地下工程施工：隧道基本施工方法
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隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
不同台阶长度下的 地表下沉曲线
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
不同台阶长度对隧道稳定性影响
解析情况
1.0D
0.75D
0.5D
塑性区示意
0.25D
塑性区深度 （m）
地表下沉 （mm）
拱顶下沉 （mm）
7.0 35.05 51.34
隧道基本施工方法
5.5 29.18 44.60
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（3）隧道仰拱的力学行为 对隧道有仰拱和无仰拱的有限元分析。
塑性区分布
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
塑性区范围(m)
有无仰拱
拱顶
拱肩
边墙
墙角
仰拱
无仰拱
2.0
8.0
2.0
8.8
6.0
有仰拱
0
4.0
0.5
6.0
0
减小（%）
100
50
75
32
100
可以看出，有仰拱比无仰拱二次衬砌安全系数提高了22%。 仰拱对改善结构受力状态，提高承载能力有非常重要作用。
该方法还有一些变 化方法，如在开挖单侧 壁导坑时也采用台阶法， 并及时用斜支撑支护， 一般将这种方法称为 CRD法。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
c、双侧壁导坑法 适用于浅埋大跨
度隧道，地表下沉 量要求严格，围岩 条件特别差时，此 法安全可靠，但速 度慢，造价高。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
北京地铁西单站(双侧壁导坑法)
进行了有限元分析。
台阶法wk.baidu.com
单侧壁导坑法
各种施工方法的塑性区图
隧道基本施工方法
双侧壁导坑法
二、隧道的分部开挖
部分计算结果
情况
拱顶位移（cm) 边墙位移(cm) 仰拱位移(cm)
台阶法
5.342
6.022
9.406
单侧壁导坑法
4.378
3.797
14.306
双侧壁导坑法
3.512
3.31
10.339
隧道基本施工方法
5.0 24.46 38.82
4.0 11.38 23.30
隧道的分部开挖
由上表和图可以看出： 1、塑性区随台阶长度减小而显著减小，台阶长度从1.0D
减小到0.25D，则塑性区深度减少82.86%。 2、拱顶位移随台阶长度减小而减小明显，台阶长度从
1.0D减小到0.25D，则拱顶位移减少54.62%。 3、地表下沉随台阶长度减小而大幅减小，台阶长度从
隧道的分部开挖
由上表和图可以看出： 1、双侧壁导坑法位移最小，拱顶位移为台阶法的66%，边
墙位移为台阶法的55%。塑性范围也最小。可以认为，在 大断面隧道施工中，双侧壁导坑法是较安全的方法。 2、单侧壁导坑法与台阶法相比，拱顶位移为台阶法的82%， 边墙位移为台阶法的63%。 仰拱位移是台阶法的152%，塑性范围比台阶法大；拱部 的塑性范围与台阶法略小。因此，单侧壁导坑法的薄弱部 位是仰拱。只要能够控制仰拱位移，将比台阶法优。 3、从力学观点来看，双侧壁导坑法最优，单侧壁导坑法次 之，台阶法最次。隧道施工方法的选择涉及的因素很多， 因此，应综合考虑确定。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
隧道基本施工方法
导洞凿除
隧道的分部开挖
1、各种分部开挖的力学效果分析 （1）台阶法的力学效果分析 在隧道施工中，台阶法使用最为广泛，不同 的台阶长度对隧道的稳定性将有不同的影响， 特别在地质条件差，埋深浅时，确定合理的台 阶长度尤为重要。 通过有限元法分析了台阶长度分别为1.0D、 0.75D、0.5D、0.25D（D为隧道跨度）四种 情况下对浅埋隧道洞口稳定性的影响。
隧道基本施工方法
隧道开挖实景照片
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
1、分部开挖方案 隧道施工方法有很多，但总归起来大体上有
全断面法、台阶法和分部开挖法三大类及若干变 化方案，如下图示。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
隧道基本施工方法
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（1）全断面法
常用在硬岩中，利于大型机械化作业，施工速度快。 （2）台阶法
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
预留台阶
拱部开挖
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（3）分部开挖法 可分为三种变化方案： a、台阶分部开挖法 又称环形开挖留核心土 法，适用于一般土质或易 坍塌的软弱围岩地段。上 部留核心土支挡开挖工作 面，利于及时施作拱部初 期支护增强开挖工作面的 稳定，核心土及下部开挖 在拱部初期支护保护下进 行，施工安全性好。一般 环形开挖进尺为0.5～1m 左右，不宜过长，
1.0D减小到0.25D，则地表下沉减少67.53%。 4、地表沉降槽宽度台阶长度减小而减小，台阶长度从
1.0D减小到0.25D，则地表沉降宽度减少50%以上。 可见在隧道洞口的施工过程中，当选用台阶法时应尽 量缩短台阶长度，以保证隧道的稳定性。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（2）单侧壁、双侧壁法和台阶法的力学效果分析比较 分析中取隧道开挖宽度为14.28m ,隧道高度为8.68m。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
b、单侧壁导坑法（CD 法---Center diaphgram）
围岩较差，跨度大， 地表沉陷难于控制时采 用，此法单侧壁导坑超 前，中部和另一侧的断 面用正台阶法施工，故 兼有正台阶法和双侧壁 导坑法的优点，且洞跨 可随机械设备等施工条 件决定，
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
施工准备
开挖爆破
出渣运输
初期支护
二次衬砌
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
概述 分部开挖的主要目的：
是为了减小对围岩的扰动、保证掌子面的稳 定、并能便利支撑，以保安全。 分部开挖的方法：
是将掌子面（工作面）分为多个工作面，分 部实施。 分部的大小与多少：
按地质条件与断面大小以及开挖和支护手段 等，对周围环境影响等条件而定。
多用于较软而节理发育的围岩中，有三种变化方案：
a、长台阶法
上下台阶距离较远，上台阶超前50m以上或5倍洞跨，施工中上下部 可配大中型机械平行作业。
b、短台阶法
上台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞跨，适用于较软弱的围岩，上 下台阶施工干扰较大。
c、超短台阶法
上台阶仅超前3～5m，断面闭合较快。多用于机械化程度不高的各类 围岩地段。
地下工程暗挖法施工
矿山法
（钻爆法）
暗 挖 法
机械法
全断面开挖 上下导坑法 分部开挖法
掘进机（TBM) 盾构法
气压平衡 土压破坏 泥水平衡
隧道基本施工方法
地下工程暗挖法施工
场地准备、测量定线、 钻炮眼、装炸药、 通风、消除 三通一平、人员组织 联结引炮装置、爆炸 危石、装车
锚喷支护 临时支撑
防水板铺设 模注混凝土
隧道的分部开挖
不同台阶长度下的 地表下沉曲线
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
不同台阶长度对隧道稳定性影响
解析情况
1.0D
0.75D
0.5D
塑性区示意
0.25D
塑性区深度 （m）
地表下沉 （mm）
拱顶下沉 （mm）
7.0 35.05 51.34
隧道基本施工方法
5.5 29.18 44.60
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（3）隧道仰拱的力学行为 对隧道有仰拱和无仰拱的有限元分析。
塑性区分布
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
塑性区范围(m)
有无仰拱
拱顶
拱肩
边墙
墙角
仰拱
无仰拱
2.0
8.0
2.0
8.8
6.0
有仰拱
0
4.0
0.5
6.0
0
减小（%）
100
50
75
32
100
可以看出，有仰拱比无仰拱二次衬砌安全系数提高了22%。 仰拱对改善结构受力状态，提高承载能力有非常重要作用。
该方法还有一些变 化方法，如在开挖单侧 壁导坑时也采用台阶法， 并及时用斜支撑支护， 一般将这种方法称为 CRD法。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
c、双侧壁导坑法 适用于浅埋大跨
度隧道，地表下沉 量要求严格，围岩 条件特别差时，此 法安全可靠，但速 度慢，造价高。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
北京地铁西单站(双侧壁导坑法)
进行了有限元分析。
台阶法wk.baidu.com
单侧壁导坑法
各种施工方法的塑性区图
隧道基本施工方法
双侧壁导坑法
二、隧道的分部开挖
部分计算结果
情况
拱顶位移（cm) 边墙位移(cm) 仰拱位移(cm)
台阶法
5.342
6.022
9.406
单侧壁导坑法
4.378
3.797
14.306
双侧壁导坑法
3.512
3.31
10.339
隧道基本施工方法
5.0 24.46 38.82
4.0 11.38 23.30
隧道的分部开挖
由上表和图可以看出： 1、塑性区随台阶长度减小而显著减小，台阶长度从1.0D
减小到0.25D，则塑性区深度减少82.86%。 2、拱顶位移随台阶长度减小而减小明显，台阶长度从
1.0D减小到0.25D，则拱顶位移减少54.62%。 3、地表下沉随台阶长度减小而大幅减小，台阶长度从
隧道的分部开挖
由上表和图可以看出： 1、双侧壁导坑法位移最小，拱顶位移为台阶法的66%，边
墙位移为台阶法的55%。塑性范围也最小。可以认为，在 大断面隧道施工中，双侧壁导坑法是较安全的方法。 2、单侧壁导坑法与台阶法相比，拱顶位移为台阶法的82%， 边墙位移为台阶法的63%。 仰拱位移是台阶法的152%，塑性范围比台阶法大；拱部 的塑性范围与台阶法略小。因此，单侧壁导坑法的薄弱部 位是仰拱。只要能够控制仰拱位移，将比台阶法优。 3、从力学观点来看，双侧壁导坑法最优，单侧壁导坑法次 之，台阶法最次。隧道施工方法的选择涉及的因素很多， 因此，应综合考虑确定。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
隧道基本施工方法
导洞凿除
隧道的分部开挖
1、各种分部开挖的力学效果分析 （1）台阶法的力学效果分析 在隧道施工中，台阶法使用最为广泛，不同 的台阶长度对隧道的稳定性将有不同的影响， 特别在地质条件差，埋深浅时，确定合理的台 阶长度尤为重要。 通过有限元法分析了台阶长度分别为1.0D、 0.75D、0.5D、0.25D（D为隧道跨度）四种 情况下对浅埋隧道洞口稳定性的影响。
隧道基本施工方法
隧道开挖实景照片
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
1、分部开挖方案 隧道施工方法有很多，但总归起来大体上有
全断面法、台阶法和分部开挖法三大类及若干变 化方案，如下图示。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
隧道基本施工方法
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（1）全断面法
常用在硬岩中，利于大型机械化作业，施工速度快。 （2）台阶法
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
预留台阶
拱部开挖
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（3）分部开挖法 可分为三种变化方案： a、台阶分部开挖法 又称环形开挖留核心土 法，适用于一般土质或易 坍塌的软弱围岩地段。上 部留核心土支挡开挖工作 面，利于及时施作拱部初 期支护增强开挖工作面的 稳定，核心土及下部开挖 在拱部初期支护保护下进 行，施工安全性好。一般 环形开挖进尺为0.5～1m 左右，不宜过长，
1.0D减小到0.25D，则地表下沉减少67.53%。 4、地表沉降槽宽度台阶长度减小而减小，台阶长度从
1.0D减小到0.25D，则地表沉降宽度减少50%以上。 可见在隧道洞口的施工过程中，当选用台阶法时应尽 量缩短台阶长度，以保证隧道的稳定性。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
（2）单侧壁、双侧壁法和台阶法的力学效果分析比较 分析中取隧道开挖宽度为14.28m ,隧道高度为8.68m。
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
b、单侧壁导坑法（CD 法---Center diaphgram）
围岩较差，跨度大， 地表沉陷难于控制时采 用，此法单侧壁导坑超 前，中部和另一侧的断 面用正台阶法施工，故 兼有正台阶法和双侧壁 导坑法的优点，且洞跨 可随机械设备等施工条 件决定，
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
施工准备
开挖爆破
出渣运输
初期支护
二次衬砌
隧道基本施工方法
隧道的分部开挖
概述 分部开挖的主要目的：
是为了减小对围岩的扰动、保证掌子面的稳 定、并能便利支撑，以保安全。 分部开挖的方法：
是将掌子面（工作面）分为多个工作面，分 部实施。 分部的大小与多少：
按地质条件与断面大小以及开挖和支护手段 等，对周围环境影响等条件而定。
多用于较软而节理发育的围岩中，有三种变化方案：
a、长台阶法
上下台阶距离较远，上台阶超前50m以上或5倍洞跨，施工中上下部 可配大中型机械平行作业。
b、短台阶法
上台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞跨，适用于较软弱的围岩，上 下台阶施工干扰较大。
c、超短台阶法
上台阶仅超前3～5m，断面闭合较快。多用于机械化程度不高的各类 围岩地段。
地下工程暗挖法施工
矿山法
（钻爆法）
暗 挖 法
机械法
全断面开挖 上下导坑法 分部开挖法
掘进机（TBM) 盾构法
气压平衡 土压破坏 泥水平衡
隧道基本施工方法
地下工程暗挖法施工
场地准备、测量定线、 钻炮眼、装炸药、 通风、消除 三通一平、人员组织 联结引炮装置、爆炸 危石、装车
锚喷支护 临时支撑
防水板铺设 模注混凝土