淺談隧道施工開挖
摘 要：根據(jù)我國目前施工實際情況和國外經(jīng)驗，將常用的五種公路隧道施工中的開挖方法作簡要論述。關(guān)鍵詞：隧道施工；開挖方法；支護(hù)形式
在隧道開挖和襯砌施工過程中，圍巖、襯砌的受力和變形情況難以獲得確定解答，施工中開挖方法和支護(hù)形式是隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)，如何選擇合理的開挖方法和支護(hù)形式是隧道工作者要考慮的。在隧道現(xiàn)場施工中，一般根據(jù)上部地質(zhì)情況、土層覆蓋厚度、結(jié)構(gòu)受力特征、隧道開挖的時空效應(yīng)及施工各工序間的相互影響等因素而決定施工方法，精簡施工工序，提高施工效率，一般情況下，還要對經(jīng)濟情況、工期的影響進(jìn)行分析，同時結(jié)合數(shù)值分析來綜合考慮。
1 常用開挖方法
根據(jù)我國目前施工實際情況和國外經(jīng)驗，將常用的五種公路隧道施工中的開挖方法簡述如下：
1.1全斷面法
全斷面法是指將隧道的斷面一次開挖成型，或鉆爆或掘進(jìn)，開挖后統(tǒng)一進(jìn)行支護(hù)襯砌的施工方法。
它適用Ⅰ~Ⅲ級整體性較的圍巖，有時也用于IV級圍巖，前提是在開挖過程中這種圍巖能自穩(wěn)。
它的特點是：工序少，對施工組織和管理有利；開挖斷面大大，可以采用深孔爆破，加快開挖進(jìn)度；輪廓一次成型，擾動圍巖次數(shù)少；作業(yè)空間大，有利于大型機械作業(yè)。
1.2臺階法
臺階法也叫半斷面法，將斷面一分為二進(jìn)行開挖，是全斷面法的變化方法，它使用的前提是圍巖能在短期內(nèi)自穩(wěn)，被國內(nèi)絕大多數(shù)隧道所采用。
臺階法包括長臺階法、短臺階法和微臺階法等三種，其劃分是根據(jù)臺階長度確定。采用哪種臺階法，選擇原則有兩個：初期支護(hù)從施作到基本能自穩(wěn)的時間長短；上部臺階施工時所需要的空間大小。對巖性較差的圍巖，主要考慮第一個原則；對巖性較好的圍巖，主要考慮第二個條原則。
1.2.1長臺階法。長臺階法上下兩斷面相距較遠(yuǎn)，一般上臺階超前50m以上或大于5倍洞寬。在上下臺階上可同時進(jìn)行平行作業(yè)，也可以先在上斷面開挖一個進(jìn)尺，瑞在下斷面開挖一個進(jìn)尺，當(dāng)隧道長度較短時，也可以先將上斷面全部挖通后，再進(jìn)行下斷面開挖，相對于全斷面來說，長臺階法一次開挖的斷面和高度較小，只需配備中型鉆孔臺車即可，而且對于維持掌子面的穩(wěn)定也有利。它適用范圍較全斷面法廣泛，一般適用I-V級圍巖。
1.2.2短臺階法。短臺階法志長臺階法類似，只是兩個斷面相距較近，一般上臺階長度小于5倍洞寬且大于1~1.5倍洞寬，上下斷面采用平行作業(yè)，Ⅱ-Ⅴ級圍巖都能采用，是新奧法中采用的主要方法之一。
短臺階法施工中，當(dāng)初期支護(hù)變形、下沉顯著時，要提前閉合，保證在施工機械正常工作的前提下下臺階的最小長度。
1.2.3微臺階法。
微臺階法是全斷面開挖的一種變異形式，適用于V-VI級圍巖，一般臺階長度為3~5m，臺階長度小于3m時，無法正常進(jìn)行鉆眼和拱部的噴錨支護(hù)作業(yè)；臺階長度大于5m時，利用爆破將石碴翻至下臺階有較大的難度，必須采用人工翻碴。微臺階法上下斷面相距近，應(yīng)注意開挖工作面的穩(wěn)定，必要時進(jìn)行加固和支護(hù)。 1.3保留核心土法
這種方法使用中主要指環(huán)形開挖留核心土法，它將開挖斷面分為環(huán)形拱部、上部核心和下部臺階三個部分，由短臺階法發(fā)展而來。先用人工或小型掘進(jìn)機開挖環(huán)形拱部，進(jìn)行拱部錨噴；再開挖上部核心土和下部臺階土體，進(jìn)行邊墻和底部初期支護(hù)；向前推進(jìn)繼續(xù)重復(fù)開挖上中下部土體；待圍巖和初期支護(hù)的變形基本穩(wěn)定后，施作二襯。
這種方法優(yōu)點是施工步驟簡單，在遇到短距離圍巖變化時可優(yōu)先使用，能較快地提高施工的進(jìn)度；不足是這種方法一次開挖的進(jìn)尺較短，一般在1m左右，而且頂部空間較小，不易于拱頂部的支護(hù)實施。
1.4中隔壁法
這種方法是將斷面從中間隔開，分為兩側(cè)，先沿一側(cè)自上而下分為二或三部進(jìn)行，再開挖另一側(cè)。斷面每塊開挖和支護(hù)后形成閉合單元，有利于圍巖穩(wěn)定，減小凈空位移及地表深陷。
各分塊縱向間隔距離視圍巖變形情況，參照短臺階法決定。
中隔壁法適用于斷面跨度大，地表沉陷量要求較小的軟弱圍巖中的淺埋隧道。
1.5交叉中隔壁法
交叉中隔壁法也是將斷面從中間隔開，分為兩則，先開挖一側(cè)的上部，再開挖另一側(cè)的上部，左右兩側(cè)交叉進(jìn)行開挖和支護(hù)。在所有支護(hù)中，中隔壁及交叉臨時支護(hù)在在灌注二次襯砌時逐段拆除。
它適用于軟弱圍巖淺埋的雙線或多線隧道。
2 支護(hù)形式分析
在早期，隧道是為礦山為服務(wù)的，那時候支護(hù)是主要是用鋼木構(gòu)件支撐，其中木支撐主要用圓木，它可以構(gòu)成矩形或扇形支撐，不能較好適應(yīng)隧道斷面形狀，且磨損率高，耐久性差，安全性也不高，一般屬臨時支護(hù)，在進(jìn)行模筑混凝土后需要拆除，現(xiàn)在很少采用。鋼支撐，主要以工字型鋼，鋼筋和舊鋼軌為主，可以構(gòu)成拱形支撐，可較好適應(yīng)隧道斷面形狀的要求，且具有較大的承載能力和很好的耐久性，可作永久支護(hù)，施工較木支撐簡便且安全。
隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)在的新奧法主要以噴錨支護(hù)為主要手段，這種支護(hù)不像早期的剛性支護(hù)，它是一種柔性支護(hù)，允許圍巖有一定的變形。
在現(xiàn)代隧道支護(hù)理論中，也將隧道支護(hù)他為永久支護(hù)和臨時支護(hù)。這兩種支護(hù)并沒有嚴(yán)格上材料和形式的區(qū)別，只是在于臨時支護(hù)一般在施作永久支護(hù)后在拆除。
臨時支護(hù)是為了確保施工安全面設(shè)置的支護(hù)，其設(shè)置情況隨開挖后隧道圍巖的穩(wěn)定情況而定，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖為先開挖后支護(hù)，Ⅳ、Ⅴ級圍巖是邊開挖邊支護(hù)，Ⅵ級圍巖是先支護(hù)后開挖。
永久支護(hù)是隧道支護(hù)中必不可少的，不像臨時支護(hù)需要時才用，因此永久支護(hù)的重要性較高，其結(jié)構(gòu)形式也較多，一般來說主要依據(jù)圍巖條件而定，Ⅰ、Ⅱ級圍巖中進(jìn)行局部錨桿支護(hù)，Ⅲ、Ⅳ級圍巖中主要采用錨噴支護(hù)，Ⅴ、Ⅵ級圍巖中多采用錨、噴、網(wǎng)支護(hù)，必要時加設(shè)鋼拱架。
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