隧道开挖施工方法及施工要点讲解.docx

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隧道开挖施工方法及施工要点讲解

隧道开挖施工方法及施工要点讲解

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）I~IV级围岩，在用于Ⅳ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

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。

施工工序流程图：

隧道全断面开挖施工工序流程见图1－1

施工要点：

（1）配备钻爆台车或多功能台架及高效率装运机械设备，由于开挖断面大，围岩相对稳定性降低，且每循环相对工作量较大，要求具有较强的开挖、出碴和相应的支护能力。

各工序使用的机械设备务求配套。

以缩短循环作业时间，合理采用平行交叉作业工序，提高施工进度。

（2）利用深孔爆破增加循环进尺，控制周边眼间距及角度改善光面爆破效果，减少超欠挖。

（3）及时施做初期支护，摸清开挖面前方地质情况，及时准备好应急措施，围岩条件变化时及时调整施工方法，以确保施工安全。

（4）有条件时采用导洞超前的开挖方法，合理组织施工保证隧道施工安全。

（5）二次衬砌及时施作，Ⅰ～Ⅱ级围岩二次衬砌距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围岩≤80m。

（6）在软弱破碎围岩中使用全断面开挖时，应加强辅助施工方法设计与检查，加强动态量测与监控。

施工图片：

2、台阶法施工

台阶法开挖是将隧道设计断面分上半断面和下半断面两次〔或上、中、下三个断面〕开挖，台阶间控制一定距离，采用同时并行的隧道开挖施工方法。

适用条件：

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：

⑴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；

⑵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。

一般用在Ⅲ级围岩，也可用在隧道Ⅳ级围岩地段。

施工特点：

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。

施工工序流程图：

隧道台阶法施工工序流程见图1-4

施工要点

（1）阶长度要适当。

按台阶长度可分为长台阶〔≥50m〕、短台阶〔5－50m〕、微台阶〔3－5m〕三种。

根据围岩条件合理确定台阶长度和台阶数量，台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确定，微台阶法上台阶高度宜为2.5m。

（2）上台阶施作钢拱架时，采用扩大拱脚和锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形，必要时施作临时仰拱。

（3）下台阶在上台阶喷射混凝土到达设计强度70%以上时开挖，下部开挖时要注意上部的稳定，根据稳定情况决定下部循环进尺。

当岩体不稳定时需缩短进尺，必要时下台阶分左、右两部错开开挖，并及时施做初期支护和仰拱。

（4）施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工应减少对上部围岩、支护的扰动。

（5）下台阶施工时要保证初支钢架整体顺接平直，螺栓连接牢靠。

（6）仰拱及填充超前二次衬砌且分别全幅浇筑，仰拱距掌子面距离：

Ⅲ级围岩≤70m，Ⅳ级围岩≤50m，二次衬砌及时施作。

施工图片：

开挖时应注意事项：

（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，可将上半断面贯穿后，再进行下半断面施工。

（2）下部开挖时，应注意上部的稳定。

假设围岩稳定性较好，则可以分段顺序开挖；假设围岩稳定性较差，则应缩短下部掘进循环进尺；假设稳定性更差，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.

环形开挖预留核心土法一般是将开挖面分成环形拱部、上部核心及下部台阶三部分。

根据地质好坏将环形拱部断面分成一块或几块。

先开挖上部导坑弧形断面留核心土平台，再开挖下部两侧边墙、中部核心土的隧道开挖方法。

适用条件：

单线隧道Ⅳ～Ⅴ级围岩，也可用在双线隧道Ⅲ～Ⅳ级围岩地段。

施工特点：

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、喷射混凝土到达设计强度的70%

施工工序流程图：

隧道环形开挖预留核心土法施工工序流程见图1-6

施工要点：

（1）开挖前应在拱部进行超前支护、环形开挖每循环长度0.5～1m不宜过长，开挖后及时施作喷锚支护、安装钢架支撑。

（2）每两榀钢架之间采用钢筋连接，并设置锁脚锚杆、全断面初期支护封闭距拱部开挖面不超过15m。

（3）预留核心土面积大小根据围岩地质情况，便于施工和满足开挖面的稳定。

（4）上部弧形、左、右侧墙部，中部核心土开挖各错开3～5m进行平行作业。

（5）仰拱及填充超前二次衬砌且分别全副浇筑，距离掌子面≤70m。

全断面衬砌时间根据监控量测稳定情况及时施作。

施工图片：

4、弧形导坑左右台阶错开开挖支护法

在隧道开挖工程中，在三个台阶上分七个工作面，以前后七个不同位置相互错开同时开挖，然后分部及时支护，形成支护整体。

缩小作业循环时间，逐步向纵深推进的隧道开挖施工方法。

适用条件：

一般适用于黄土地区隧道施工，也可用于其它Ⅲ-Ⅳ级围岩地段。

施工工序流程图：

隧道弧形导坑左右台阶错开开挖支护法施工工序流程见图1-9

施工要点：

（1）施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织。

（2）做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，妥善处理好陷穴、裂缝。

在含有地下水的黄土层中施工时，洞内应施作良好的排水设施。

（3）台阶长度控制在3-5m，及时施作初期支护，配合锁脚锚杆封闭成环，初期支护钢架背后严禁出现空洞。

（4）工作面假设有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。

（5）应及早施作仰拱和二次衬砌，仰拱施工要尽量提前，防止大断面隧道边墙向内位移。

施工图片：

5、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。

适用条件：

主要应用于双线隧道Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道〔Ⅳ级围岩〕地段。

施工特点：

相对于CRD与双侧壁导坑法而言，其具有工序简单、施工速度快的特点，只有当其不能满足施工要求时才考虑其它方法。

施工工序流程图：

隧道中隔壁法〔CD法〕施工工序流程见图1-11

施工要点：

（1）在CD法中，超前支护常用的超前支护类型有：

超前锚杆、超前小导管注浆及管棚。

当隧道地下水发育时，也可采用超前帷幕注浆加固与堵水。

超前锚杆、超前小导管注浆施工时，两组超前支护塔接长度不得小于1m，超前支护一般要与钢架相配合。

注浆材料一般选用双液浆，注浆压力宜比静水压力大0.5～1.5MPa，在岩石松软有流砂地段，还可采用管棚结合插板进行超前支护。

（2）左右部的台阶开挖高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备而定。

　　（3）台阶开挖长度3-5m，开挖进尺视围岩状况、钢架间距、超前支护有效长度确定，一般不超过1.0m。

及时施作初期支护和中隔壁临时支护，左右两侧洞体施工纵向拉开间距一般情况1D～2D的距离〔D为隧道跨度〕，并不大于15m。

　　（4）后一侧开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。

加强排水，防止拱脚岩体软化。

　　（5）中隔壁设置为弧形临时支护，隧道左右开挖面初期支护连接平顺，确保钢架连接状态良好。

　　（6）加强监控量测，确保隧道稳定。

初期支护稳定后分段拆除中隔壁临时支护，一次拆除长度应根据变形监控量测信息确定，但不宜超过15m，并加强拆除过程监控量测。

　　（7）临时支护拆除后及时施做隧道仰拱和二次衬砌。

施工图片：

6、交叉中隔壁法〔CRD法〕

当CD法施工方法不能满足要求时，在每部台阶施工时改临时仰拱水平支撑做为横隔板就成为了交叉中隔壁法又称CRD工法，它将大断面隧道分部分块开挖，先开挖隧道一侧的上和中部并施作封闭的初期支护和临时支撑，再开挖隧道另一侧的上和中部分且施作封闭的初期支护和临时支撑，最后分别开挖隧道左右两块底部，形成隧道初期支护和临时支撑网状封闭稳定支护形式的隧道开挖施工方法。

适用条件：

一般适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩，隧道跨度大、对隧道沉降和变形有严格要求时采用，也可用于浅埋隧道施工。

施工特点：

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。

施工工序流程图：

隧道交叉中隔壁法施工工序流程图

施工要点：

（1）超前支护。

采取可靠的超前支护措施对围岩进行超前加固。

隧道的拱部和侧壁、中隔墙侧壁都各有可靠的超前支护措施。

超前小导管的搭接长度不得小于1.0m，超前管棚的搭接长度不得小于1.5m，具体长度根据台阶高度及钢架间距确定。

（2）隧道按左右部分块实施开挖，每块小断面开挖高度根据地质条件、隧道断面大小和施工设备而定。

（3）每块小断面开挖长度3～5m，机械开挖、人工配合修整，掌子面不稳定时。

可留核心土或喷射混凝土封闭掌子面，钢架支撑的架设应标准标准。

及时设置临时仰拱封闭、步步成环，尽量缩短成环时间，必要时进行掌子面临时支护。

（4）中隔墙设置为弧形临时支护，隧道左右开挖小断面底部临时仰拱应保持在同一断面上，螺栓连接牢固，及时施作锁脚锚杆〔管〕。

（5）初期支护稳定后分段拆除中隔壁临时支护，一次拆除长度应根据变形监控量测信息确定，但不宜超过15m，以满足仰拱的衬砌施工的长度为界限，并加强拆除过程监控量测。

（6）CRD工法各施工环节要紧凑，尽快使支护结构形成受力体系。

临时支护拆除后及时施做隧道仰拱和二次衬砌。

施工图片：

7、双侧壁导坑法

双侧壁导坑法是先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护及临时支护，然后再分部开挖中部剩余土体的隧道开挖施工方法。

适用条件：

一般适用于Ⅴ-Ⅵ级围岩，主要用于大跨、超浅埋、偏压地层或对沉降有严格要求的隧道。

施工工序流程图：

隧道双侧壁导坑法施工工序流程图

施工要点：

双侧壁导坑法是CD法施工的演化，许多施工工序是相同的，施工中除参照遵守CD法的施工要点的同时，还应注意以下各点：

（1）采取可靠的超前支护措施对围岩进行超前加固。

常用的超前支护类型有：

超前锚杆、超前小导管注浆及管棚。

（2）侧壁导坑形状应近似椭圆形，导坑断面宽度一般为整个断面的1/3。

导坑施工应严格坚持“管超前、短进尺、弱爆破〔不爆破〕、强支护、勤量测、紧封闭”的原则进行施工。

（3）两侧侧壁导坑超前中部10～20m，可独立同步开挖支护，中部采用台阶法开挖，保持平行作业。

（4）导坑开挖后应及时进行初期支护及临时支护，设置锁脚锚杆，并尽早封闭成环。

（5）中部土体开挖完成，根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除临时支护，一次拆除长度控制在1D～2D且不超过15m，并加强拆除过程监控量测。

（6）临时支护拆除完成后，及时施做仰拱，然后施工防水设施并进行二次衬砌。

（7）中部岩体的上台阶开挖应进行超前支护，施工中采取预留核心土法稳定掌子面。

开挖后及时进行初期支护与临时支护，尽早封闭成环。

施工图片：