隧道的开挖方式精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的隧道的开挖方式主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：隧道的开挖方式范文

关键词：黄土隧道；开挖支护；施工

Abstract: Loess tunnel is a common style in highway construction of Shanbei region. Due to its unique characteristics of loess geological surrounding rock, how to select the excavation supporting method in the construction will directly influence the engineering quality and construction economic benefits. This paper summarizes two different excavation supporting construction methods.

Key words: loess tunnel; excavation supporting; construction

中图分类号：U45 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1 前言

黄土隧道是我国西北地区高速公路施工中常见的一种隧道类型，在陕西北部黄土高原及山西等地分布较为广泛。黄土隧道由其独特的地质围岩特点，施工中采用不同的开挖支护方式将直接影响工程施工质量及工程经济效益。下面以作者施工的青兰高速陕西境某标段黄土隧道为例，对两种不同的开挖支护施工方式进行总结分析。

2 工程概况

吉家村隧道为左右分离式隧道，单洞净宽10.25米，净高7.0米，建筑限界高度5.0米。隧道左线全长2550m，右线全长2440m，隧道平面进口位于圆曲线上，出口位于直线上。该隧道属于黄土深埋隧道，其穿越黄土塬面区，最大埋深145～154m，且隧道埋深在地下水位以下，以V级围岩为主，隧道工程地质问题主要表现为黄土陷穴、落水洞、湿陷性黄土、膨胀土、滑坡、崩塌及隧道浅埋段稳定问题等。设计主要采用复合式衬砌，按“新奥法原理”，施工中严格遵循“短进尺、少扰动、强支护、严治水、勤量测、早封闭”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。

3 两种开挖支护施工方式详解

根据本隧道设计图纸及实际围岩情况，结合工程施工进度，施工中先后采用了两种不同的开挖支护施工方式，分别为“三台阶七步流水施工法”及“两台阶预留核心土法”。两种均采用机械开挖为主、人工开挖为辅的方式进行施工。

下面分别就两种不同的开挖施工作详细叙述，总结两种施工方式的优缺点以供施工参考。

3.1 三台阶七步流水施工法

施工中，将隧道整体断面由上至下划分为四个层次，隧道拱脚以上为上、中、下三台阶，拱脚至隧底为仰拱部分，施工顺序按照由上而下，左右交错分台阶开挖支护的方式进行。

首先开挖上台阶拱顶部分，对该部分进行初期支护施工，一般采用钢拱架及锚杆、钢筋网片、喷射混凝土衬砌。上台阶开挖高度由拱顶往下约1.5m~~2.0m，以满足人员操作平台空间。上台阶掘进5m左右，然后组织中部边墙跟进开挖支护，按左右顺序错开施工。上、阶依次在纵向拉开距离，再跟进下台阶左右边墙开挖支护施工，拱架支护至拱脚。最后再进行仰拱开挖支护、整个断面封闭成环，隧道断面形成稳固的环状初支结构。

施工步序图如下：

图一：上中下“三台阶七步流水施工法”施工步序图

3.2 两台阶预留核心土法

按该方法施工，隧道拱脚以上总体为上、下两个台阶，拱脚至隧底为仰拱部分，施工顺序仍按照由上而下的顺序进行，但在上台阶开挖时，先对隧道环向部分进行开挖支护施工，预留掌子面前核心土，核心土预留不宜过大，环状开挖部分宽度约1m，以便于进行挖掘机操作施工，减少人工开挖量。待环向施工支护完毕，再行挖除核心土，然后分左右边墙交替开挖支护施工。最后进行仰拱开挖，封闭成环施工。

施工步序图如下：

图二：上下“两台阶预留核心土法”施工步序图

3.3两种施工方式的异同点分析

这两种不同的方式，经实际应用，均能够有效满足黄土隧道开挖支护施工需要。其共同的特点是均以机械开挖为主、人工配合为辅的方式进行施工，隧道拱脚以上2~3m范围的边墙开挖支护及隧底仰拱开挖支护中，两种施工方式基本相同。其显著的不同点在于隧道上半断面的施工。具体到实际施工中有如下几点：

⑴三台阶施工法，上半断面按上下分两个台阶，开挖分两次进行，拱架支护及喷射混凝土施工需要施作两个循环；而预留核心土法施工，上半断面按环向分内外两个层次，开挖分两次进行，拱架支护及喷射混凝土施工则在环向土方开挖后一次完成。

⑵三台阶施工中，单次土方开挖量较小，而预留核心土施工时，由于边墙一次开挖至拱脚以上约2~3m位置，故环向开挖土方量较大，开挖难度亦增大。

⑶三台阶拱架支护在上半断面分三次进行，单次拱架支护难度小，喷射混凝土施工量小，边墙部分工序循环次数相应增多；预留核心土法施工，一次拱架支护周长增加，支护时间长，喷射混凝土量大，但总体循环次数仅一次，总体作业时间较之前者缩短。

⑷三台阶开挖时能将拱顶至拱腰部位及时进行初期支护施工，有利于隧道拱顶范围的施工安全，但整体看，由于开挖支护循环次数的增加，对隧道土体扰动次数相应增加，由边墙分次开挖引起的拱顶施工沉降量明显变大，拱架上下难以连接圆顺；而预留核心土法施工，拱架一次支护加大后，能减少开挖支护循环次数，同时拱架连接线形易于控制，其垂直度也较前者有较大提高，同时也避免了多次边墙土体扰动而形成的施工拱顶沉降。故三台阶施工要求的隧道预留变形量一般情况下明显大于预留核心土法的预留沉降量。

4黄土隧道开挖施工的控制点

在两种不同的开挖支护施工中，黄土隧道较之一般岩石隧道，控制点关键在于以下三个方面：

5.1充分考虑预留沉降变形量

黄土隧道因其围岩软弱，绝大部分为老黄土，部分为膨胀土，开挖后，围岩自稳能力差，因此容易产生拱顶下沉，同时边墙向内收敛变形等现象。这就要求开挖支护施工中充分考虑预留沉降变形量，可以采取扩大开挖轮廓线，加大拱架支护半径的措施来确保后续二衬施工空间及支护结构尺寸。考虑沉降变形量主要分两个部分，一部分是施工开挖时，由于土体扰动，边墙拱架与拱顶顺接的过程中产生的沉降变形；另一部分是初期支护完成后，二衬施工之前，由于隧道山体围岩本身的自然压力，向内挤压产生的沉降收敛变形。

在实际施工中，黄土隧道开挖后至二衬施工前的沉降变形量局部能达到30cm，按正常施工工序，开挖后初期支护要及时，二衬与掌子面距离控制尽量在50m以内。因此预留变形量是关键控制点之一。

5.2初期支护拱架锁脚锚杆施工

在黄土隧道中，拱架支护一般采用刚性的型钢拱架，确保型钢拱架支护作用的关键点在于锁脚锚杆。一般设计中，锁脚锚杆与拱架之间连接采用焊接方式。在实际施工中，锁脚锚杆可以在外露端头加工成“L型”，将直角弯钩部分穿过拱架工字钢腹板。这样能有效避免因焊接不到位而导致锁脚锚杆失效，增强拱架的稳定性。经喷射混凝土施工后，锁脚锚杆能与钢拱架形成有效的整体支护体系，控制初期支护变形。

5.2隧道掌子面排水

黄土隧道在开挖过程中，掌子面的排水施工是重要的控制点之一。在含水量较大的地段，需要进行预排水及开挖后排水。所谓预排水，即在开挖之前，将掌子面土体中的水通过插入管预先导出，一般采用钻孔花钢管做导流管。

在二衬施工完成前，掌子面及初期支护段，均可能出现不同程度的渗水，甚至形成细流，可以采用集中导排的方式将其及时引入排水沟，排出洞外。严格控制因掌子面及拱脚因积水浸泡而导致围岩松软、初期支护变形。

5 两种施工方式的适用范围

两种开挖支护方式均能较好地应用于黄土隧道施工中，但也存在一定的差别。具体地讲，对于围岩土质含水量较小的地段，预留核心土法施工既能确保施工安全质量，又能减少边墙支护次数，单个工作日内施工循环增加，施工进度比三台阶法明显加快。但对于稳定性较差、且含水量较大的地段，三台阶施工一次开挖范围小、支护时间短，能更好地确保施工过程中的安全。

在笔者所施工的隧道中，上述两种施工方式都得到了应用。比较来看，在施工组织连贯紧凑的前提下，预留核心土法日均可作3.5个施工循环，掌子面月进尺最快能达到100米，而三台阶施工月进尺约90米,。因此预留核心土法更能缩短工期，提高工程经济效益。

6 结语

黄土隧道的不同于一般岩石隧道，其最大区别就在于开挖初支施工，分析上述两种不同的施工方式，目的在于进一步加深其特点认识，希望有助于同类型隧道施工参考借鉴。

参考文献：

第2篇：隧道的开挖方式范文

【关键词】隧道；浅埋段；开挖；支护

中图分类号： U45 文献标识码： A

前言

文章对隧道浅埋段开挖技术进行了介绍，对隧道浅埋段支护方法进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对隧道浅埋段开挖及支护技术进行了探讨。

二、工程概况 以某段地铁隧道上一隧道建设工程洞口进洞方案中的洞口开挖及支护为例，隧道长度属于中长范围内，具体为1151米。隧道洞顶埋深达16米，隧道洞口地段周围岩体均属Ⅱ类，地表土质含有碎石土、填筑土和低液限黏土，其厚度约为0.5米至3.5米之间，基岩构成主要以凝灰岩为主。强风化带厚度约在4.8至8.0米范围内，由于网状风化裂隙发育原因，岩体体现松散，存在风化裂隙发育现象，岩体外形结构特点为呈碎、块状镶嵌结构，其稳定性不强。隧道地下水形状大部分为滴水状，地质条件比较单一。

三、浅埋偏压段支护施工的总体思路 1、地表加固，防止地表土体顺坡溜塌，封闭地表裂隙，防止地表水向洞内下渗，坡面设泄水孔将覆盖层岩体内水引排出去，便于固结土层，增加稳定性。其目的是加固拱腰以上土层，减小（弱）围岩对洞身结构的偏压荷载。 2、洞内加强支护，提高结构的刚度和抗倾覆能力。 3、进行超前预支护，减少超挖量，防止掌子面的坍塌。 4、针对围岩地质条件改进开挖方法，尽量减少对围岩的扰动，缩短工序的循环时间，尽快闭合初期支护钢架。减少围岩变形收敛的幅度，提高初支和围岩共同受力效应。 5、偏压严重地带采取回填反压措施，减弱围岩对结构的偏压力。

四、隧道浅埋段开挖及支护技术

隧道开挖要遵循确保最大程度不对围岩造成扰动前提下选择符合隧道工程特点的开挖以及挖掘的办法，并有利挖掘施工的快速进行。即不仅对隧道所处位置的地质条件、周围环境进行了解，还要对隧道周围岩石坚硬程度进行掌握，在此基础上，选择一种既能适应隧道地质条件及其变化又有利于挖掘进度推进的开挖以及挖掘方式，并尽量不对隧道周围岩体造成干扰。隧道开挖方法从广义上来讲指的是开挖成形的方法。开挖方法按照隧道横断面分布状况来看，可以分为台阶开挖法，全面开挖法以及留核心土台阶开挖法等。下面我们将会结合实际案例，主要对台阶开挖的应用进行详细分析。台阶开挖法指的是，将隧道设计断面以上半断面与下半断面进行划分，再一个断面一个断面的进行开挖成型。对于III、IV级围岩并且含软弱夹层带或节理发育地段采用台阶开挖法最为适宜。

1.支护原理

由于隧道开挖断面大，洞口处岩体风化十分严重，土体松散，洞口开挖面极易发生坍塌，施工进洞困难。采用大管棚超前支护施工技术对洞口段堆积体进行注浆固结然后再开挖，这样可以有效保证洞口边仰坡稳定，而且使开挖轮廓线外圈形成棚幕和一层壳体，从而大大增加了进洞施工的安全性，确保顺利进洞。大管棚超前支护技术支护原理如下：

注浆管棚通过注浆填充围岩裂隙，提高围岩的强度和刚度，从而提高围岩的整体承载能力。通过向围岩注浆形成的加固圈起到“承载拱”的作用，支承“承载拱”上部的岩层重量，使拱内部的围岩与支护系统处于免压状态，拱内部的围岩与支护系统受到的力仅是由于拱向隧道方向的变形引起的形变压力，当管棚为惯性力矩较大的厚壁钢管，且沿隧道开挖轮廓线周密布置时，加固圈的变形较小，因此，隧道支护结构所承受的上部荷载大大减小。另外，在管棚进口端加套拱基础，另一端深入到隧道围岩较为完整、坚硬处，这样可以对上部的破碎软弱围岩形成一个稳定的“简支梁”支撑结构，此简支梁可承受上部松动压力或者传递上部荷载的作用。

2.隧道开挖 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的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法和掘进方式时，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的方法和方式。隧道开挖方法实际上是指开挖成形方法。按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、留核心土台阶开挖法、分部开挖法等。台阶开挖法，一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型，也有采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。台阶法适用于III，IV级围岩且含软弱夹层带或节理发育地段。根据围岩的破碎程度，台阶法又可分为长台阶法、短台阶法、超短台阶法。分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故可称为导坑超前开挖法。常用的有上下导坑超前开挖法、上导坑超前开挖法、单（双）侧壁导坑超前开挖法等。

3.隧道支护隧道支护方法有很多，包括锚杆支护、钢支撑、注浆导管超前支护以及管棚超前支护等，本文主要研究注浆导管超前支护以及管棚超前支护两种方法。 （1）隧道浅埋段注浆导管超前支护。在超前支护方法上，超前注浆导管与超前锚杆的施工原理以及作用基本相似，其原理可以分为三种，即联结、组合以及整体加固原理；而被灌入地层的浆液将以渗透、填充以及密挤的方式挤走岩石缝隙中的土颗粒以及空气后而充实岩石缝隙，将原本疏松的土粒胶凝结形成一个完整的整体，经一定时间后原本松散的岩体将变得更加坚固，形成刚度更大、防水性能好的土层加固圈，从而增强了岩土体的稳定性。 （2）隧道浅埋段管棚超前支护。管棚施工方法适宜应用于较难成拱的岩土体地层。其指的是在对隧道进行开挖之前，在掌子面前方地层里将浆液注入并冷冻，随后将钢管、锚杆、钢板等打入，使拱形连续体于隧道横断面上形成，并对开挖面前面地层起到加固作用，同时通过其自身支撑力为前方土体的稳定性提供保障，降低地表沉降量的技术的总称。通过相关研究证明，围岩注浆加固对其强度以及变模量具有提高的作用，从基本上对围岩的变形进行改善。

(3)锚杆支护 在岩土体中打入锚杆，能约束岩土体的变形，并通过向围岩施加压力，使原来处于二轴应力状态的洞室内表面的围岩保持三轴应力状态，从而阻止了围岩体刚度的恶化，尤其是松动区内围岩的刚度。通过在岩土体中的系统锚杆的作用，在岩土体中形成了被约束变形的岩土体加固圈，形成了能够承受外部荷载的岩土体承载拱，与岩土体共同承受外部荷载，增强了岩土体的稳定性。

结束语

隧道浅埋段开挖及支护施工时一个非常复杂的工程，要求对于施工中的一些细节问题有良好的处理，不然将会让工程质量大打折扣，需要施工人员重点注意。

参考文献

第3篇：隧道的开挖方式范文

关键词：隧道；开挖；台阶法；锚杆；超前管棚支护

Abstract: the highway tunnel is under complicated geological conditions of engineering, it is formed by natural geological condition such as ground stress, geological and physical parameters, such as groundwater, fault factors and artificial excavation operation such as excavation method, supporting way, has great influence on such factors as supporting time. Because the tunnel geological environment is different, the stability of surrounding rock characteristic is different also, therefore supporting ways and that should be adopted in the excavation way also is different. This article first introduces several methods of tunnel construction, and then, with emphasis on the new Austrian method, discussed in detail the construction technology in tunnel excavation and the supporting points.

Key words: tunnel; The excavation; The steps; Anchor; The pipe roof support in advance

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

常用的隧道施工方法

（一）矿山法

凡采用一般开挖地下坑道方法修筑隧道的都称为矿山法。矿山法施工的基本原则是：少扰动、早支撑、恒撤换、快衬砌。其基本施工方法有漏斗棚架法、反台阶法、正台阶法、全断面开挖法、上下导坑先拱后墙法、下导坑先导后墙法、品字形导坑先拱后墙法、侧壁导坑法。

（二）盾构法

盾构法，是以盾构这种施工机械在地面以下开挖隧道的施工方法，盾构是一个既可以承受地层的压力，又可以在地层中推进的活动钢筒。它能够一次成型，减少对围岩体的重复扰动，全过程可实现机械化。

（三）新奥法

新奥法，即新奥地利隧道施工方法的简称，新奥法概念是奥地利学者于20世纪50年代提出的，它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。新奥法施工的基本原则是: 少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭。

本文将主要探讨新奥法隧道开挖及支护施工技术。

高速公路隧道开挖的施工技术

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的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法和掘进方式时，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的方法和方式。采用新奥法，隧道开挖有以下几种方式：

（一）全断面开挖法

全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，再施作做衬砌的施工方法。其施工工艺流程见图1。

图1全断面法施工流程图

施工中应注意以下要点：

1、施工时应配备钻孔台车或台架及高效率装运机械设备，以尽量缩短循环时间，各道工序应尽可能平行交叉作业，提高施工进度。

2、使用钻孔台车宜采用深孔钻爆，以提高开挖进尺。

3、初期支护应严格按照设计及时施做。

4、为控制超欠挖，提高爆破效果，有条件时可采用导洞超前的方法进行全断面开挖。

（二）台阶法

台阶开挖法，一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型，也有采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。台阶法适用于⋯lV级围岩且含软弱夹层带或节理发育地段。根据围岩的破碎程度，台阶法又可分为长台阶法、短台阶法、超短台阶法。由台阶法变化而来，上台阶超前倍洞跨，主要应用在采用短台阶法开挖遇到土质、涌水、掌子面坍塌等段落。其施工流程图见图2。

图2台阶法施工流程图

施工中应注意以下要点：

1、根据围岩条件，合理确定台阶长度，一般应不超过1倍洞径，以确保开挖、支护质量及施工安全。

2、台阶高度应根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确定。

3、上台阶施作钢架时，应采用扩大拱脚或施作锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形。

4、下台阶应在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖。当岩体不稳定时，应采用缩短进尺，必要时上下台阶可分左、右两部错开开挖，并及时施做初期支护和仰拱。

5、施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工应减少对上部围岩、支护的扰动。

6、上台阶开挖超前一个循环后，上下台阶可同时开挖。

（三）光面爆破

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。光面爆破中的要点如下：

放样布眼

钻眼前，测量人员要用红油漆准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。

第4篇：隧道的开挖方式范文

关键词：公路隧道 新奥法 开挖与支护

中图分类号：X734文献标识码： A

引言

隧道是处于复杂地质条件下的建筑工程，它受天然形成的地质状态如地应力、地质物理参数、地下水、地质断层等因素和人工开挖操作如开挖方式、支护方式、支护时间等因素影响很大。由于隧道所处的地质环境不同，其围岩稳定特性也不同，因此应采用的支护方式和开挖方式也就不一样。目前隧道的开挖方式主要有全断面开挖方法、台阶法、台阶分部开挖法、导坑法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。本文重点分析了公路隧道的新奥法开挖与支护技术。20世纪60年代提出的新奥法施工方法，目前已成为地下工程的主要设计施工方法之一。从70年代以来，我国在地下工程的各个领域中，广泛推广渊源于新奥法隧道施工概念而发展起来的现代支护新技术―喷锚支护，至今无论在理论研究还是在工程实践中都己经有了长足的进步。

1.1新奥法隧道施工的主要特点有：①隧道施工的概念与传统的支护理论不同，新奥法的主要原理，可解释为这样一种概念，即将隧道断面周围岩石从荷载的发生者转变为承载者。②既能有效地支护围岩，同时又允许围岩变形。新奥法认为，先施做薄的辅助混凝土衬砌，监测其变形过程，待变形达到稳定状态后才可修筑永久性支护。③锚喷支护应用于破碎岩体，锚杆支护的传统概念是锚杆只能用于锚固隧道上部有可能脱落的岩石，而不能用于节理发育的破碎岩体之中。④变形动态与监测施工，新奥法通过围岩压力释放来实现二次平衡，因此通过测量围岩和支护变形动态，控制隧道稳定是新奥法的核心内容。

1.2新奥法适用范围 ① 具有较长自稳时间的中等岩体； ② 弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩； ③ 强风化的岩石； ④ 刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩； ⑤ 坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土； ⑥ 微裂隙的，但很少粘土的岩体； ⑦ 在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石； 在下述条件下新奥法必须与一些辅助相配合 ① 有强烈地压显现的岩体； ② 膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）； ③ 在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合； ④ 在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合； 在下列场合中应用应慎重 ① 大量涌水的岩体； ② 由于涌水会产生流砂现象的围岩； ③ 极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体； ④ 开挖面完全不能自稳的岩体等。

2 隧道开挖

2.1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的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。即在选择开挖方法和掘进方式时，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的方法和方式。

2.2隧道开挖方法实际上是指开挖成形方法。按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、留核心土台阶开挖法、分部开挖法等。台阶开挖法，一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型，也有采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。台阶法适用于IV、ゼ段а仪液软弱夹层带或节理发育地段。根据围岩的破碎程度，台阶法又可分为长台阶法、短台阶法、超短台阶法。由台阶法变化而来，上台阶超前倍洞跨，主要应用在采用短台阶法开挖遇到土质、涌水、掌子面坍塌等段落。特点是施工调整不大，在遇到短距离围岩变化时可优先采用，能较快提高施工的安全性，但工序增多，进尺较短(一般不超过1m)。分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故可称为导坑超前开挖法。常用的有上下导坑超前开挖法、上导坑超前开挖法、单（双）侧壁导坑超前开挖法等。

2.3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。

3 支护方法

3.1 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。

3.2 锚杆支护。在岩土体中打入锚杆，能约束岩土体的变形，并通过向围岩施加压力，使原来处于二轴应力状态的洞室内表面的围岩保持三轴应力状态，从而阻止了围岩体刚度的恶化，尤其是松动区内围岩的刚度。通过在岩土体中的系统锚杆的作用，在岩土体中形成了被约束变形的岩土体加固圈，形成了能够承受外部荷载的岩土体承载拱，与岩土体共同承受外部荷载，增强了岩土体的稳定性。

3.3 挂钢筋网。钢筋网通常是与锚杆连接在一起使用的，由于锚杆布设有一定的间距，而锚杆约束作用之间的岩土体就非常薄弱，易发生坍落，为此在锚杆之间用钢筋网连接，可以使松散的岩土块体处于三轴应力状态中，保持稳定作用。同时锚杆之间相互连接，减小了由于单个锚杆失效，造成局部坍落的可能性。

3.4 钢支撑。钢支撑是利用支撑结构自身的刚度来稳定岩土体，控制岩土体的变形，一般在工作面开挖完成后，按设计间距立刻安装，这样能够充分发挥钢支撑的作用，稳定岩土体。钢支撑主要用于岩土体自身稳定性极差的地层，通常有两种形式，一种是用钢筋制作的格栅钢架结构，另一种是用型钢制作的工字钢支撑。并且钢支撑经常与喷射混凝土、锚杆、钢筋网同时使用，以确保岩土体的稳定。

3.5 注浆导管超前支护。超前注浆导管在超前支护方法上其作用类似于超前锚杆，纵向支撑松散的岩体，在隧道开挖的开挖轮廓线施做，由后部的钢支撑和前方未开挖部分岩土体支撑起中间部分的岩土体，起纵向梁作用。同时由于通过对导管内注浆和砂浆锚杆注浆，浆液将进入岩土体的裂隙中，形成刚度较大的土层加固圈，提高了岩土体的稳定性。这种方法对于裂隙发育的块状岩体效果为佳，超前注浆导管的对岩土体的注浆加固作用较超前锚杆效果要突出。由于向岩土体内注入了浆液，填补了岩土体中裂隙，不但提高了岩上体的力学性能指标，同时起到了防水的作用，地下水往往会降低围岩等级，易使岩体失稳，发生坍塌，因此，这种方法对于含水地层的支护加固效果尤其显著。

3.6 管棚超前支护。管棚施工方法主要用于岩土体的成拱效果极差的岩土体地层，这种地层由于地层自重，产生较大的岩土体侧向压力，隧道内会发生纵向的坍塌，引起前于地层自重，产生较大的岩土体侧向压力，隧道内会发生纵向的坍塌，引起前方地层的陷落。为确保进洞的安全，首先在洞口部位施工管棚，采用直径较大的钢管超前布置在开挖的外轮廓线，超前的距离较大，形成纵向钢梁的作用，可以有效的减小由于岩土体自重产生的侧向压力，稳定前方地层。

4 结语

新奥法施工目前己成为地下工程的主要设计施工方法之一，以其为指导的开挖、支护方式在不同的围岩级别中有着较大的区别。新澳法施工在我国推广以来，经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，在修建下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，应用新奥法远离及其相应的技术，取得了较大的成就。本文主要分析公路隧道的开挖与支护，以期能够促进公路隧道动态信息化施工发展。

第5篇：隧道的开挖方式范文

关键词：市政隧道；上跨地铁；爆破；减振

1工程概况及地质条件

随着我国经济迅猛发展，城市将更多的向地下空间发展，地下铁路、地下公路隧道的建设日益增加，地下工程建设相互影响也越来越严重。本工程包含了城市浅埋隧道群的施工，分为管廊隧道、机动车隧道（双联拱）、非机动车隧道。管廊隧道、机动车隧道上跨运营中的地铁线路，且距地铁线路最小净距4.1m，因此对地铁线路造成多次扰动，工程施工环境复杂、施工风险极大。

该段隧道属丘陵地貌单元，整个场地地势高低起伏，变化较大，总体是中部高，两侧和南部低，中部地面高程一般28.3-34.89，场地东、南和西部地面高程一般15.37-17.03m。由地表向下地层依次为杂填土、粉质粘土、粉土、残积土、强风化闪长岩、中风化闪长岩、强风化角砾状灰岩、中风化角砾状灰岩。该隧道处在强风化闪长岩、中风化闪长岩、中风化角砾状灰岩中，隧道岩性较硬，开挖困难。

结合隧道实际情况，开挖选用爆破开挖，为保证施工安全，采取了爆破减振技术确保隧道及地铁安全。

隧道之间关系：管廊及机动车隧道在K1+930.7-K1+953.4段范围与地铁1号线中心线相交。各隧道与地铁1号线的平面关系见图1-1所示。上跨地铁段个隧道之间关系见图1-2所示。

图1-1 红山南路隧道与地铁1号线平面关系图

图1-2 上跨地铁段个隧道之间关系

2采用微震爆破暗挖施工的特点和优势

2.1特点

（1）隧道采用的爆破方法与传统钻爆开挖的施工方法有所不同，它利用爆破减振孔技术，可有效保证已完工（既有）隧道的稳定，确保安全。（2）隧道施工中利用隧道底部超前小导管注浆支护+底部减振孔设置，结合电子延期微震爆破施工方法，分区开挖，有效解决了底部围岩应力改变爆破振动对既有结构扰动的问题。（3）采取爆破减振措施，调整开挖方法，降低了隧道群之间爆破振动过大造成的质量隐患，有效降低施工成本，加快工程进度。

2.2优势

（1）采用纯爆破开挖，对运营中地铁线路安全得不到保证，如造成地铁线路结构受损，影响不可估计。采用爆破减振措施，结合了爆破+机械开挖的综合方式，比纯机械开挖效率提高1/3，成本降低了20%。（2）隧道群由于埋深浅、主洞断面大、且上跨运营中地铁线路，采用明挖法施工土方卸载安全风险较大，采用明挖法施工（土方开挖约11.2万m?）比采用暗挖法施工（土方开挖约4.5万m?）土石方工程量增加约2.5倍，深基坑支护工程量大、增加的道路工程造价比暗挖法高约1倍。（3）采用暗挖隧道形式，保护现有山体及绿化不受土方施工破坏，节省了土方施工机械投入，防止土方开挖破坏周边环境，创造绿色施工，环保施工有着重要意义。

3爆破开挖施工要求

3.1 开挖施工

隧道在K1+926.44—K1+955.05段上方穿过地铁1号线，且垂直间距仅4.14m（见图1-2所示）。实际施工中地铁位置的监测爆破振动速度要求在2.0cm/s之内，为确保隧道过地铁段的施工安全，具体开挖施工要求：

（1）合理安排隧道施工顺序。先施工一条隧道的初支及二衬，待二衬穿过地铁后，再进行相邻隧道的仰拱开挖、初支，相邻隧道之间开挖掌子面距离不少于2倍洞径，二衬距离掌子面不少于2倍洞径。

（2）严格按设计要求在仰拱开挖前施工注浆小导管，待小导管注浆强度达到设计要求后，再进行开挖洞身施工；后施工隧道侧仰拱超前小导管施工至拱腰位置。

（3）隧道开挖均应采用短台阶开挖，严格控制进尺并应及时封闭成环。隧道下台阶尽量采用机械开挖，并减少循环进尺，每循环进尺0.5m，局部需要爆破的采用微震爆破，尽量减少对仰拱围岩的扰动，。具体按照要求选择开挖方式：①若遇隧道掌子面岩体较破碎，则上台阶采用机械掏槽开挖，对于机械施工较困难的周边采用小药量的光面爆破进行开挖。下台阶则采用机械开挖方式。②若遇掌子面岩体完整性较好，强度高，机械无法进行开挖时，则上台阶采取如下的施工措施进行爆破松动，下台阶则仍然采用机械开挖方式挖。

（4）及时仰拱封闭及衬砌：隧道开挖应遵循“快进洞、早探明、短解除、弱爆破、早成环、紧二衬”及早稳定隧道，具体操作要求：①设置下台阶减振孔：沿隧道下台阶开挖底部继续钻凿减振孔，钻孔直径一般为100mm，孔中心间距40cm，每次施工长度10m左右，其搭接长度不小于开挖进尺的6倍，即3m，若长度不足3m则继续钻凿。②设置上台阶减振孔：隔离上、下台阶岩体。沿上台阶开挖底部增设3排爆破空孔，孔径100mm，孔深每次5m左右，呈三角配置，孔中心间距为40cm，排中心间距40cm，在三角区钻凿40mm装药孔，孔深1m，该100mm空孔长度搭接长度不小于2倍的开挖进尺，即1m。③减振带形成：短进尺：按50厘米的循环进尺考虑；小药量：每孔装药150至200克，即一卷药；多段别雷管引爆，减少最大段药量：2-13段共12个段别；分次爆破，减少每次爆破总药量；采用不偶合装药：即采用小直径药卷，增大不偶合系数，降低爆破对岩壁的初始应力。利用上台阶底部3排爆破减振空孔，采用小药量逐孔分段爆破，将空孔爆破连通，形成隔离带，以减少上台阶爆破的振动对地铁的影响。④分层剥离：减震带形成后，以减震带为基础，上台阶以减振带为临空面，间、排距40厘米进行布孔，采用小药量逐孔分段分二次爆破上台阶岩体形成龟裂裂纹，以便机械凿除。由于减振孔设置及减震带已经形成，爆破地震波传递介质已经消除，在分层剥离爆破作业的施工速度可适当加快。（注：龟裂也称网裂，裂缝与裂缝连接成龟甲纹状的不规则裂缝，且其短边长度不大于40cm。）⑤光面爆破：分层剥离后，隧道设计轮廓线范围内周边采用设置减速震孔的微震光面爆破：周边孔装药间距40cm，在两装药孔间增设一空孔，以增强光爆效果并减小爆破震动。爆破后采用机械配合人工进行周边清理至设计位置。

图3-1 隧道群断面示意图及爆破开挖程序图

图3-2 工艺流程图

3.2 爆破实施

为了有效控制隧道开挖时的超欠挖和达到预期循环进尺，分部开挖、台阶开挖以及全断面开挖需有完事详细的钻爆设计。采用工程类比法和理论相结合的形式，为了减轻对围岩的扰动以达到理想的爆破效果，根据现场监测的数据和围岩实际情况，及时修改爆破参数，优化爆破施工组织实施计划。考虑到隧道施工距地铁较近，同时为确保地铁结构及运营的安全，经专家论证结果，锁定对地铁顶的爆破震动值按不超过2.0cm/s控制。

①爆破器材的选择

用Φ32㎜2#岩石乳化炸药。在施工进根据情况，将其现场加工成直径Φ22㎜的细药卷，隧道爆破采用塑料导爆管和毫秒雷管起爆系统。

②掏槽选用直眼掏槽

通过预先钻凿的减振孔作临空面，采用直眼进行掏槽。

③典型断面光面爆破参数设计：

1）炮眼深度

L周边孔=0.5m，L下部孔=10m，L掏=1.0m，L辅=0.5m，L周=0.5m。

2）辅助眼间距

a=40㎝

3）周边眼间距

E=40㎝

4）抵抗线

W=1×E=40㎝

5）周边眼装药集中度q（V级围岩取0.2kg/m）

q=0.2kg/m

6）堵塞长度的计算

L0=0.5×40=20㎝

堵塞材料采用黄泥堵塞，避免发生冲炮。掘进眼可取23～28㎝。

7）装药结构

装药结构分为偶合装药和不偶合装药，在施工过程中，采用不偶合装药结构形式，其优点是可以降低大块率，降低炸药消耗量。周边眼均采用间隔装药形式，较为完整的软弱岩层采用集中装药形式。

不偶合系数：

n=D/d=42/22=2

式中：D-炮眼直径，㎜；d-炸药直径，㎜。

8）单孔装药量

掏槽眼：Q掏=0.15kg，辅助眼：Q辅=0.2kg，周边眼：Q周=0.2kg

3.3 爆破安全校核

为确保隧道上方和周边建筑物的安全，隧道爆破施工时，采用短进尺，弱装药爆破开挖，将爆破产生的各种危险因素加以控制把用药量和爆破振速控制在国家规定的要求。

爆破震动安全用药量计算，按照公式：Q=（R/（K/V）1/α）m，进行。

式中：Q—最大一段装药量：kg；R—隧道最浅埋深，m；V—爆破地震安全速度：㎝/s，根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定，由于隧道上方有砖房、非抗震的大型砌块建筑物，所以V取2㎝/s；K、α—与地形、地质条件有关的系数和衰减系数，查《爆破安全规程》（GB6722-2003），表5，K取300，a=1.9；m—药量系数：查《爆破安全规程》（GB6722-2003），m取1/3。

图3-3 隧道隔离区（第一次）爆破示意图

4 施工监测控制

4.1 爆破震动现场监测结果

通过监测，掌握爆破对邻近结构物的影响程度，用以修正钻爆设计。我国《爆破安全规程》中衡量爆破地震效应强弱的物理量是爆破质点震动速度，因此，采用爆破质点震动速度作为观测物理量。根据国内外实测经验，爆破近区垂直向震动大于水平向震动；爆破远区水平向震动大于垂直向震动。因此，测试布点方法为，近区以垂直向为主，试爆阶段按测线布置点，一般布3～5点。正常施工阶段只对重点建筑进行跟踪监测，按监测对象选择最大危险点布置测点，不仅测垂直向，也根据不同建筑物测水平向震动。为了避免地铁运行过程中产生振动的误触发，仪器触发值设在0.5cm/s。

4.2 隧道监测内容

监控量测项目可分为必测项目和选测项目，必测项目为开挖施工必须进行的量测，其中包括：地质及支护状况观察、水平收敛、拱顶下沉、地表下沉量测、地面建筑爆破振动监测、锚杆轴力（或拉拔力）、与地铁相交段的监测；选测项目是为未开挖地段的设计及施工计划提供数据而进行的量测项目，其中包括：锚杆内力及抗拔力、衬砌应力量测、钢支撑应力量测。

4.3 监控信息反馈

监测信息主要包括：关键性的施工监控量测数据；巡视信息（包括周边环境巡视信息、支护体系巡视信息、开挖面巡视（地质状况观察及描述）信息等）；按照《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）设立预警机制，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比），及时分析各项监测数据，如发现异常情况及时反馈，及时采取安全处理措施或调整开挖方式。

第6篇：隧道的开挖方式范文

关键词：客运专线；隧道；施工技术

中图分类号：U455文献标识码：A

随着国民经济的迅速发展和技术水平的不断提高，为了增加火车的运输能力，大量建设客运专线，全面提高了客车和货车的运行速度。同时客运专线铁路以其运行速度高、线路要求平直、安全舒适、节约时间等特点，比其他交通工具有更多的优越性。

客运专线穿越山区，为保证其运营平顺性，势必穿山为隧。近年，客运专线发展很快，隧道也日新月异，综合隧道工程的特点，主要体现在如下几个方面：

一、客运专线铁路隧道的特点

1、客运专线上的隧道不同于一般的铁路隧道，当高速列车在隧道中运行时会遇到空气动力学的问题，主要表现为空气动力学效应所产生的新特点及现象。

2、客运专线隧道的横断面较大，受力比较复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制，由于复合衬砌和整体式衬砌比喷锚衬砌安全，且永久性好，所以主要采用复合衬作为支护结构。

3、高速铁路对隧道底部的强度要求高，且高速铁路隧道的断面跨度较大，因此要求高速铁路隧道铺底厚度不低于30cm.

二、隧道工程施工

高速铁路隧道施工复杂，具有以下施工特点：①除围岩的整体性外，围岩自身强度对高速铁路大断面隧道施工方法的确定、隧道的稳定与安全有较大影响；② “紧支护、勤量测”更为重要； ③对于洞口段、浅埋段、破碎带、堆积体、黄土隧道应坚持“断面化大为小、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭、衬砌紧跟”的原则。

隧道施工方法要根据断面面形状、隧道长度、工期、地质、涌水、周围环境等条件综合确定。选择合适的施工方法要注意以下几方面：、地形、地质的特殊性，如洞口段、埋深小的地段等；、是否有限制条件，如对地表下沉的限制等；、必要时要与辅肋工法配合；

、要尽量采用能够避免围岩松驰的施工方法，如在泥岩中采用机械开挖等；、因上部断面扁平不能长时间放置，开挖后要及时用临时仰拱封闭。

1、洞口边仰坡施工

首先完成山顶截水沟等防护排水系统，然后根据施工图纸进行边仰坡开挖，开挖以机械开挖为主，困难时辅以小型松动爆破。坡面边开挖边施做锚喷挂网支护，开挖至设计标高时，要及时完成所有坡面防护工作。

2、明洞施工

明洞开挖应与仰坡开挖同步进行。明洞衬砌采用钢模台车作内模，脚手架固定钢模板作外模，混凝土输送泵泵送砼。当拱圈混凝土达到设计强度的70%以上后，拆除内外支模。拱圈背部用砂浆找平，按要求施作甲种防水层，敷设多点复合EVA防水板并应粘贴紧密，相互错缝搭接良好，搭接长度不少于100mm，并向隧道内拱背延伸不少于500mm，伸入甲种防水层20cm，再涂抹水泥砂浆层。

明洞回填采用两侧对称法，分层夯实，每层厚度不得大于0.3米,回填至拱顶齐平后，再分层满铺填筑至要求高度。拱背回填按设计要求做粘土隔水层，并与边仰坡搭接良好，防止地表水下渗影响回填体的稳定。

3、洞门施工

洞门基础开挖采用机械开挖为主，辅以松动爆破，人工配合清底。洞门端墙采用12.5#浆砌片石砌筑，12.5#砂浆勾缝。

4、 隧道洞身施工

（1）主要开挖方法

根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，钻爆法仍然是中国目前应用最广、最成熟的隧道修建方法。因施工中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖而得名。从隧道工程的发展趋势来看，钻爆法仍将是今后山岭隧道最常用的开挖方法。依坑道开挖后的支护方法，大致可以分为钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支护两类。

人们习惯上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。新奥法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”。

（2）主要开挖形式

隧道施工就是要挖除坑道范围内的岩体，并尽量保持坑道围岩的稳定。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的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。

隧道施工中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一、因此，在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法。

隧道开挖方法实际上是指开挖成形方法。按开挖隧道的横断面分部情形来分，客运专线隧道开挖常用的方法分为全断面法、台阶法、CD工法、CRD工法、双侧壁导坑工法，从工程造价和施工速度考虑，施工方法选择顺序应为：全断面法正台阶法台阶设临时仰拱CD工法CRD工法眼镜工法；从施工安全考虑，顺序正好反过来。如何选择合适的开挖方法，应根据实际情况综合考虑，在工程造价、施工进度、施工安全等各方面求得平衡。

全断面开挖法

全断面开挖法是指将整个隧道开挖断面一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序使用移动式钻孔台车或多功能台架，全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车退后至安全地点再起爆，一次爆破成型，出碴后对整个开挖轮廓进行初喷，钻孔台车或多功能台架再推移到开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时，利用支护台架全断面施作剩余初期支护工作。断面开挖适用于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。

台阶法

根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种，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，因此只考虑后一条件。

双侧壁导坑法

双侧壁导坑法适用于V~Ⅵ级围岩双线或多线隧道掘进。由于跨度较大，一般开挖宽度达11m左右，无法采用全断面或台阶法开挖，采用先开挖隧道两侧导坑，相当于先开挖2个小跨度的隧道，并及时施作导坑四周初期支护及边墙衬砌，再根据地质条件、断面大小，对剩余部分断面进行一次或二次开挖。双侧壁导坑法施工要求：侧壁导坑高度以到起拱线为宜；侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面为整个断面的1/3；侧壁导坑领先长度一般为30~50m，以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则；导坑开挖后应及时进行初期支护。

第7篇：隧道的开挖方式范文

关键词:浅埋暗挖　双侧壁导坑法　开挖顺序　FLAC3D模拟

在地下隧道开挖中，有关开挖顺序的优化分析是一重要的研究课题[1]。随着开挖面的推进，如何尽量保持岩土体的初始状态，减少对岩土体初始状态的扰动，保持围岩处于相对稳定状态及不发生过大位移是工程中密切关注的问题。它涉及到地下工程开挖方式的选择，开挖空间的利用，最佳支护方式、支护参数及支护时机的确定等因素。因此针对具体的岩土体研究不同的开挖方式下围岩的应力及位移状态，对分析围岩稳定性及推动地下工程施工力学的发展有着重要的意义。在浅埋暗挖地铁工程施工中，横断面多采用分部开挖，其应力、位移释放规律也比较复杂[2]，在横截面上各部分土体不同的开挖顺序对地表及围岩的影响这方面有一定的研究[3，4]，但在横截面各部分土体开挖顺序确定的条件下，各部分土体在纵向的开挖进度对地表及围岩影响的研究却比较少。本文结合天坛东门站站后折返区间工程实例，模拟计算在纵向上不同开挖进度情况下，地表及围岩位移变化规律，以指导隧道工程设计与施工。

1 工程概况

北京地铁5号线是一条纵贯京城南北的交通大动脉，天坛东门站位于这条大动脉的南端，周围古建筑较多，交通比较繁忙，施工方案采用浅埋暗挖法施工，站后折返区间是两平行地铁隧道的连接通道，通过折返区间，列车可在这两条隧道上调换，由于区间功能的需要，折返区间跨度较大，最大断面跨度为23.6m，高8.924m，纵向长32.943m，高跨比为0.378，为扁平结构，见图1。

2 开挖方案数值模拟

FLAC(拉格朗日元法)是目前世界上优秀的岩土力学数值计算软件系统之一，FLAC3D是一种三维显式有限差分程序，其基本原理和算法与离散元法相似，它运用节点位移连续条件，可对连续介质进行大变形，基于显式差分法求解运动方程和动力方程，FLAC3D提供了梁、桩、锚杆、壳体等多种结构单元，非常适合于研究隧道开挖等岩土工程问题[5]。

第8篇：隧道的开挖方式范文

【关键词】高应力；偏压；软弱围岩隧洞；施工

引言

在高地应力作用下的软弱围岩中隧道土压除有松弛压力外，还有软岩特有的因隧道开挖及其后随时间延长、隧道断面逐渐缩小的“蠕变压力”。国内外隧道工程中所遇到的挤压大变形问题较多，如国外奥地利的陶恩隧道，国内乌鞘岭隧道等，给隧道设计施工带来了一系列的问题：隧道设计施工中难以控制变形量，洞身开挖后空间效应明显，产生蠕动变形，引起支护破坏，引发坍塌等。目前，国内外尚未建立高地应力软岩地质条件下的隧道控制软弱围岩大变形机理及处理对策的理论研究体系和施工处理体系。另外，隧道处于软弱围岩偏压地层，国内对偏压隧道的研究也主要局限于地形引起的偏压隧道。为此，研究地质构造引起的偏压隧道的衬砌形式、衬砌结构应力分布特征，提出行之有效的快速施工总体思路、技术方案和工艺方法显得尤为重要。为此，本文以古城水电站引水隧洞K9+720.00m～K11+815.00m标段为工程背景，对高应力条件下软弱围岩施工的关键技术发表本人的一些看法。

1工程概况

古城水电站位于阿坝藏族羌族自治州理县境内的杂谷脑河上。杂谷脑河为岷江干流上游的一级支流___杂谷脑河上的第七级梯级电站。引水隧洞全长16361.744m，开挖断面为统一马蹄型断面，开挖顶拱半径4.9m。本标段引水隧洞地质主要以V类围岩为主，岩性为绢云千枚岩，石英含量较大，岩层走向与隧洞轴线大致平行，偏压极为严重，开挖后风化速度较快，遇水迅速泥化，因此自稳性极差。经设计人员踏勘和对隧洞开挖后围岩变形进行分析后知：（1）水平地应力大于铅垂地应力，以水平地应力为主；（2）地应力表现为压应力，实测未发现张应力；（3）地应力分步呈不均匀性；（4）经过设计勘察人员实测，地应力值最高达到26.56MPa，为高应力。

2高地应力顺层偏压地层隧道施工力学行为分析

根据古城水电站引水隧洞的特点和施工重难点，结合总体施工方案，采用PLAXISTUNNEL岩土工程分析软件进行了数值模拟。分别对高地应力顺层偏压地层的隧洞施工力学行为进行了分析，为施工提供了理论依据。

（1）在高地应力环境下进行隧道施工，由于构造应力的影响，容易产生挤压变形，在采用台阶法施工时，上台阶的挤压变形较大。

（2）在高地应力软岩大变形地段，初期支护结构因承受较大的形变压力，容易造成初期支护结构破坏，在设计和施工时可考虑将二次衬砌做为部分承载结构通过合理安排支护结构施作时机，使初期支护和二次衬砌均有较高的安全度。

（3）通过对支护结构安全分析，上台阶拱部内力呈现不对称，且是最容易发生破坏的部位。因此，施工时应加强拱部支护和监测。

3高应力地段施工的关键技术

3.1高应力地段施工的基本原则

针对高地应力顺层偏压软岩大变形隧洞的特点，结合施工力学行为分析高应力隧洞地段施工应遵循“先探测、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、早衬砌、勤量测”的原则。以超前预支护及初期支护为施工重点，及时封闭围岩；加强初期支护的刚度。为达到稳固围岩的目的，系统锚杆长度应稍大于塑性区的厚度。为了防止喷层变形后侵入二次衬砌的净空，开挖时即加大预留变形量，另外采取了不均衡预留变形量技术。制定合理的爆破方案和开挖支护工艺，减小对围岩的扰动。及时封闭底板特别是底板初支，以减小变形、提高围岩稳定性；另外加大底板厚度，增大底板曲率，全幅底板施工，也有利于改善受力状况。改善隧道结构形状，加大边墙曲率，提高二次衬砌的刚度。全过程实施施工地质超前预报工作。

3.2高应力作用下主要施工控制点

由于隧道开挖中存在空间效应，即隧洞掘进过程中，由于受到开挖面的约束，使开挖面附近的围岩不能立即释放其全部瞬时弹性位移，这是在开挖面推进过程中，由于空间变化所引起的一种围岩变形特性。因此，从开挖、爆破、初期支护到二次衬砌都要严格控制，监测反馈对隧道施工的安全及为重要。并且要根据监控量测资料，制定了初期支护施工控制标准。

3.2.1开挖断面选择

3.2.2开挖方法

目前软岩隧道常用的开挖方法主要有：CD法、CRD法、侧壁导洞法、三台阶法等，可有效保证施工安全。隧洞的开挖方法对掌子面的稳定性、施工工期等有着重要的影响。采用PLAXISTUNNEL对台阶法、CD法、CRD法这3种方案进行了模拟显示，台阶法开挖后塑性区分布范围最大，且掌子面核心存在大片的受拉破坏区，但是由于合同工期不允许延长，同时要确保长系统锚杆（6m）的施工质量，达到既安全又相对快速地组织施工。CD法、CRD法和双侧壁导坑达到了安全施工的目的，但是要求工期较长，并且需要大量的临时支护，造价高，且适用于大断面隧道的开挖，对于本隧洞开挖后也无法提供足够的作业空间以施工6m长系统锚杆。尽管台阶法开挖对围岩扰动较大，但其工期短、造价低，还能保证后续支护的施工质量，因此，工程确定了采用台阶法的开挖方案，即对掌子面实施预支护后进行开挖，同时做好相关监测数据的及时反馈以指导优化开挖参数，通过试验段的开挖。

3.2.3掌子面预支护

3.2.4爆破

爆破是隧道施工的重要工序，爆破的效果直接影响隧道开挖质量和进度，同时对围岩稳定也有较大的影响。根据爆破原理：微差爆破时，地震波具有相互干扰作用，从而使爆破产生的地震波减弱，减少对围岩的扰动；同样在开挖钻孔时增加孔数，减少每孔装药量，采取弱爆破技术（防止扰动围岩诱发坍方而采取的一种轻微爆破方式，即主要是以降低对围岩扰动和减小松动圈范围为目的的爆破方式），也可以减轻对围岩的扰动。因此本引水洞采取微差、弱爆破技术，周边眼炮孔（光爆孔）深度不超过1.5m，孔距控制在30cm左右；掏槽孔与光爆孔延时控制在9～12毫秒间，以保证临空面的形成，降低群洞效应，减弱爆破冲击波对围岩的扰动。

3.2.5监控技术

4结论及建议

高地应力大断面软岩隧道的开挖应重视开挖方法、掌子面预支护、弱爆破、信息监测这4个方面。开挖方法应结合现场施工条件、对围岩的影响程度、工期及成本等多方面进行考虑，掌子面预支护是保证顺利开挖的关键，微差及弱爆破是手段，同时在开挖过程中应结合多种监测结果进行对比分析以达到优化开挖参数与完善施工方案的目的。通过本引水隧洞的施工，得到以下几点启示，可以给类似地质条件的隧道施工提供一点参考。

（1）可采取在高应力段施做导洞，提前释放地应力，减小高地应力对施工的影响。

（2）钢纤维喷射砼柔性较大，抗裂性也比普通喷射砼大，选用钢纤维喷射砼可以最大限度抵抗围岩变形，确保初期支护变形在可控范围内。

（3）高地应力软岩隧道的支护结构采用刚柔并举的支护形式，既可以吸收高应力区围岩的流变变形又具有一定的刚度防止围岩变开过大。

（4）为了提高隧道施工的安全性，就开挖而言除规范规定的必测项目外，针对软岩隧道的施工，在条件允许的情况下应进行松动圈检测、爆破振动监测及断面扫描量测，确定地下洞室受爆破开挖的影响而形成的爆破松动区的深度，以对围岩稳定及开挖质量进行评价，验证支护参数的合理性。

参考文献：

[1]刘达仁（译）.阿尔贝格公路隧道掘进中的支护问题[J].隧道译丛，1980（5）.

[2]张祉道.关于挤压性围岩隧道大变形的探讨和研究[J].现代隧道技术，2003（4）.

[3]姜云.隧道工程围岩大变形问题研究[J].测绘技术装备，2003（增刊）.

[4]钟新樵.土质偏压隧道衬砌模型试验分析[J].西南交通大学学报，1996（6）.

[5]杨小礼，李亮，刘宝琛.偏压隧道结构稳定性评价的信息优化分析[J].岩石力学与工程学报，2002（4）.

[6]朱合华，姜勇.岩石隧道偏压成因分析与荷载反演研究[J].现代隧道技术，2002，（增刊）.

第9篇：隧道的开挖方式范文

国内隧道及地下工程自20世纪80年代以来得到了前所未有的发展，21世纪是隧道工程建设的黄金时期，铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水电隧洞以及跨江、跨海通道的建设都将进人高峰期。与此同时，隧道工程面临巨大的机遇与挑战，山岭隧道工程的地质条件越来越复杂，煤矿巷道向深部不断发展，城市地铁建设如火如茶，海底隧道与输油气工程隧道方兴未艾，城市地下管廊隧道悄然兴起。大规模复杂的隧道工程修建势必带来诸如隧(巷)道软岩大变形机制、长大深隧道的突水突泥机制、深部复合地层TBM隧道稳定性原理与控制、城市地铁隧道交叉重叠及穿房过河引起的地层与周围环境风险等诸多基础科学与工程技术问题，这些问题的进一步研究和解决可为未来隧道工程建设中的设计和施工提供更加可靠的理论依据与技术保障。    

本文主要针对当前国内隧道工程物理模拟试验系统及其发展趋势进行了较为全面细致的总结、分类和阐述，并对当前隧道工程物理模拟试验系统关键技术进行了对比分析。最后，提出了以模型体积大小为依据的试验系统分类方法，可为隧道工程物理模拟试验系统的应用及后续建设提供参考。

1试验系统分类与特点    

隧道工程物理模拟试验系统的分类对于系统使用与建设规模确定、技术难度分析、建设周期与费用估算等都具有明确的指导意义，但目前尚无一个权威或统一的分类标准。试验系统分类是一个科学问题，需综合考虑多方面的因素。通过查阅文献和总结分析，提出了一种试验系统分类方法，如图1所示。即按试验模型体积将试验系统分为小型、中型、大型和超大型4类；按模型体荷载分为自重型和离心型；按加载动力来源分为重力型(含自重)、电机型、液压型(千斤顶或液压枕)、气压型和复合型(如气液结合)5类；按加载的静动力状态可分为静力型和动力型；按模型端面加载维数分为单轴型、双轴型和三轴型3类。    

隧道工程物理模拟试验系统的研制与应用多以大专院校、研究院所和企业技术中心为主。    

众所周知，在相似模型试验分类中，相似比作为一个重要的分类指标，可以用来准确计算模型体积的大小，但相似比为原型与模型尺寸之比，是一个相对概念。在隧道物理模拟试验中，模型体积越大，所需相似材料越多，费用越高，难度越大，制备周期越长，故模型体积能够较为全面地反映试验系统的规模、试验实施难度以及费用成本等关键要素，概念更为直观。

2试验系统关键技术    

试验系统的关键技术包括:相似材料的选取、加载控制系统的稳定性、应力与应变量测的准确性以及开挖支护方式的选择等。

2.1相似材料    

模型试验成败的前提条件是相似材料的选取是否合理，材料的性质是否能够准确地反映研究对象的主要物理力学特征。相似材料按功能一般可以分为骨料、胶结剂和调节剂3部分，骨料和胶结剂对材料性能起“总体控制”作用，调节剂对材料某项参数的性能起“单项调节”作用。

2.2加载控制    

物理模型试验的顺利进行与加载控制系统是否稳定密切相关。根据模型试验加载边界条件，加载方式可分为刚性加载和柔性加载2种；根据加载动力来源可分为重力加载、电机加载、液压加载、气压加载和复合加载5种。

2.3应力与应变量测    

应力与应变是隧道物理模型的重要力学参数，也是试验中需要获取的基础数据。应力值一般可通过测量元件直接量测，也可利用元器件测得的应力一应变关系求解得到

2.4位移、变形量测    

位移或变形是隧道工程围岩与其所处应力环境及环境变化相互作用的结果，是分析和评价隧道工程安全稳定性最常用的指标，也是试验中最重要的量测内容。

5开挖支护    

目前，隧道模拟开挖一般有人工和机械2种方式。人工开挖可以比较灵活地调整隧道形状，但成型效果差，开挖效率低；而机械开挖操作简单、成型好、效率高，但形状多局限于圆形。李利平等研制的由可伸缩式长铲、锚杆定位器以及混凝土施作器组成的开挖装置以及李浪等研制的步进电机驱动切削刀盘，对隧道开挖装置的研制有着重要的借鉴意义。

3试验系统研究问题分析

3.1围岩变形规律与机制    

围岩变形规律与机制一直是国内外学者研究的主要问题。通过物理模拟试验系统可以有效研究隧道围岩变形的时空演化过程与变形模式和机制。

3.2隧道开挖方法优化    

根据围岩条件和环境控制要求，隧道开挖方法一般有全断面法、台阶法、分部法、盾构法与TBM法等。正确选择开挖方法是隧道安全施工的前提，试验研究的主要内容是进行方法比选和优化工艺参数。

3.3隧道支护方法优化    

隧道支护主要包括以锚喷支护或钢拱架为主的初期支护、以模板混凝土或管片为主的二次支护以及小导管和大管棚超前支护等。合理选择支护方式、确定支护参数是确保隧道稳定的前提条件。

3.4隧道开挖灾害问题    

如何合理模拟隧道开挖过程中出现的灾害问题(突水突泥、岩爆、断层塌方等)也是物理模拟试验研究的主要内容。

3.5“长大深”及海底隧道问题    

模型试验主要用来合理模拟工程所处的高地应力环境影响、大型断面与超长隧道的结构稳定性以及水环境下的水压作用与流一固藕合作用。

3.6隧道施工环境影响问题    

地铁隧道施工中带来的环境问题比较突出，隧道施工过程中如何保证工程本身、地面与地下邻近建(构)筑物的安全是物理模拟试验研究的主要问题。

4存在问题及发展方向

4.1存在的问题    

1)系统规模。目前，大型、超大型试验系统模型制作周期长、费用高、所需人员多，且存在一定的闲置问题，利用率较低。    

2)试验模型。采用常用的相似材料制作的试验模型内部不可见，难以实现模型内部变形的直接观测，透明岩土材料主要以模拟软岩、砂土和载土为主，因此需进一步研究拓展岩土材料的模拟范围。    

3)加载控制。刚性加载强度大，属于“位移加载”方式，即加载面位移保持均匀，应力不均匀，使得模型边界位移一致，与实际受力不符；柔性加载属于“应力加载”方式，即加载过程保持加载面应力均匀，位移不均匀，柔性加载有利于提高试验精度，减小边界效应影响范围，但其行程小、加载强度低。

4.2发展方向

1)物理试验系统精致化。2)物理试验模型透明化。3)加载控制方式灵活化。4)数字照相量测标配化。5)开挖支护方式合理化。6)隧道多场藕合模拟法。

5结论与建议    

1)提出了一种基于模型体积大小的隧道工程物理试验系统分类方法，即将试验系统分为小型(v<0. 125 m3 )、中型(V = 0. 125~1. 0 m3、大型(V=1.0~8.0 m3)和超大型(V≥8.0 m3)4种类型。该分类可以较好地反映试验系统的规模、研发周期、费用、模型制作及使用率等主要问题。