隧道开挖方法及其要点技术分析
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摘 要: 随着我国经济的高速发展，城市人口急剧增加，交通拥挤状况频发，地下空间的开发势在必行。在地下空间的开发利用过程中，隧道工程应运而生。隧道工程主要包括：为解决城市交通拥挤问题修建的地下铁道、公路隧道；各种市政地下工程，如污水管道以及市政管线公用隧道等。本文主要从隧道的施工方法入手，分析了隧道施工的技术要点，旨在为广大同行提供一定的指导。
中图分类号：u45文献标识码： A
引言
我国是一个多山的国家, 在山区修建高速公路必然产生大量的隧道工程。目前, 仍然没有十分完善的地下结构理论来指导隧道工程的设计和施工, 有时候仍然避免不了工程事故的发生。因此, 应该根据不同的地质条件, 采用相应的施工技术, 确保隧道的施工安全和使用安全。
一、隧道开挖方法的选择极其适用条件
1、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、交叉中壁法、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、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。
2、适用条件：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。有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。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。
二、隧道开挖的具体方法探究
1、全断面开挖法全断面开挖法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。其施工特点有：开挖断面与作业空间大、干扰小。有条件充分使用机械，减少人力。工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件。开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。
2、台阶法是先开挖上半断面，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，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，一是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；二是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和相当的施工速度。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。
3、环形开挖留核心土法环形开挖进尺宜为0.5～1.0m ，核心土面积应不小于整个断面面积的50% 。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。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。核心土与下台阶开挖应在上台阶支护完成后、喷射混凝土达到设计强度的70% 。中隔壁法中隔壁法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地段。
4、交叉中隔壁法
交叉中隔壁法是在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，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交叉中隔壁法，该工法对控制变形是比较有利的。
5、新奥法隧道开挖
新奥法隧道开挖的基本原则是在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动前提条件下，选择恰当的开挖方法，并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法时，一方面应考虑隧道围岩地质条件及其变化情况，选择能很好地适应地质条件及其变化，并能保持围岩稳定的方法和方式，另一方面应考虑隧道范围内岩体的坚硬程度，选择能快速掘进，并能减少对围岩的扰动方法。光面爆破在隧道工程中的应用己经十分广泛，它不仅能提高隧道的掘进速度，科学有效的控制爆破，还能避免过大的超欠挖，保证后期支护效果。光面爆破的实质就是在隧道掘进设计断面
的轮廓线上布置加密的周边眼，减小药包直径，减少装药量，采用低密度和低爆速的炸药，以控制炸药爆破能量及其作用，降低爆炸冲击波的峰值作用，削减它在岩石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩体上，减弱对原岩体的破坏作用。
新奥法支护方法喷射混凝土向洞室内表面围岩喷射混凝土，能使被裂隙分割的岩块体粘接起来，保持岩块体的咬合和镶嵌作用，通过提高岩块体的粘接力和摩擦力来有效的防止围岩松动，并避免或缓和了应力集中现象的发生，而且给围岩表面以抗力和剪力，使围岩处于有利于稳定的三轴应力状态，并通过喷混凝土层自身的结构刚度，来阻止不稳定体的坍塌。喷射混凝土自身有一定的刚度，能够抵抗岩土体的坍塌，并且往往和其它支护方法共同作用，承受支护结构的受压变形，因此喷射混凝土支护方法是现代隧道施工最常用的方法之一。
1、为了确保隧道施工的安全与稳定，在软弱围岩地段施工中必须遵循“弱爆破、少扰动、短开挖、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则，在施工中应采取以下措施:
（1）在隧道工程开挖施工过程中严格遵循管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量的方针。开挖严格控制超挖、减少超挖, 保持土体的原状结构, 减少对周边土体的扰动。开挖过程中, 加强观察附近已有建筑或构筑物、道路、管线及监控量测工作，注意观察有无下沉和变形，以便发现施工安全隐患, 并通过监测反馈及时调整开挖程序, 及时采取防护措施。施工中经常检查初支情况, 如发现初支有松动、开裂等情况, 应及时加固。测量组应定期对平面控制桩、水准点、隧道中线、水平标高等复测检查。
（2）每次开挖循环进尺以设计的两榀钢架间距为限，并即时施作支护，以达到短、开挖，强支护的目的。
（3）采用短台阶法开挖，以利快出碴快循环;加强围岩监控量测，及时分析处理测量数据，以利进行下一阶段施工预控制，对隧道施工实行动态技术指导，确保施工的安全和隧道稳定。
2、以上内容介绍了软弱围岩地段隧道开挖法，下面主要分析的是与软弱围岩不同的Ⅰ--Ⅲ类隧道围岩的光爆开挖。在施工中主要措施有：采用人工风动凿岩机钻孔，砼喷射机械手、湿喷机湿喷混凝土、挖装机装碴。施工中合理调整工序，实行“钻爆、装碴、运输”机械化一条龙作业。
I类围岩地段采用全断面钻进式注浆锚杆或管棚预注浆加固围岩并堵水，短进尺、微台阶开挖，全断面设钢架结合挂网、锚喷混凝土初期支护。及时做仰拱形成闭合环，钢筋混凝土模筑衬砌。
II类围岩地段采用小导管预注浆或钻进式注浆锚杆、短进尺，微台阶开挖，全断面设钢架结合挂网，锚喷混凝土初期支护，及时施做仰拱形成闭合环，二次模筑砼衬砌。采用短进尺，微台阶法施工，上弧导先行超前三至五米。开挖后，加设型钢钢架，网喷混凝土支护。下导坑开挖先拉中槽，然后跳边墙挖马口，对应上弧导，架设型钢钢架，网喷混凝土支护。
Ⅲ类围岩采取全断面方法开挖。在施工中应采取以下措施：每次开挖循环进尺以设计的两榀钢架间距为限，并即时施作支护，以达到短开挖，强支护的目的； 采用短台阶法开挖，以利快出碴快循环；加强围岩监控量测，及时分析处理量测数据，以利进行下一阶段施工预控制，对隧道施工实行动态技术指导，确保施工的安全和隧道稳定；根据随时掌握的围岩动态和掘进所提示的工程地质情况，对地质发生变化的特殊不良地段可进一步采取加强支护措施，如加密钢支撑，喷自私自利射砼封闭掌子面，超前锚杆，小钢管、小导管注浆临时仰拱封底等多种行之有效的措施加以综合治理。
结束语
隧道的施工方法很多，我们要根据不同的地质情况进行选择。隧道开挖是施工的重要工序,开挖方法的选择不仅决定隧道的施工进度,而且严重影响到施工安全,科学合理的选择隧道开挖方法十分重要。因此，必须加快基础设施建设的步伐，然后对隧道的建设采用正确的开挖方法，最后要在隧道施工的过程中把握好施工技术的要点。随着隧道建设的需求，盾构隧道的大深度地下利用、各种 断面形式盾构机的研制和盾构施工的安全性、经济性等成为盾构施工今后的发展方向，也只有做到了以上几点就一定能实现我国交通运输的高速化和重载化。
参考文献:
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