隧道开挖方法

全断面开挖法 • 对于硬岩隧道，由于其自身强度一般比较高，所以围 岩自身强度并不是影响隧道稳定与安全的决定因素， 可通过采取超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅 助施工措施进行超前预加固，从而提高围岩的整体性。 对于软岩隧道，由于其自身强度一般偏低，各种超前 预加固措施对于围岩自身强度提高幅度有限，自身强 度往往成为影响隧道稳定与安全的控制因素。 • 全断面法主要适用于Ⅰ～Ⅲ级硬岩地层和Ⅱ级软岩地 层。对于Ⅳ级硬岩地层，在采取超前锚杆、超前小管 棚、超前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、偏压段和洞口段不宜采用全断面法开挖。
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台阶开挖法—中隔墙台阶法施工示意图
台阶开挖法
• 台阶开挖时应注意台阶长度要适当。选用长台阶还是短台
阶、微台阶，应根据两个条件来确定：其一是初期支护形 成闭合断面的时间要求，围岩稳定性愈差，闭合时间要求 愈短；其二是上半断面施工时开挖、支护、出渣等机械设 备所需的空间大小的要求。还应注意解决好上、下半断面 作业的相互干扰问题，尤其是短台阶干扰较大，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。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。
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台阶法施工
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①正台阶上下两部分步开挖法 将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一 般控制在1～1.5倍洞径，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。 一般采用人工和机械混合开挖法，即上半断面 采用人工开挖、机械出碴，下半断面采用机械 开挖出、机械出碴。有时为解决上半断面出碴 对下半断面的影响，可采用皮带运输机将上半 断面的碴土送到下半断面的运输车中。
侧壁导坑法
侧壁导坑法
• 台阶七步开挖法
• 洞身开挖采用台阶七步开挖法施工，是指在隧道
开挖过程中，分七个开挖面，以前后七个不同的 位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形 成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推 进的作业方法，形成开挖及施作初期支护，混凝 土仰拱紧跟下台阶及时施作构成稳固的初期支护 体系。
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侧壁导坑法
• 中隔墙法
• 中隔墙法也称CD
工法 (Center Diaphragm)，是 以台阶法为基础， 将隧道断面从中间 分成左右部分，使 上、下台阶左右各 分成2或多部分， 每一部分开挖并支 护后形成独立的闭 合单元。
侧壁导坑法
• 中隔墙法 • 通过隧道断面中部的临时支撑隔墙，将断面跨度一分为二，
控制早期围岩变形，每个步序受力体系完整。施工大量实例资料的统计 结果表明，CRD工法比CD工法减少地表下沉近50 %。但CRD工法施工 工序复杂、隔墙拆除困难、成本较高、进度较慢。 • CRD工法各分部间应拉开一定的距离，距离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，以保证操作空间要求。 • 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 黄土组成的Ⅴ级围岩和软塑状黏性土、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，采用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。
台阶七步开挖法
1 1 6 1 3
1 核心土 3m～ 5m 6
2
6
2 3m
3 3m
6
4
6 7
5
4 3m
5 3m
6 3m～ 8m 7
仰拱栈桥
wenku.baidu.com
4m～ 6m 短台阶七步开挖法开挖步序图
台阶七步开挖法
台阶三开挖法
三台阶七步开挖法
侧壁导坑法
双侧壁导坑法 • 双侧壁导坑 法是双侧壁 导坑超前中 间台阶法的 简称，也称 眼镜（睛） 工法，也是 变大跨度为 小跨度的施 工方法。
• 双侧壁导洞法以台阶法为基础，将隧道断面分成双侧壁导洞和
侧壁导坑法
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上、下台阶4部分，将大跨度分成3个小跨度进行作业，其双侧 壁导洞尺寸以满足机械设备和施工条件为主确定。 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。 双侧壁导坑法主要适用于断面很大、地层较差的Ⅳ、Ⅴ级围岩 地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段。 采用该法开挖时，双侧壁导坑超前的距离相等或不等。为了稳 定工作面，经常和超前预注浆等辅助施工措施配合使用。一般 采用人工、机械混合开挖，人工、机械混合出碴。 施工时，应先开挖两侧的侧壁导洞，在导洞内施工完支护后再 开挖上台阶，当隧道跨度大而地层条件较差时，上台阶也可采 用中隔墙法或环形留核心土法开挖后并及时施工初期支护结构， 在拱、墙的保护下，逐层开挖下台阶至基底，并施工仰拱或底 板。施工过程中，左右侧壁导洞错开不小于15 m，这是基于在 开挖中引起导洞周边围岩应力重新分布不影响已成导洞而确定 的。上、下台阶之间的距离，视具体情况，按台阶法确定。
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。 • 中隔墙法主要适用于地层较差的Ⅳ、Ⅴ级围岩地层、不稳 定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段。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。 • 采用该法进行隧道开挖时，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1～1.5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。
其次是全断面法。
• 在大断面隧道中，单侧壁导坑（小隔壁法）和双侧壁导坑（眼镜法）采用较多，由于
施工机械的发展和辅助工法的采用，施工方法有向更多地采用全断面法，特别是全断 面法与超短台阶法结合的发展趋势。
施工方法简介
• 隧道施工的基本技术原则
• 因为围岩是隧道的主要承载单元，所以要在施工中充
分保护和爱护围岩。避免过度破坏和损伤遗留围岩的 强度，使暴露的围岩尽量保留既有的质量，是最重要 最基本的原则。
最广、最成熟的隧道修建方法。客运专线隧道开挖常用的方法有全断面法、台阶法、 CD工法、CRD工法、双侧壁导坑工法。
• 从工程造价和施工速度考虑，施工方法选择顺序应为：全断面法→正台阶法→台阶设
临时仰拱→中隔墙法→交叉中隔墙法→双侧壁导坑法。
• 从施工安全考虑，顺序正好反过来。在当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法，
台阶法施工
• 台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，具有上
下断面两个工作面或多个工作面，分步开挖。其优点是灵 活多变、适用性强，有足够的作业空间和较快的施工速度， 能较早地使支护闭合，有利于开挖面的稳定性和控制其结 构变形及由此引起的地面沉降。缺点是上下部作业有互相 干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，台阶开挖 会增加对围岩的扰动次数等。 台阶法适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩地层和洞口段、偏压段、浅埋 段的Ⅰ～Ⅳ级硬岩地层和Ⅱ、Ⅲ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 浆等辅助施工措施进行超前加固，并根据工程实际、地层 条件和机械条件，选择合适的台阶方式。 根据地层条件和机械配备情况，台阶法又可分为正台阶法、 中隔墙台阶法等。
侧壁导坑法
• 交叉中隔墙法 • 交叉中隔墙法也称
CRD工法(Cross Diaphragm)。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，将原CD工 法先开挖中壁一侧改 为两侧交叉开挖、步 步封闭成环而改进发 展的一种工法。
侧壁导坑法
• 交叉中隔墙法 • 最大特点是将大断面施工化成小段面施工，各个局部封闭成环的时间短，
侧壁导坑法
• 单侧壁导坑法 • 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，变大跨断面为 小跨断面的隧道开挖方法。 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，可采用人工配合机械开挖的Ⅳ、Ⅴ级围 岩地层。 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。
施工方法简介
• 在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、埋置深度、支
护条件、施工条件、环境条件、工期要求、工程量、机械配备能力、施工安全、经济
性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法，尤其应与支护条件相适应。
• 隧道施工中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。钻爆法仍然是中国目前应用
全断面开挖法 • 有较大的断面进尺比（即开挖断 面面积与掘进进尺之比），可获 得较好的爆破效果，且爆破对围 岩的震动次数较少，有利于围岩 的稳定，但每次爆破震动强度却 较大，要求进行严格的控制爆破 设计，尤其是对于稳定性较差的 围岩。 • 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 岩出现更大范围的塑性化和更大 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，围岩自稳所要求的围岩自身 强度较高。
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台阶法施工
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②正台阶分步开挖留核心土法 该法适用于较差的地层，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 网构钢拱架做初期支护，拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。 当隧道断面较高时，可以分多层台阶法开挖，但台阶长度不 允许超过1.5倍洞径。 ③中隔墙台阶法开挖 当工作面地层自稳能力较差，上台阶开挖后拱脚支撑在未开 挖岩体上的自稳时间较短且开挖断面跨度较大时，可采用中 隔墙台阶法（通常配合临时仰拱使用）。通过中隔墙的分载 作用，减轻两侧拱脚的压力，降低地表沉陷值，以确保施工 安全。 采用中隔墙台阶法开挖时，上台阶开挖长度一般控制在1.5 倍洞径内，并辅之以超前小导管注浆加固地层，留核心土环 形开挖等措施。由于中隔墙的限制，一般上台阶采用人工开 挖，人工出碴至下台阶，下台阶采用机械开挖、机械出碴。
• 为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制
的变形。
• 变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效
应达到的。
全断面开挖法 • 全断面开挖法是指将整个隧道开挖断面一次钻
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孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道 开挖方法。 全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用 大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序 少，施工操作比较简单，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，围岩相对稳定性降低，且每个循环 工作量较大，每次深孔爆破引起的震动较大， 因此要求具有较强的开挖、出渣能力和相应的 支护能力。