隧道施工方法

隧道施工方法

一、隧道施工特点：

①地下工程，水文条件、地质条件起决定作用；

②狭长建筑物，两个工作面，速度慢，工期长；

③地下施工环境恶劣，烟尘、渗水；

④多位于山区，交通不便，供应困难；

⑤埋设于地下，一旦建成，难以更改；

二、隧道施工方法

明挖法

三、选择施工方法应考虑

①工程重要性：工程的规模使用上的特殊要求及使用上的缓急；

②隧道所处的工程地质和水文地质条件；

③施工技术条件和机械装备状况；

④施工动力和原材料供应

⑤工程投资与运营后的社会效益和经济效益

⑥施工安全状况

⑦有关污染和地面沉降等环境方面的要求和限制

必要时，应开挖实验洞对理论方案进行实践验证。

三、新奥法的施工原理

1.新奥法中认为，岩体是结构体系中的主要承载单元，在施工中必需充分保护岩体尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此施工中断面分跨不宜过多，开挖时应采用光面爆破、预裂爆破、机械掘进等方法；

光面爆破: 是指通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。是支撑新奥法原理的重要技术之一。目前，国内外虽然在隧道及地下工程光面爆破技术领域积累了丰富的工程经验，但理论研究还相对滞后，不能满足工程建设的发展需求，光面爆破技术应该向着标准化、定量化、数字化、智能化与自动化的方向发展。

预裂爆破：是指进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝。以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓。预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用；在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破。预裂爆破适用于稳定性差而又要求控制开挖轮廓的软弱岩层。

2.为充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩形成承载环，另外一方面又必须限制它，使岩体不至过度松弛而丧失或大大降低承载力。为此在施工中应采用能与围岩密切及时砌筑又能及时加强的的柔性结构，例如喷锚支护等，这样就能通过调整支护结构的的强度、刚度和它参加工作的时间来控制岩

体变形。

3.为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合而成为封闭的筒形结构而成为封闭的孔型结构，另外隧道的断面应尽可能的圆润，以避免拐角处的应力集中

4.在施工中的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提供可靠的数量足够的量测信息。如坑道周边的位移或收敛、接触应力等并及时反馈用来指导施工和修改设计

5.为了铺设防水层，成为了承受锚杆锈蚀，围岩性质恶化，流变，膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。

6.二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下

修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。

在大量的地下工程实践中，人们普遍认识到，隧道及地下洞室工程，其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护:若需支护时，又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。在隧道及地下洞室工程中，围绕着以上核心问题的实践和研究，在不同的时期，人们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系，每一种理论体系都包含和解决(或正在研究解决)了从工程认识(概念)、力学原理，工程措施到施工方法(工艺)等一系列工程问题。

三、新奥法施工

新奥法施工按其开挖断面的大小位置，基本上可分为：全断面法、台阶法、分部开挖法三大类及若干变化方案。

1、全断面法：按照隧道设计轮廓线一次爆破成型的方法。

①施工顺序：用钻孔台车钻眼、装药、连接导火线、退出钻孔车引爆炸药，开挖出整个隧道的断面，排除危石。安设边墙锚杆和喷混凝土。用装渣机将石渣装入矿车运出洞外。必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土。在初次支护变形稳定后或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。

钻孔→装药→爆破→排石→运渣→安装锚杆→喷混凝土

②全断面法的适用范围:适用于岩质较均匀的Ⅳ-Ⅴ类硬岩中，必须具备大型施工机械，隧道长度和施工区段不宜太短（不小于1000米）根据围岩的稳定程度可不设锚杆或设短锚杆，也可先出渣再做初次支护，以防止应力集中而造成的围岩松动剥落。

③全断面法的优点：工序少，相互干扰少。便于组织施工管理，工作空间大便于组织大型机械化施工，施工速度高。

④采用全断面法应注意的问题：摸清开完前方的地质情况，随时准备好应急措施，以确保施工安全施工设备力求配套，加强通风照明，做好人员培训工作。

2、台阶法：又有正台阶法和反台阶法之分，反台阶法又称中隔壁台阶法。按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，预留核心土台阶法，甚至多台阶法。

(一)长台阶法

a、长台阶法是将断面分成上半段面和下半段面两部分进行开挖，上下断面相距较远，一搬上台阶超前50米以上，或大于五倍洞跨。施工时上下断面配备同类机械同时作业，当机械不足时也可用一套机械交替作业。即在上半段开挖一个进尺再在下半段开挖一个进尺。当隧道较短时也可将上半段面挖通后再进行下半段面的施工即为半断面法。

b、长台阶法的作业顺序为：对于上半段面采用两臂钻孔台车钻眼装药爆破，地质层较软时也可用挖机开挖，安设锚杆和钢筋网。必要时加设钢支撑，喷射混凝土一般用铲斗为1.6?的铲机将石渣退运到台阶下，再由装载机运至洞外。根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时可在上半断面修筑临时仰拱，形成上半段的临时闭合结构，在开挖下半断面时再将临时仰拱挖掉（但不经济）下半断面采用两臂钻

孔台车钻眼装药直接爆破，再将石渣运出洞外，安设边墙锚杆。必要时喷混凝土。用反铲挖掘机开挖水沟，喷底部混凝土。开挖下半断面时，其炮眼布置的方式有两种平行隧道轴线布置的水平眼（主要布置在设计断面轮廓线线上）、由上台阶向下钻进的竖直眼（即插眼，爆破效果较好，但石渣飞出较远容易砸坏机械设备）

C、在初次支持变形稳定后，或根据施工组织设计的日期敷设防水层，+相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的高度和断面都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且对维持开完面的稳定也十分有利，所以长台阶法较全断面法适用范围广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬，不需要修筑临时仰拱的情况都可采用长台阶法。

d、长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，一般适用Ⅰ～Ⅲ级围岩。在上、下两个台阶上，分别进行开挖、支护、运输、通风、排水等作业线，因此台阶长度长。但台阶长度过长，如大于100m时，则增加了支护封闭时间，同时也增加了通风排烟、排水的难度，降低了施工的综合效率。因此，长台阶一般在围岩条件相对较好、工期不受控制、无大型机械化作业时选用。

(二)短台阶法

a、仍旧分为上下两个断面开挖，但上下两个断面相距较近，一般上台阶长度小于五倍洞跨，但大于1.5倍洞跨，上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶法相同。短台阶法适用于Ⅲ～Ⅴ级围岩，台阶长度定为10～15m，即1～2倍开挖宽度，主要是考

虑既要实现分台阶开挖，又要实现支护及早封闭。上台阶一般采用小药量的松动爆破，出渣采用人工或小型机械转运至下台阶。因此，台阶长度又不宜过长，如果超过15m，则出渣所需的时间显得过长。短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。

b、缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。

c、为解决干扰，可采用长皮带运输机运输上台阶石渣，或设置上半段过渡到下半段的坡道将上台阶的石渣直接装车运出洞外，过度坡道的位置可设在隧道中间，也可交替设在两侧，过度坡道适用于断面较大的双线隧道中

d、采用短台阶法应注意：初次支护全断面闭合要在距离开挖面三十米以内或距开挖上半断面三十天内完成（初次支护变形下沉显著是要提前闭合，要研究在保证机械施工正常工作的前提下使台阶长度最小）

(三)微台阶法（超短台阶法）

a、也分成上下两个部分，但上台阶仅超前3-5米，只能采用交替作业，用一台停在台阶下的长臂挖掘机或单臂掘进机，上半断面开挖至一个进程，安设拱部锚杆，钢筋网或钢支撑，喷边墙混凝土，必要时加喷拱部混凝土，开挖水沟，安装底部钢支撑，喷仰拱混凝土，浇筑内层衬砌。如无大型机械，可采用小型机具在上下部交替开挖，由于上半段施工场地狭小，常常需要配置移动或施工台架以解决上半段施

工机具的布置问题由于超短台阶法初次支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形，更能有效控制地表沉陷。所以超短台阶法适用于膨胀性围岩要求及早闭合全断面的场合，也适用于机械化程度不高的围岩。

b、超短台阶法的缺点：上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大，生产效率较低，施工速度较慢。

c、采用超短台阶法时应注意以下问题：在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管对开挖面进行预支护或预加固

d、微台阶法是全断面开挖的一种变异形式，适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩，一般台阶长度为3～5m。台阶长度小于3m时，无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护作业；台阶长度大于5m时，利用爆破将石渣翻至下台阶有较大的难度，必须采用人工翻渣。微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。（四）所有台阶法施工中在开挖下半断面时要求做到下列几点

a、下半断面的开挖（又称落底）和封闭应在上半断面初次支护基本稳定进行，或采取其他有效措施，例如扩大供面，打拱角锚杆，加强纵向连接或采用单侧落底或双侧交替落底，避免上部初次支护两侧拱角同时悬空或视围岩情况严格控制落底长度，一般采用1-3米，并不得大于6米，以确保初次支护体系的稳定性使上部初次支护与围岩形成完整体系。

b、下部边墙开挖后，必须立即喷混凝土并按规定做初次支护，量测

工作必须及时，以观察拱顶拱角和边墙中部的位移值，当发现位移速率增大，应；立即进行仰拱封闭。

（五）施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定：第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短；第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。对软弱围岩，主要考虑前者，以确保施工安全；对较好围岩，主要考虑如何更好地发挥机械设备的效率，保证施工中的经济效益，因此只考虑后者。

3、分部开挖法：台阶分部开挖法，单侧壁导坑法、双侧壁导坑法

（一）台阶分部开挖法（环形开挖留核心土法）

一般将断面分成环形拱部，根据断面大小，环形拱部又可分成交替开挖，环形开挖进尺为0.5～1.0米不宜过长，上部核心土与下台阶的距离，一般为隧道一倍洞跨。

台阶分部开挖法的作业顺序为：用人工或单臂掘进机开挖环形拱部，架立钢支撑，喷混凝土，在拱部初次保护下用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土封底。根据初次支护变形情况，或施工进度要求，建造内层衬砌，由于拱形开挖高度较小或地层松软锚杆不易成型，所以施工中可不设或少设锚杆。在台阶分部开挖发中因为上部留有核心土支挡者开挖面，而且能够迅速及时的

建造拱部支护，所以开挖面稳定性好。和台阶法一样，核心土和下部开挖都是在拱部初次支护的保护下进行的，这种方法适用于一般土质，或易于坍塌的软弱围岩中。

台阶分部开挖法的主要优点：与超短台阶法相比，台阶长度可加长，减少上下台阶施工干扰，而与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度加快。

采用台阶分部开挖发时应注意以下问题：虽然核心土增加了开挖面的稳定性，但围岩要进过多次扰动。断面分块较多，全断面封闭时间长，围岩变形增大，因此应对前方岩体进行预支护或预加固。

2、单侧壁导坑法

这种方法一般是将断面分成三块

单侧壁导坑法的尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑施工作业的条件而定，一般侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以达到起拱线为宜，这样导坑可分为二次开挖及支护，不需要架设工作平台。人工架立钢支撑也较为方便。导坑与台阶的距离没有硬性规定，但一般以导坑施工和台阶施工互不干扰为原则，所以在短隧道中，可挖通导坑再挖台阶，上下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法制定。

单侧壁导坑法的施工顺序：开挖侧壁导坑，并进行初次支护，锚杆加钢筋网或锚杆加钢支撑或钢支撑喷混凝土，应尽快使导坑的初次支

护闭合：开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支护在导坑的初次支护上，另一侧支护在下台阶上，开挖下台阶，进行另一侧边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合，拆除导坑临空部分的初次支护，建造内层衬砌。

单侧壁导坑法是将断面横向分成三块或四块，每部分开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初次支护承载能力较大，所以单侧壁导坑法适用于地表沉陷难以控制的软弱松散围岩中。

3、双侧壁导坑法（眼镜工法）

当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差。单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷，仅为短台阶法的1/2。

这种方法一般是将台阶分成四块：左右侧壁导坑，上部核心土，下部台阶。导坑尺寸的拟定原则和单侧壁弹坑法一样，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3，左右导坑错开的距离，应根据开挖一侧引起的围岩应力重新分部的影响，不至波及另一侧已成导坑的原则确定。

双侧壁导坑法的施工顺序：开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合；相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护；开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧侧壁导坑的初次支护；开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合，拆除导坑临空部分的初次支护，建造内层衬砌。