不同级别围岩隧道的开挖方法

浅析不同级别围岩隧道的开挖方法
摘要：通过对隧道工程工程、水文地质的勘察，科学判定围岩级别，确定合理的隧道开挖方法，根据围岩级别和岩性变化，灵活运用各种组合开挖方法掘进，确保隧道开挖安全、质量。

关键词：岩土特性、工程、水文地质、围岩分级、开挖方法综合运用
中图分类号：f416.9
1. 隧道岩土特性及围岩分级
1.1. 勘察内容、目的
讨论隧道开挖方法须先了解隧道介质，就是岩土，在岩土中开挖隧道后内应力发生变化的岩土部分即是围岩。

了解岩土的类别、岩性、以及依据这些因素判定的围岩级别，是研究隧道开挖方法的首要前提。

勘察的目的是及时预测和解决施工中可能遇到的工程地质和水
文地质问题，从而为设计提供信息和资料，是确定合理的隧道开挖方法的依据。

1.2. 围岩分级
围岩分级是根据岩体完整程度、岩性等指标，按稳定性程度给围岩分级，围岩共分为5级，围岩分级依据判定不同行业有不同标准，但基本一致，读者可根据从事工作自行查询相关规范即可。

这里特别提出的是隧道施工因地质条件复杂，对围岩分级还要考虑地下水、围岩初始地应力的影响，影响围岩分级因素修正判定见表。

2. 开挖方法
2.1.全断面法
全断面法是按设计断面将隧道一次性开挖成型后再施作初期支护。

施工时根据施工单位配备的开挖机械不同，一是采用多臂钻机等大型凿岩机械钻孔爆破开挖，二是利用与开挖设计轮廓匹配的钻爆台车，采用手动凿岩机钻孔爆破。

前者特点是钻爆作业掌子面简单，作业人员少，钻孔质量宜控制，遇围岩状况不好时对钻孔进尺影响小，可以在最大限度内增加单个爆破循环钻孔长度。

但需购买昂贵的钻孔设备一次性投入较大；后者特点是充分利用人的能力，配备好与开挖掌子面相适宜风动钻机进行钻孔，作业面比较乱，风水管线多，干扰多，钻孔质量受人的控制，单个爆破循环进尺短，工作效率低，但投入相对前者少，而且若组织好各工序的衔接工作，同样可以取得理想的效果。

2.2.环形开挖预留核心土法
该方法是先开挖上部导坑形成环形，并及时进行支护。

其次开挖下部两侧边墙后再开挖中部核心土的方法。

因围岩性状及稳定性差，采用这种方法开挖时强调的是安全为主，开挖单个循环进尺在0.5～1m左右，并且在开挖后及时施作锚喷支护、安装钢架或是格栅支撑予以加固。

图1：
2.3.中隔壁法和交叉中隔壁法
此二种开挖方法基本一致，都是将隧道分为左右两大部分进行开挖，先在隧道一侧分层开挖支护，待该侧初期支护形成，且喷砼强
度达到设计强度的70%时再按同样施工顺序和工艺开挖隧道另一侧，交叉中隔壁法较中隔壁法在初期支护上更为加强，开挖完每一层后都施作临时仰拱形成闭合支护拱圈，适宜在围岩极差的地段开挖进尺。

开挖时各部周边轮廓尽量圆顺，减小应力集中；开挖高度应与钢架接头一致，便于支护协调；当最后一部开挖结束后及时完成全断面的支护闭合。

2.5.双侧壁导坑法
此法采用先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护，必要时施作边墙二衬，然后再根据围岩地质情况、断面大小对剩余部分采用二台阶或是三台阶法开挖。

开挖时侧壁导坑应近似成椭圆形，导坑断面宽度宜为整个断面的1/3；各部开挖应错开一定距离，一般两侧导坑超前中部10-20m，两侧导坑开挖后及时进行
初期支护和临时支护，并尽早封闭成环。

图2：
3. 开挖方法的综合运用
在实际隧道开挖过程中，围岩的性状总在变化，工程地质和水文地质情况复杂，开挖方法也要随围岩的变化而变化，需要工程技术人员具有科学严谨、务实求真、灵活应变的能力，在施工中善
于把握围岩的“命脉”，对症下药。

在隧道开挖过程中采用多种方法综合运用，在确保工程安全和质量的前提下，加快施工进度，合理降低工程成本，最终达到技术合理、经济效益高的目的。

笔者参与的太中银铁路工程离石隧道全长10.2km，沿线工程地质和水文地质复杂。

其进口位于冲沟内，地势狭窄，洞顶地层为老黄土，洞身及洞底为老黄土、半胶结砾石层，底部为豹皮灰岩，易发生坍塌冒顶。

隧道出口为黄土垣，自然山坡较缓，出口进洞后有500m 断层带，为典型的浅埋地层，岩体稳定性差，容易发生坍塌冒顶。

隧道洞身大部分为第四系沉积物和植被覆盖，洞身为新、老黄土、灰岩交错分布；灰岩段溶洞较发育，易发生坍塌冒顶或突水突泥。

隧道区地表水不发育，沟谷中只有在雨季泄洪时才有较大水流，因而地下水主要为碳酸盐岩溶裂隙水，洞身处地下水不发育。

施工单位针对以上地质情况和围岩级别采用了多种开挖方法并
用的方案。

在进口段采用环形开挖预留核心土的开挖方法，开挖前对洞口进行套拱支护，按短进尺、强支护、勤量测的原则循序渐进，单个循环在1m左右，确保了开挖质量和安全。

待进入岩性较好的围岩后，开挖改为台阶法进尺，直至进入到围岩级别ⅱ级后变为全断面开挖。

在出口段针对黄土垣、断层多、埋深浅的特点，进洞50米采用双侧壁导坑法开挖，在保证开挖轮廓的前提下尽早进行支拱架、挂网、锚喷支护形成局部闭合支护圈，待围岩特性和级别转好后改为环形开挖预留核心土法，特别是处理浅埋地段地表时，除对表面进行了沟壑回填碾压密实外，为确保地表水不渗透进隧道，还在其表面进行了预注浆截水处理措施。

参考文献：
1、铁路隧道作业指南。