《隧道与地下工程施工》课件-模块四 钻爆法隧道施工技术- 单元2-隧道施工方法-隧道洞身开挖

《隧道与地下工程施工》模块三

钻爆法隧道施工技术

单元2隧道开挖方法——洞身开挖1

《隧道工程施工》

分部开挖法3本讲主要内容

全断面法1台阶法2隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

隧道洞身开挖方法选择:

应根据隧道长度、跨度、结构形式、掌子面稳定性、地质条件等选择适宜的开挖方法，并应根据开挖方法选择配套的机械设备。

为了最大限度地利用围岩自承能力，必须采用有利于减少超挖、减少围岩扰动的开挖方法进行洞身开挖。

隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

按开挖隧道的横断面分部情况来分，施工方法可分为：

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全断面法

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台阶法

•

分部开挖法台阶法分部开挖法隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

1、全断面法

全断面法全称为“全断面一次开挖法”，即按隧道设计断面轮廓一次开挖成型，然后修建支护和衬砌的施工方法。如图所示，主要包括三个过程：•

全断面开挖；•

锚喷支护；•

模筑混凝。1-全断面开挖；2-锚喷支护；3-模筑混凝全断面施工方法隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

1、全断面法

（1）适用范围、条件

•

全断面法主要适用于非浅埋的I～III级岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩中。浅埋段、偏压段和洞口段不宜采用。

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该法必须具备大型施工机械。隧道长度或施工区段长度不宜太短，否则采用大型机械化施工的经济性较差。根据经验，长度不应小于1千米。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

1、全断面法

（2）全断面法施工工序

1）施工准备完成后，用钻孔台车钻眼，然后装药，连接起爆网路；2）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；3）进行通风、洒水，排烟、降尘；4）排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；5）用装碴机将石碴装人矿车或运输机，运出洞外；6）安设边墙锚杆和喷混凝土；7）必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；8）开始下一轮循环；9）在初次支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌筑内层衬砌隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

1、全断面法

（2）全断面法施工工序

全断面法施工隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

1、全断面法

（3）全断面法施工注意事项

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加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查。

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各工序机械设备要配套。

•

加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。

•

重视和加强对施工操作人员的技术培训，使其能熟练掌握各种机械和推广新技术，不断提高工作效率，改进施工管理，加快施工速度。

•

在选择支护类型时，应优先考虑锚杆和喷射混凝土、挂网、拱架等支护形式。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

1、全断面法

（4）全断面开挖的优点：•

工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；•工作空间大，便于大型机械化施工；•施工进度快，目前，我国公路隧道一般都能保持月进尺平均150m以上，高者已

接近300m／月。全断面法施工隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法

•

台阶法是适用性最广的施工方法，多适用于铁路双线隧道III、Ⅳ级围岩，单线隧道V级围岩亦可采用，但支护条件应予以加强。

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它将断面分成上半断面和下半断面两部分分别进行开挖。

•

根据台阶的长短，台阶法又包括为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种。a）长台阶法；b）短台阶法；

c）超短台阶法隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法•

施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来确定：（1）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。（2）上断面施工所用的开挖、支护、出渣等机械设备对施工场地大小的要求。•

在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后者，确保施工安全。•在围岩条件较好时，主要考虑是如何更好地发挥机械效率，保证施工的经济性，故只需要考虑后一条件。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

●

将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，上、下断面相距较远，一般：上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。●适用条件：适用范围较全断面法广泛，凡在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。2、台阶法

（1）长台阶法隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法

（1）长台阶法

●优点：相对全断面法，长台阶法一次开挖断面和高度都较小，只需配中型钻孔台车即可施工，对维持开挖面稳定十分有利。●缺点：上下部作业有一点的干扰。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法

（2）短台阶法

分成上下两个断面进行开挖，两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于1~1.5倍洞跨，或为5-50米。上下断面采用平行作业。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法

（2）短台阶法

●适用条件：适用范围很广，Ⅰ-Ⅴ级围岩都能采用，尤其适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩，是新奥法施工中主要采用的方法。●优点：短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值。●缺点:上台阶出碴时，对下半断面施工干扰较大，不能全部平行作业。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法

（3）超短台阶法

这种方法也是分成上下两部分，但上台阶仅超前3~5m，只能采用交替作业。●适用条件：超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法

（3）超短台阶法●优点：超短台阶法初期支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形。在城市隧道施工中，能更有效地控制地表沉陷。●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。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

2、台阶法

（3）超短台阶法

●超短台阶法施工时应注意以下问题：

在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，对开挖面进行预加固或预支护，如设置临时仰拱，向围岩中注浆或打入超前水平小钢管。模块三

隧道施工技术

单元2隧道施工方法——洞身开挖2

《隧道工程施工》

分部开挖法3本讲主要内容

全断面法1台阶法2隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

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，故也可称为导坑超前开挖法。分部开挖法可分为以下几种变化方案：●

台阶分部开挖法●

单侧壁导坑法●

双侧壁导坑法●

中隔壁法（CD法）●

交叉中隔壁法（CRD法）隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

1、台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法，一般将断面分成为环形拱部(图中的1、2、3)、上部核心土(4)、下部台阶(5)等三部分。一般环形开挖进尺为0.5-1.0m，不宜过长，上部核心土和下台阶的距离，一般为1倍洞跨。1-上弧形导坑开挖；2-拱部喷锚支护；3-拱部衬砌；4-中核开挖；5-下部开挖；6-边墙部喷锚支护及衬砌；7-灌筑仰拱；隧道施工方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

1、台阶分部开挖法

●

施工作业顺序

（1）用人工或单臂进机开挖环形拱部。根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。（2）安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝土。

（3）在拱部初次支护保护下，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。（4）根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

1、台阶分部开挖法

●适用条件:这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。

●优点：开挖工作面稳定性好，施工安全性好，与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，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，施工速度可加快。

●台阶分部开挖时应注意下列问题：开挖中围岩要经受多次扰动，断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大，常要结合辅助措施对开挖面及前方岩体进行预支护或预加固。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

2、单侧壁导坑法

这种方法一般是将断面分成三块：侧壁导坑（图上1位置）、上台阶（图上3位置）、下台阶（图上4位置）。

侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜。1-侧壁导坑开挖；2-侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑；3-后行部分上台阶开挖；4-后行部分下台阶开挖；5-后行部分喷锚支护；6-拆除中壁墙；7-灌筑仰拱；8-灌筑洞周衬砌隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

2、单侧壁导坑法

●

施工作业顺序（1）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，喷射混凝土，应尽快使导坑的初次支护闭合；（2）开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支承在导坑的初次支护上，另一侧支撑在下台阶上；（3）开挖下台阶，进行另一例边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合；（4）拆除导坑临空部分的初次支护；（5）灌注内层衬砌。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

2、单侧壁导坑法

●适用条件:单侧壁导坑法适用于围岩稳定性较差（如软弱松散围岩），隧道断面跨度大，地表沉陷难于控制的地段。

●优点：通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二，有效地避免了大跨度开挖造成的不利影响，明显地提高了围岩的稳定性。

●缺点：因为要施作侧壁导坑的内侧支护，随后又要拆除，增加了工程造价。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

3、双侧壁导坑法

又称眼镜工法，一般是将断面分成四块：左、右侧壁导坑(1)、上部核心土(3)、下台阶(4)。

双侧壁导坑法1-侧壁导坑开挖；

2-侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑；

3-后行部分上台阶开挖；4-后行部分下台阶开挖；

5-后行部分喷锚支护；6-拆除中壁墙；7-灌筑仰拱；8-灌筑洞周衬砌隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

3、双侧壁导坑法

导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑应错开开挖，错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。亦可工程类比，一般为7-10米。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法：

分部开挖法3、双侧壁导坑法

●

施工作业顺序

（1）开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合；

（2）相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护；

（3）开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上；

（4）开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合；

（5）拆除导坑临空部分的初次支护；

（6）建造内层衬砌。

双侧壁导坑法隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

3、双侧壁导坑法

●适用条件: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左右。

●优缺点：双侧壁导坑法开挖断面分块多，扰动大，初期支护全断面闭合的时间长，进度较慢，成本较高，但施工安全，每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

4、中隔壁法（CD法）

中隔壁法是将隧道断面左右一分为二，施工时应沿一侧自上而下分为二或三部分进行，每开挖一部均应及时施作锚喷支护、安设刚架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步连接而成，当先开挖一侧超前一定距离后，再开挖中隔墙的另一侧。

中隔壁法（CD法）隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

4、中隔壁法（CD法）

●

CD法变大跨为小跨，使断面受力更合理，对减少沉降，保证隧道开挖安全、可靠具有良好的效果。

●适用条件:适用于较差地层，如采用人工或人工配合机械开挖的IV～V级围岩的浅埋双线隧道和浅埋、偏压及洞口段。

隧道洞身开挖方法01一、隧道洞身开挖方法

分部开挖法

4、中隔壁法（CD法）

●施工过程中，为保证初期支护稳定，除喷锚支护外，须增加型钢或钢格栅支撑，并采用超前大管棚、超前锚杆、超前注浆小导管、超前预注浆等一种或多种辅助措施进行超前加固。