隧道开挖工艺工法

台阶法施工
• 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自稳时间较
短且开挖断面跨度较大时，可采用中隔台阶法（通常配合临时仰拱使用）。通过 中隔墙分载体作用，减轻两侧拱脚的压力，降低地表沉降值。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倍洞泾内，并辅之以 超前小导管加固地层，刘核心土环形开挖等措施，下台阶采用机械开挖、机械出 砟。
• 隧道施工中，开挖方法时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。
侧壁导坑法
• CD工法工序
侧壁导坑法
• CD工法工序说明 • 要点： • 上导坑①、③部的 • 开挖循环进尺控制 • 为1榀钢架间距 • （0.75～0.8m）， • 下导坑②、④部的 • 开挖可依据地质情 • 况适当加大。
侧壁导坑法
• 3、交叉中隔墙（CRD工法) • 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
自身强度较高。
全断面开挖法
全断面开挖法适用条件
对于硬岩（抗压强度Rc＞30mpa）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Байду номын сангаас小导管、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，由于自身强度自身强度一般偏 低，各种超前与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。
台阶法施工
• 台阶开挖法-中隔墙台阶法施工示意图
三、侧壁导坑法
• 1、单侧壁导坑 • 单侧壁导坑法是指在隧道断面一侧先开挖一导坑，并始终超前一定的距离，再开
挖隧道其余部分，变大跨断面为小跨断面的隧道开挖方法。
• 采用该法开挖时，单侧壁导坑超超前的距离一般在2倍的洞泾以上。为了稳定工 作面，必须采取超前超前大管棚、超前锚杆、超前小导管、超前预注浆等辅助施 工措施进超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合开挖、人工和机械配合 出砟。断面剩余部分开挖时，可适当采用控制爆破一面破坏已完成的临时支护。
• 隧道施工的基本技术原则 • 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，使爆破的围岩尽量保留既有的质量， 是最重要的基本原则。 • 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（既各种支护结构）的效果达到的。
台阶法施工
• 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倍的洞泾左右环形开挖，留核心土，用于系
统锚杆和超前小导管、预注浆稳定工作面，钢筋网片钢架、锚杆、喷射混凝土作 为初期支护，拱脚设置锁脚锚管或锁脚锚杆。
• 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倍洞泾。
二、全断面法
• 全断面开挖法事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。但由于开挖面积较大，围岩相对稳定 性降低，且每个循环工作量较大，每次身炮孔爆破引起的震动较大，因 此要求具有较强的开挖、出砟能力和相应的支护能力。
侧壁导坑法
• CRD工法工序说明 • （5）在滞后于③部一段距离后，机械开挖④部，人工配合整修，并施作导坑周
边的初期支护，步骤及工序同②部。 • （6）在滞后于④部一段距离后，机械开挖⑤部，人工配合整修；隧底周边部分
• 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倍洞泾（此处的洞泾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。
侧壁导坑法
• 洞泾取值
侧壁导坑法
• 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级围岩及较差的围岩中的洞 口段、偏压段、浅埋段等。为了稳定工作面，采用CRD工法施工时，必须采取超 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、人工和机械配合出砟。可适当踩空控制爆破， 以免破坏已完成的临时支撑和临时仰拱。
• （3）在滞后于①部一段距离后，机械开挖②部，人工配合整修，必要时喷5cm 厚混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，接长型钢钢架和I18临 时钢架，安装锁脚锚杆（管），安设I18横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设 计厚度。
• （4）在滞后于②部一段距离后，机械开挖③部，人工配合整修，并施作导坑周 边的初期支护，步骤及工序同①部。
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。
• CRD工法最大的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间 段，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50%。但CRD工法施工工序复杂、隔墙 拆除困难、成本高、进度较慢。
• 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 导管、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和中隔墙台阶法等。
侧壁导坑法
• CRD工法工序说明 • （1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50小导管及导坑侧壁Ф22水平锚
杆超前支护。
• （2）机械开挖①部，人工配合整修；必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面；施作 ①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初 喷4cm厚混凝土，架立型钢钢架和 I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管），安设I18横撑；安装径向锚杆后复喷混凝土 至设计厚度。
侧壁导坑法
• CD工法工序说明
• （1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50超前钢花管及导坑侧壁Ф22水 平锚杆超前支护。
• （2）人力配合机械开挖①部，高约为6.0m，宽约为7.5m；施作①部导坑周边的 初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土；架立型钢钢架和I18临时钢架，并 设锁脚锚杆（管），安装径向锚杆及铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。
• （5）在滞后于③部一段距离后，挖掘机开挖④部，人工整修表面，施作导坑周 边初期支护，步骤及工序同②部。
• （6）在滞后于④部一段距离后，挖掘机开挖⑤部；接长I18临时钢架至隧底，底 部垫槽钢。
侧壁导坑法
• CD工法工序说明 • （7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架。 • （8）利用仰拱栈桥灌筑 Ⅵ部边墙基础与仰拱。 • （9）利用仰拱栈桥灌筑仰拱填充Ⅶ部至设计高度。 • （10）利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅷ部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。
• 正台阶分步开挖弧形导坑预留核心土
• 正台阶分步开挖弧形导坑预留核心土
①
②
④③ ⑦
⑤⑥
① ② ④③
⑥⑦ ⑤
②
① ④
③
⑤⑦⑥
图三 中台阶为核心土示意图
图四 正台阶开挖示意图
• 正台阶分步开挖弧形导坑预留核心土（现场）
台阶法施工
• 隧道弧形导坑预留核心土法施工工序 • 弧形导坑预留核心土法，将开挖断面分为上、中、下及底部四个部分逐级掘进施
侧壁导坑法
• 2、中隔墙法 • 中隔墙法也称CD功法 • （center Diaphragm),是一 • 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厚形成 • 独立的闭合单元。
侧壁导坑法
• 中隔墙法
• 中隔墙法也称CD工法（工序图）
• （2）每一台阶开挖完成后，及时喷射4cm厚微纤维混凝土对围岩进行封闭，设 立型钢钢架及锁脚锚杆，施作系统锚杆，最后铺设钢筋网，分层复喷微纤维混凝 土到设计厚度，必要时各台阶设临时仰拱加强支护，完成一个开挖循环。
台阶法施工
• 2、岩石隧道弧形导坑预留核心土法
• 施工工序
台阶法施工
• 隧道弧形导坑预留核心土法施工工序
中铁十一局集团第二工程有限公司
隧道施工技术 （隧道开挖工艺）
中铁十一局集团沪昆客专长昆湖南段第一项目分部
主要内容
• 一、施工方法简介 • 二、全断面法开挖 • 三、台阶法开挖 • 四、侧壁导坑法开挖 • 五、施工工法转换 • 六、隧道开挖质量控制重点
一、施工方法简介
• 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、经济性等相关因素综合分析， 采取恰当的开挖方法，尤其应于支护条件相适应
• （3）在滞后于①部一段距离后，挖掘机开挖②部，人工整修表面；导坑周边部 分初喷4cm厚混凝土；接长型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管）；钻 设径向锚杆并铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。
• （4）在滞后于②部一段距离后，挖掘机开挖③部，人工整修表面，施作导坑周 边初期支护，步骤及工序同①部。
• 从施工安全考虑，顺序正好相反过来。在当前的施工实践中，采用最多的方法时台阶法，其次是 全断面法。
• 在大断面隧道中，单侧壁导坑（小隔墙法）和双侧壁导坑（眼睛法）采用较多，由于施工机械的 发展和辅助功法的采用，施工方法有向更多地采用全断面法，特别是全断面与超短台阶法结合的 发展趋势。
一、施工方法简介
全断面开挖法
全断面开挖发的优缺点 有较大的断面进尺比（即开挖断 面面积与掘进进尺比值），可获得 较好的爆破效果，且爆对队围岩的 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。
全断面法一次开挖形成，开挖跨度 较大，高度较大，隧道找遍围岩若出 现更大范围的塑性化和更大的变形， 隧道公交和墙脚处的盈利集中更严重，隧道拱顶更不稳定，围岩自稳所要求的围岩
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级围岩 地层，在采取超前锚杆、超前小导管、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、偏压和洞口段不宜采用全断面法开挖。
三、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、使用性抢，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和控制其结构变形计由 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不稳 定性的影响，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。
台阶法施工
• 1、正太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
地层失去自稳的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，也可辅以采用人工和机械混合开挖法，即上班断面采用人工开挖 机械出砟。下班断面采用机械开挖、机械出砟。有时为解决上半断面出砟对下班 断面的影响，可采用皮带运输机将上班断面的砟土送到下半断面的运输车中。
工。上部宜超前中部3～5m，中部超前下部3～5m，下部超前底部10m左右。为 方便机械作业，上部开挖高度控制在4.5m左右，中部台阶高度也控制在4.5m左 右，下部台阶控制在3.5m左右。 • （1）开挖前拱部施作φ42或φ50超前小导管对拟开挖岩体进行注浆预加固，待浆 液达到一定强度后，采用小型挖掘机开挖，预留一定厚度由人工持风镐修边到位 。