《隧道與地下工程施工》課件-模塊四 鉆爆法隧道施工技術- 單元2-隧道施工方法-隧道洞身開挖

《隧道與地下工程施工》模塊三

鉆爆法隧道施工技術

單元2隧道開挖方法——洞身開挖1

《隧道工程施工》

分部開挖法3本講主要內(nèi)容

全斷面法1臺階法2隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

隧道洞身開挖方法選擇:

應根據(jù)隧道長度、跨度、結(jié)構(gòu)形式、掌子面穩(wěn)定性、地質(zhì)條件等選擇適宜的開挖方法，并應根據(jù)開挖方法選擇配套的機械設備。

為了最大限度地利用圍巖自承能力，必須采用有利于減少超挖、減少圍巖擾動的開挖方法進行洞身開挖。

隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

按開挖隧道的橫斷面分部情況來分，施工方法可分為：

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全斷面法

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臺階法

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分部開挖法臺階法分部開挖法隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

1、全斷面法

全斷面法全稱為“全斷面一次開挖法”，即按隧道設計斷面輪廓一次開挖成型，然后修建支護和襯砌的施工方法。如圖所示，主要包括三個過程：?

全斷面開挖；?

錨噴支護；?

模筑混凝。1-全斷面開挖；2-錨噴支護；3-模筑混凝全斷面施工方法隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

1、全斷面法

（1）適用范圍、條件

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全斷面法主要適用于非淺埋的I～III級巖層覆蓋條件簡單、巖質(zhì)較均勻的硬巖中。淺埋段、偏壓段和洞口段不宜采用。

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該法必須具備大型施工機械。隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短，否則采用大型機械化施工的經(jīng)濟性較差。根據(jù)經(jīng)驗，長度不應小于1千米。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

1、全斷面法

（2）全斷面法施工工序

1）施工準備完成后，用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥，連接起爆網(wǎng)路；2）退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；3）進行通風、灑水，排煙、降塵；4）排除危石，安設拱部錨桿和噴第一層混凝土；5）用裝碴機將石碴裝人礦車或運輸機，運出洞外；6）安設邊墻錨桿和噴混凝土；7）必要時可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土；8）開始下一輪循環(huán)；9）在初次支護變形穩(wěn)定后，或按施工組織中規(guī)定日期灌筑內(nèi)層襯砌隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

1、全斷面法

（2）全斷面法施工工序

全斷面法施工隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

1、全斷面法

（3）全斷面法施工注意事項

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加強對開挖面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的調(diào)查。

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各工序機械設備要配套。

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加強各種輔助施工方法的設計和施工檢查。

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重視和加強對施工操作人員的技術培訓，使其能熟練掌握各種機械和推廣新技術，不斷提高工作效率，改進施工管理，加快施工速度。

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在選擇支護類型時，應優(yōu)先考慮錨桿和噴射混凝土、掛網(wǎng)、拱架等支護形式。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

1、全斷面法

（4）全斷面開挖的優(yōu)點：?

工序少，相互干擾少，便于組織施工和管理；?工作空間大，便于大型機械化施工；?施工進度快，目前，我國公路隧道一般都能保持月進尺平均150m以上，高者已

接近300m／月。全斷面法施工隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法

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臺階法是適用性最廣的施工方法，多適用于鐵路雙線隧道III、Ⅳ級圍巖，單線隧道V級圍巖亦可采用，但支護條件應予以加強。

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它將斷面分成上半斷面和下半斷面兩部分分別進行開挖。

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根據(jù)臺階的長短，臺階法又包括為長臺階法、短臺階法和超短臺階法三種。a）長臺階法；b）短臺階法；

c）超短臺階法隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法?

施工中究竟應采用何種臺階法，要根據(jù)以下兩個條件來確定：（1）初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，閉合時間要求越短。（2）上斷面施工所用的開挖、支護、出渣等機械設備對施工場地大小的要求。?

在軟弱圍巖中應以前一條件為主，兼顧后者，確保施工安全。?在圍巖條件較好時，主要考慮是如何更好地發(fā)揮機械效率，保證施工的經(jīng)濟性，故只需要考慮后一條件。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

●

將斷面分成上半斷面和下半斷面兩部分進行開挖，上、下斷面相距較遠，一般：上臺階超前50m以上或大于5倍洞跨?！襁m用條件：適用范圍較全斷面法廣泛，凡在全斷面法中開挖面不能自穩(wěn)，但圍巖堅硬不用底拱封閉斷面的情況，都可采用長臺階法。2、臺階法

（1）長臺階法隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法

（1）長臺階法

●優(yōu)點：相對全斷面法，長臺階法一次開挖斷面和高度都較小，只需配中型鉆孔臺車即可施工，對維持開挖面穩(wěn)定十分有利?！袢秉c：上下部作業(yè)有一點的干擾。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法

（2）短臺階法

分成上下兩個斷面進行開挖，兩個斷面相距較近，一般上臺階長度小于5倍但大于1~1.5倍洞跨，或為5-50米。上下斷面采用平行作業(yè)。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法

（2）短臺階法

●適用條件：適用范圍很廣，Ⅰ-Ⅴ級圍巖都能采用，尤其適用于Ⅳ、Ⅴ級圍巖，是新奧法施工中主要采用的方法。●優(yōu)點：短臺階法可縮短支護結(jié)構(gòu)閉合的時間，改善初期支護的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值?！袢秉c:上臺階出碴時，對下半斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法

（3）超短臺階法

這種方法也是分成上下兩部分，但上臺階僅超前3~5m，只能采用交替作業(yè)。●適用條件：超短臺階法適用于膨脹性圍巖和土質(zhì)圍巖，要求及早閉合斷面的場合。也適用于機械化程度不高的各類圍巖地段。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法

（3）超短臺階法●優(yōu)點：超短臺階法初期支護全斷面閉合時間更短，更有利于控制圍巖變形。在城市隧道施工中，能更有效地控制地表沉陷?！袢秉c：上下斷面相距較近，機械設備集中，作業(yè)時相互干擾較大，生產(chǎn)效率較低，施工速度較慢。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

2、臺階法

（3）超短臺階法

●超短臺階法施工時應注意以下問題：

在軟弱圍巖中施工時，應特別注意開挖工作面的穩(wěn)定性，必要時可采用輔助施工措施，對開挖面進行預加固或預支護，如設置臨時仰拱，向圍巖中注漿或打入超前水平小鋼管。模塊三

隧道施工技術

單元2隧道施工方法——洞身開挖2

《隧道工程施工》

分部開挖法3本講主要內(nèi)容

全斷面法1臺階法2隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

分部開挖法是將隧道斷面分部開挖逐步成型，且一般將某部超前開挖，故也可稱為導坑超前開挖法。分部開挖法可分為以下幾種變化方案：●

臺階分部開挖法●

單側(cè)壁導坑法●

雙側(cè)壁導坑法●

中隔壁法（CD法）●

交叉中隔壁法（CRD法）隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

1、臺階分部開挖法又稱環(huán)形開挖留核心土法，一般將斷面分成為環(huán)形拱部(圖中的1、2、3)、上部核心土(4)、下部臺階(5)等三部分。一般環(huán)形開挖進尺為0.5-1.0m，不宜過長，上部核心土和下臺階的距離，一般為1倍洞跨。1-上弧形導坑開挖；2-拱部噴錨支護；3-拱部襯砌；4-中核開挖；5-下部開挖；6-邊墻部噴錨支護及襯砌；7-灌筑仰拱；隧道施工方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

1、臺階分部開挖法

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施工作業(yè)順序

（1）用人工或單臂進機開挖環(huán)形拱部。根據(jù)斷面的大小，環(huán)形拱部又可分成幾塊交替開挖。（2）安設拱部錨桿、鋼筋網(wǎng)或鋼支撐、噴混凝土。

（3）在拱部初次支護保護下，用挖掘機或單臂掘進機開挖核心土和下臺階，隨時接長鋼支撐和噴混凝土、封底。（4）根據(jù)初次支護變形情況或施工安排建造內(nèi)層襯砌。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

1、臺階分部開挖法

●適用條件:這種方法適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段。

●優(yōu)點：開挖工作面穩(wěn)定性好，施工安全性好，與超短臺階法相比，臺階長度可以加長，減少上下臺階施工干擾；而與下述的側(cè)壁導坑法相比，施工機械化程度較高，施工速度可加快。

●臺階分部開挖時應注意下列問題：開挖中圍巖要經(jīng)受多次擾動，斷面分塊多，支護結(jié)構(gòu)形成全斷面封閉的時間長，這些都有可能使圍巖變形增大，常要結(jié)合輔助措施對開挖面及前方巖體進行預支護或預加固。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

2、單側(cè)壁導坑法

這種方法一般是將斷面分成三塊：側(cè)壁導坑（圖上1位置）、上臺階（圖上3位置）、下臺階（圖上4位置）。

側(cè)壁導坑尺寸應本著充分利用臺階的支撐作用，并考慮機械設備和施工條件而定。一般側(cè)壁導坑寬度不宜超過0.5倍洞寬，高度以到起拱線為宜。1-側(cè)壁導坑開挖；2-側(cè)壁導坑錨噴支護及設置中壁墻臨時支撐；3-后行部分上臺階開挖；4-后行部分下臺階開挖；5-后行部分噴錨支護；6-拆除中壁墻；7-灌筑仰拱；8-灌筑洞周襯砌隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

2、單側(cè)壁導坑法

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施工作業(yè)順序（1）開挖側(cè)壁導坑，并進行初次支護(錨桿加鋼筋網(wǎng)，或錨桿加鋼支撐，或鋼支撐，噴射混凝土，應盡快使導坑的初次支護閉合；（2）開挖上臺階，進行拱部初次支護，使其一側(cè)支承在導坑的初次支護上，另一側(cè)支撐在下臺階上；（3）開挖下臺階，進行另一例邊墻的初次支護，并盡快建造底部初次支護，使全斷面閉合；（4）拆除導坑臨空部分的初次支護；（5）灌注內(nèi)層襯砌。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

2、單側(cè)壁導坑法

●適用條件:單側(cè)壁導坑法適用于圍巖穩(wěn)定性較差（如軟弱松散圍巖），隧道斷面跨度大，地表沉陷難于控制的地段。

●優(yōu)點：通過形成閉合支護的側(cè)導坑將隧道斷面的跨度一分為二，有效地避免了大跨度開挖造成的不利影響，明顯地提高了圍巖的穩(wěn)定性。

●缺點：因為要施作側(cè)壁導坑的內(nèi)側(cè)支護，隨后又要拆除，增加了工程造價。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

3、雙側(cè)壁導坑法

又稱眼鏡工法，一般是將斷面分成四塊：左、右側(cè)壁導坑(1)、上部核心土(3)、下臺階(4)。

雙側(cè)壁導坑法1-側(cè)壁導坑開挖；

2-側(cè)壁導坑錨噴支護及設置中壁墻臨時支撐；

3-后行部分上臺階開挖；4-后行部分下臺階開挖；

5-后行部分噴錨支護；6-拆除中壁墻；7-灌筑仰拱；8-灌筑洞周襯砌隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

3、雙側(cè)壁導坑法

導坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。左、右側(cè)導坑應錯開開挖，錯開的距離，應根據(jù)開挖一側(cè)導坑所引起的圍巖應力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導坑的原則確定。亦可工程類比，一般為7-10米。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法：

分部開挖法3、雙側(cè)壁導坑法

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施工作業(yè)順序

（1）開挖一側(cè)導坑，并及時地將其初次支護閉合；

（2）相隔適當距離后開挖另一側(cè)導坑，并建造初次支護；

（3）開挖上部核心土，建造拱部初次支護，拱腳支承在兩側(cè)壁導坑的初次支護上；

（4）開挖下臺階，建造底部的初次支護，使初次支護全斷面閉合；

（5）拆除導坑臨空部分的初次支護；

（6）建造內(nèi)層襯砌。

雙側(cè)壁導坑法隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

3、雙側(cè)壁導坑法

●適用條件:當隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁導坑

法難以控制圍巖變形時，可采用雙側(cè)壁導坑法。

現(xiàn)場實測表明，雙側(cè)壁導坑法所引起的地表沉陷僅為短臺階法的1/2左右。

●優(yōu)缺點：雙側(cè)壁導坑法開挖斷面分塊多，擾動大，初期支護全斷面閉合的時間長，進度較慢，成本較高，但施工安全，每個分塊都是在開挖后立即各自閉合的，所以在施工中間變形幾乎不發(fā)展。隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

4、中隔壁法（CD法）

中隔壁法是將隧道斷面左右一分為二，施工時應沿一側(cè)自上而下分為二或三部分進行，每開挖一部均應及時施作錨噴支護、安設剛架、施作中隔壁，底部應設臨時仰拱，中隔壁墻依次分步連接而成，當先開挖一側(cè)超前一定距離后，再開挖中隔墻的另一側(cè)。

中隔壁法（CD法）隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

4、中隔壁法（CD法）

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CD法變大跨為小跨，使斷面受力更合理，對減少沉降，保證隧道開挖安全、可靠具有良好的效果。

●適用條件:適用于較差地層，如采用人工或人工配合機械開挖的IV～V級圍巖的淺埋雙線隧道和淺埋、偏壓及洞口段。

隧道洞身開挖方法01一、隧道洞身開挖方法

分部開挖法

4、中隔壁法（CD法）

●施工過程中，為保證初期支護穩(wěn)定，除噴錨支護外，須增加型鋼或鋼格柵支撐，并采用超前大管棚、超前錨桿、超前注漿小導管、超前預注漿等一種或多種輔助措施進行超前加固。