能保证围岩稳定和隧道施工安全要求时，可在CD工法的基础上对各分部加设临时仰拱，即CRD工法(CDOSS Diaphragm)，将原CD工法先开挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环、改进发展的一种工法。见图7。其最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时问短，控制早期围岩变形，每个步序受力体系完整。CRD工法各分部间应拉开一定的距离，距离大小以保证掌子面稳定为准，一般为1～1.5倍洞径(此处洞径取分部高度和跨度的大值)，但在能保证掌子面围岩稳定的情况下，可适当缩短距离，以保证操作空问要求。

图5 CRD工法示意图(单位：m)

根据高速铁路大断面隧道自身的力学特征，结合以往类似工程施工经验，CRD工法适用于特别破碎的岩石、碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土及黄上组成的V级围岩和软朗状粘性土、潮湿的粉细砂组成的Ⅵ级围岩及较差围岩中的洞口段、偏压段、浅埋段等。

为了稳定工作面，采作CRD 工法施工时,须采取超前大管棚、超前锚杆：、超前小管棚、超前预注浆、掌子面封闭等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合出碴。可适当采用控制爆破，以免破坏已完成的临时支撑隔墙和临时仰拱。

6、双侧壁导坑法(眼镜法)

双侧壁导坑法也称眼镜工法，也是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度分成三个小跨度进行作业。见图8。主要适用于地层较差、单侧壁导坑法无法满足要求的隧道工程。该工法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，钢架连接困难，而且成本较高，进度较慢。

图6 双侧壁导坑法示意图

该工法主要适用于地层较差的、可采用人工或人工配合机械开挖的Ⅳ、V级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段。

7、盾构法

盾构法指以盾构这这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构是一个既可以制成地层压力又可以在地层中推进活动的钢筒结构。刚筒的前端设有支撑和开挖土体的装置，刚筒的中段安装有顶进所需的千斤顶，刚筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并向衬砌环外围的空袭中压住水泥砂浆，以防止隧道和地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先建一个竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。

8、沉管法

沉管法是将隧道管段分段预制，分段两端设临时止水头部，然后浮运至隧道轴线处，沉放在预先挖好的基槽内，完成管段间的水下连接，移去临时止水头，回填基槽保护沉管，铺设隧道内部设施，从而形成一个完整的水下通道。

沉管隧道的主要施工工序：管节预制——基槽开挖——管段浮运和沉放——对接作业——内部装饰。

9、明挖法

明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回天基坑或恢复地面的施工方法。优点：施工技术简单，快捷经济，常被作为首选方案。缺点：阻断交通事件较长，噪音和振动等对环境的影响很大。 :!zl^J ;

10、盖挖法

盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工，主体结构可以顺作也可以逆作。城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。