隧道开挖的几种方法

隧道开挖方法的选择
初次接触隧道工程,感触颇深,在从事隧道试验检测工作的同时,我更多的时间就是向优秀的工程师们学习具体的现场施工经验,在学校读书的时候老师也就是大概的讲解了一下,而更多的东西还要靠自己去领悟,去学习。

自己总结了隧道工程的一些开挖方法,加上具体的现场施工逐渐的了解了隧道的施工工序及技术要求。

在当前的施工实践中,从施工造价及施工速度考虑,施工方法的选择顺序为:全断面法→台阶法→环形开挖留核心土法→中隔壁法(CD法)→交叉中壁法(CRD法)→双侧壁导坑法;从施工安全角度考虑,其选择顺序应反过来。

如何正确选择,应根据实际情况综合考虑,但必须符合安全、快速、质量与环保的要求,达到规避风险、加快进度与节约投资的目的。

1、全断面开挖法
全断面开挖法就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
全断面法施工特点
(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。

2、台阶法施工
台阶法就是先开挖上半断面,待开挖至一定长度后同时开挖下半断面,上、下半断面同时并进
的施工方法;按台阶长短有长台阶、短台阶与超短台阶三种。

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,主要就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。

台阶开挖法的优缺点:台阶开挖法可以有足够的工作空间与相当的施工速度。

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。

尤其就是上部开挖支护后,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。

台阶开挖时应注意以下几点:
(1)解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。

微台阶基本上就是合为—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,可将上半断面贯通后,再进行下半断面施工。

(2)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。

(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,拱脚与边墙中部位移值,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
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、喷射混凝土达到设计强度的70%
4、中隔壁法(CD法)
CD 法就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,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。

5交叉中隔壁法(CRD法)
就是在软弱围岩大跨隧道中,先开挖隧道一侧的一或二部分,施作部分中隔壁与横隔板,再开挖隧道另一侧的一或二部分,完成横隔板
施工;然后再开挖最先施工一侧的最后部分,并延长中隔壁,最后开挖剩余部分的施工方法。

采用短台阶法难确保掌子面的稳定时,宜采用分部尺寸小的CRD法,该工法对控制变形就是比较有利的。

CD 法就是“Center Diaphragm”的简称,而CRD法则就是
“Cross Diaphragm”的简称。

两者既有联系又有区别。

它们都用于比较软弱地层中而且就是大断面隧道的场合。

而前者就是在用钢支撑与喷混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法;后者则就是用隔壁与仰拱把断面上下、左右分割闭合进行开挖的方法,就是在地质条件要求分部断面及时封闭的条件下采用的方法。

因此,CRD法与CD法唯一的区别就是在施工过程中每一步,都要求用临时仰拱封闭断面。

在CRD法或CD法中,一个关键问题就是拆除中壁。

一般说,中壁拆除时期应在全断面闭合后,各断面的位移充分稳定后,才能拆除。

6、双侧壁导坑法
1、侧壁导坑开挖后方可进行下一步开挖。

地质条件差时,每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱。

2、各部开挖时,周边轮廓应尽量圆顺。

3、应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后在进行另一侧开挖。

4、左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15米。

5、当开挖形成全断面时应及时完成全断面初期支护闭合。

6、中隔壁及临时支撑应在浇筑二次衬砌时逐段拆除。