劉霖超（四川交投建設(shè)工程股份有限公司，四川成都610000）

隧道開挖方法及其施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)分析

劉霖超（四川交投建設(shè)工程股份有限公司，四川成都610000）

加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是使我國更快實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸高速化和重載化的重要措施，另外，在建設(shè)隧道時(shí)，必須要用到正確的開挖方法，在其施工的過程中對技術(shù)要點(diǎn)的把握十分重要。本文主要對幾種常見的隧道開挖方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對實(shí)施隧道工程前的準(zhǔn)備工作與工程實(shí)施的技術(shù)方案進(jìn)行了闡述。希望為閱讀者提供相應(yīng)的參考意義與價(jià)值。

隧道開挖；工程施工方案；工程施工技術(shù)

1 引言

隧道是地下通道的一種統(tǒng)稱，其分類如表1所示。

表1 隧道的分類

隧道的施工挖掘進(jìn)方法主要是由不同的斷面凈空尺寸與地質(zhì)條件所決定的，而斷面的凈空尺寸又根據(jù)其使用功能的不同和所處的特殊地質(zhì)環(huán)境而改變。隧道開挖是隧道施工過程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，合理選擇開挖的方法不單單提高建設(shè)隧道的速度，還保障了隧道施工過程中的安全。

2 隧道開挖方法分類

隧道開挖的方法分為兩大類，分別為機(jī)械掘進(jìn)法和鉆爆法，具體細(xì)分見圖1。

圖1 隧道開挖法的分類

3 使用鉆爆法的條件與技術(shù)要點(diǎn)

3．1全斷面法

3．1．1適用條件

采用該種方法來進(jìn)行隧道開挖的步驟是：首先，以隧道設(shè)計(jì)的大體輪廓為基礎(chǔ)，通過一次性的爆破形成基本設(shè)計(jì)形狀，然后再進(jìn)行之后的施工工序。對于那些自身穩(wěn)定性差的低級別圍巖，要想采用這種方法首先要進(jìn)行加固的工作，但這也嚴(yán)重阻礙了施工進(jìn)度。如果斷面的面積太大，則對鉆爆設(shè)備的性能不會受到影響。因此全斷面法最適合于有較好圍巖級別和開挖斷面適中的隧道項(xiàng)目。

3．1．2全斷面法的技術(shù)要點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)與優(yōu)化鉆爆方案。鉆爆設(shè)計(jì)是全斷面法的另一個(gè)技術(shù)要點(diǎn)。鉆爆質(zhì)量直接影響著施工的進(jìn)度，而鉆爆方案中的爆破參數(shù)要在實(shí)施過程中時(shí)刻的進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，也就是說實(shí)施鉆爆方案其實(shí)是一個(gè)動態(tài)的過程。鉆爆方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有確定掏槽形式，與炮孔相關(guān)的一系列問題，起爆方法和順序。

（2）地質(zhì)復(fù)核。一般情況下，在隧道圍巖達(dá)到一定條件時(shí)，大多會選擇全斷面法進(jìn)行隧道開挖，然后，事實(shí)上這種方法對圍巖有很大的擾動，施工方法若不能及時(shí)根據(jù)圍巖的變化而變化往往會造成重大的事故，所以若是只依據(jù)施工圖里提供的相關(guān)圍巖的性質(zhì)就確定開挖隧道的方法，會面臨更大的未知和風(fēng)險(xiǎn)。因此要想全面的掌握隧道圍巖的情況，就要對圍巖級別進(jìn)行適時(shí)的復(fù)核工作。

3．2臺階法

3．2．1適用條件

使用該種方法進(jìn)行開挖的隧道，是把設(shè)計(jì)的斷面分成多次來實(shí)行開挖，通常是2～3次。其中又包括長臺階開挖、上下臺階并進(jìn)開挖和微臺階開挖。長臺階開挖是指上臺階的超前長度大于了50m或者五倍的洞徑；當(dāng)臺階長度為3m以上5m以下則成為上下臺階并進(jìn)。微臺階開挖是指臨時(shí)支護(hù)和襯砌的閉合。

在隧道施工中廣泛采用到臺階開挖法，這種方法主要適用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖，同時(shí)還需要結(jié)合開挖斷面的不同、施工設(shè)備匹配度，圍巖穩(wěn)定的情況等各個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，在全斷面開挖和臺階開挖中選擇最優(yōu)的方式。

3．2．2臺階法技術(shù)要點(diǎn)

（1）臺階長度：臺階的長度與步距需要結(jié)合多種因素進(jìn)行相應(yīng)的考慮要求。通常情況下，Ⅱ級圍巖和Ⅲ級圍巖隧道會用到長臺階開挖的方法，為了避免工序之間相互干擾，保證進(jìn)行前后工序之間有充足空間，臺階的長度一般都會超過50m。

（2）支護(hù)要求：一般Ⅳ級圍巖和V級圍巖會有型鋼拱架的設(shè)置，為了操作和運(yùn)輸?shù)姆奖氵@些，拱架是分段來進(jìn)行加工的，其螺栓需要在現(xiàn)場進(jìn)行連接和安裝工作，確保安裝的精度，同時(shí)還要保證在上下臺階的安拱架裝時(shí)，留有足夠的空間。

3．3中隔壁法

3．3．1中隔壁法的適用條件

這種方法主要適用于部分圍巖級別Ⅳ級和所有的V級圍巖，也適用于那些淺埋、對沉降要求高、填充型斷層大或者地表有較復(fù)雜的建筑的隧道。中隔壁法又被稱為分部臺階法，采用這種方法進(jìn)行開挖的隧道面被分成左和右兩個(gè)部分。使用這種方法時(shí)，首先要從隧道的一邊按照從上到下的順序分層來進(jìn)行開挖，并完成前期支護(hù)，之后當(dāng)混凝土的強(qiáng)度的達(dá)到一定要求時(shí)，開始對另一側(cè)按同樣的方法進(jìn)行開挖。這種方法的重點(diǎn)要形成中隔壁，即在開挖另一側(cè)時(shí)保留中間的型鋼拱架加網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，同側(cè)仰拱的設(shè)置按照支護(hù)內(nèi)力與變形情況進(jìn)行，支護(hù)不一定是閉合的。

3．3．2中隔壁法的技術(shù)要點(diǎn)

（1）監(jiān)測技術(shù)要點(diǎn)：確保有專業(yè)監(jiān)測隊(duì)伍的設(shè)置，制定監(jiān)測的專項(xiàng)計(jì)劃方案，并且要保證有預(yù)警值，若是出現(xiàn)沒有事先給出預(yù)警值的情況，則可以按照施工規(guī)范的規(guī)定來設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警值。另外，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并及時(shí)進(jìn)行信息反饋，工作要保證在規(guī)定可允許的范圍之內(nèi)進(jìn)行開展。

（2）支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)：按設(shè)計(jì)要求布置好超前小導(dǎo)管，并且按要求進(jìn)行注漿工作。并且要保證有專業(yè)的技術(shù)員在現(xiàn)場對注漿施工進(jìn)行監(jiān)督，還要做好相應(yīng)的記錄，發(fā)現(xiàn)異常狀況時(shí)要及時(shí)解決，使用反流止?jié){塞。對于先行側(cè)而言，其鋼支撐的弧度為外鼓的形狀，并且該弧度要按對凈空高度的要求來進(jìn)行大小的確定。為了方便運(yùn)輸和安裝，在劃分其單元長度時(shí)需要酌情變更，一般連接形式采用栓接。按照設(shè)計(jì)要求確定安裝間距，拱腳不能懸空，禁止私自減少對縱連鋼筋和鎖腳錨桿的使用。另外，在臺階開挖的過程中，若其支護(hù)的內(nèi)力比較大，洞周變形的速度快，可以適度的增加對臨時(shí)鋼支撐的使用。

3．4交叉中隔壁法

3．4．1適用條件

交叉中隔壁法是在中隔壁法基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了改進(jìn)與發(fā)展，因此其和中隔壁法有很多的相似之處。這種方法的主要特點(diǎn)是對隧道進(jìn)行左右和上下的分部，并按順序進(jìn)行的開挖工作。交叉中隔壁法與中隔壁法的主要區(qū)別在于隧道的上部按照臺階法左右循序的掘進(jìn)，在開挖下臺階時(shí)，實(shí)行交叉和先左后右的順序，每開挖一部進(jìn)行左右交換。交叉中隔壁法適合部分Ⅳ級、V級的圍巖，這種方法同時(shí)也很適合城市地鐵的隧道開挖，因?yàn)樵摲N隧道對地面的沉降與變形的控制有很高的要求。

3．4．2交叉中隔壁法的技術(shù)要點(diǎn)

（1）支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)：先行開挖的臨時(shí)鋼支撐必須是具有一定弧度的鋼支撐單元，其加工與安裝技術(shù)要點(diǎn)可參考中隔壁法。各部分的開挖速度要考慮因?yàn)閲鷰r變形而產(chǎn)生的時(shí)空效應(yīng)，盡快地封閉成環(huán)。

（2）分部分層原則：在劃分層次和部分時(shí)，不僅僅要對圍巖變形的時(shí)空效應(yīng)進(jìn)行考慮，還要保證支護(hù)均勻受力，人機(jī)效率得到充分的發(fā)揮。通常情況下，劃分主要是依據(jù)周圍圍巖的特性和其斷面的面積來確定的，一般情況下劃分為上下三個(gè)層次和左右兩個(gè)部分。

（3）監(jiān)測技術(shù)要點(diǎn)：監(jiān)測臨時(shí)支護(hù)內(nèi)力是交叉中隔壁法監(jiān)測技術(shù)的重點(diǎn)，詳細(xì)可參考中隔壁法的監(jiān)測技術(shù)。

3.5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

3．5．1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的適用條件

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的核心思想任是將分部正臺階從大跨轉(zhuǎn)化為小跨來進(jìn)行施工。采用這種方法要首先對隧道的兩側(cè)導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，在完成對其的支護(hù)后，再根據(jù)圍巖巖土的特點(diǎn)、斷面的大小等等來開挖剩下的部分。這種方法主要適合用來開挖埋深淺、跨度大的V級圍巖和Ⅵ級圍巖。

3．5．2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的技術(shù)要點(diǎn)

（1）導(dǎo)坑斷面特性：導(dǎo)坑的形狀類似于橢圓形，導(dǎo)坑的寬度是隧道開挖斷面寬度的1/3，高度保證在其寬度的兩倍左右。

（2）開挖和支護(hù)技術(shù)的要點(diǎn)：兩側(cè)壁的導(dǎo)坑可以分別采用短臺階開挖法同時(shí)進(jìn)行，在挖循環(huán)的過程中，各部必須保證及時(shí)的完成支護(hù)工作，盡快的把封閉支護(hù)成環(huán)。該階段的施工難點(diǎn)主要是連接側(cè)壁型和拱部型鋼支撐，該連接點(diǎn)同時(shí)也是受力的關(guān)鍵位置，也就是說為了確保全斷面鋼支撐在同一個(gè)垂直面以內(nèi)，避免鋼支撐發(fā)生扭曲行側(cè)壁導(dǎo)坑鋼支撐的施工，就必須對兩側(cè)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。

3.6 中洞法

3．6．1中洞法的適用條件

這種方法主要適合用來開挖連拱的隧道，另外，對于那些埋深淺、斷面大或者圍巖軟弱的隧道而言，這種開挖方法也可以被其加以利用，但和交叉中隔壁法相比，不清楚該方法的支護(hù)受力，并且操作的工序也更加的復(fù)雜，因此除了連拱隧道以外，現(xiàn)實(shí)工程中通常很少采用中洞發(fā)進(jìn)行隧道開挖，利用中洞法進(jìn)行隧道開挖的空間順序圖2所示。

圖2 中洞法開挖順序圖

3．6．2中洞法技術(shù)要點(diǎn)

對于該方法的技術(shù)要點(diǎn)，我們主要需要注意到的是其斷面的大小和導(dǎo)洞所處的位置。中導(dǎo)洞的斷面的形狀和馬蹄的樣子十分的相似，位置位于連拱隧道里的中墻處，和中墻斷面的寬度相比，導(dǎo)洞中線兩側(cè)的寬度要多上2m左右，根據(jù)不同的情況而言，還可將中線兩側(cè)的寬度進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訉挕?/p>

4 結(jié)束語

近幾年來，在隧道的施工中有不少的事故發(fā)生，事故的原因不僅歸咎于管理的缺失，還涉及到因?yàn)檫x擇了不恰當(dāng)?shù)乃淼篱_挖方法，因此對選擇隧道施工方法和其技術(shù)控制的相關(guān)研究和分析工作就顯得十分有必要。本文通過對幾種典型隧道開挖法包括全斷面法、臺階法、中隔壁法、交叉中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中洞法幾種開挖方法的介紹，和對其技術(shù)要點(diǎn)的簡要分析，能夠?yàn)橄嚓P(guān)人士提供相應(yīng)的參考價(jià)值。

[1]葉 英．隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[M]．人民交通出版社，2011.

[2]王夢恕．地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M]．合肥：安徽教育出版社，2004.

[3]《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（TB 10304-2009）[S]．

U455.4

A

2095-2066（2016）33-0190-02

2016-11-10

劉霖超（1987-），男，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事道路、橋梁、隧道等施工工作。