隧道施工技术 课件 07实训任务二 坑道开挖1

实训任务二：坑道开挖1任务分配教学内容情境教材时间安排教师引导（一）教师向学生简单介绍隧道施工开挖断面轮廓尺寸的确定；施工开挖断面放线数据计算（五寸台法）；开挖工程数量计算。布置教学任务并进行引导、检查和评价。施工录象2、3、4PPT课件6.1、02140分钟学生学习1、开挖轮廓线的确定如何确定？预留变形量如何确定？2、常用的开挖方法有哪几种？各开挖方法的优缺点、适用范围？3、开挖方法的选择原则？4、隧道开挖应遵循的基本原则有哪些？小组讨论案例一：西康铁路秦岭隧道开挖断面尺寸确定120分钟+5、完成书面基本练习；6、完成实训任务一。隧道所在的位置原本有岩体充塞其中由于隧道施工

→挖除了岩体 →获得了空间

→暴露了围岩一、开挖的基本概念 1、岩体好不好挖？

2、挖除岩体以后，围岩稳不稳？

3、如果不稳，如何使其稳定？

4、如何挖，如何护，才能又稳又快？隧道施工要解决几个问题开挖和支护作业的基本准则围岩坚硬完整，自稳能力比较好， 可以先开挖后支护围岩软弱破碎，自稳能力比较差， 必须先支护后开挖开挖——将坑道内的岩体挖除 是基本工序，也是关键工序开挖方法—对坑道内被挖除岩体的分块分块体积V=横向面积S×纵向深度L最简单的开挖方法——全断面开挖法

一次挖一整段进去1122二、围岩的成拱作用与相对稳定性自然拱，穹隆形图6-1围岩的成拱作用示意图1、成拱作用 （空间效应）横向拱，纵向拱2、围岩相对稳定性隧道工程实践表明:

在同级围岩条件下，单次开挖体积V越大，围岩越容易产生坍塌，反之则较好 在同级围岩条件下，开挖体积大小不同，则围岩表现出来的稳定能力不同

围岩相对于单次开挖体积大小而表现出来的稳定能力，称为围岩的相对稳定性除存在横向成拱作用外，还存在纵向成拱作用，见图6-1-b。即开挖面前方将被挖除而尚未挖除的岩体，对已开挖区段的围岩起着一定的约束作用，这种纵向约束作用称为开挖面的支承作用。理论分析和实测结果表明，对一般岩体而言，开挖面的支承作用，在隧道纵向上大致可以达到洞径的1～3倍的长度范围，超出这个长度范围，其支承作用就可以忽略不计了。而且显然坚硬完整的岩体，其支承作用越强、影响范围也越大；软弱破碎的岩体，其支承作用越弱、影响范围也越小。随着隧道开挖的进展(即对岩体的挖除)，开挖面的支承作用渐次消失，即开挖面的支承作用具有暂时性。但在岩体被挖除之前，开挖面的支承作用是可以且应当加以利用的。以保证开挖后支护前围岩的暂时稳定，并在此期间围岩暴露区段的初期支护。3、开挖面的支承作用及其利用1、开挖方法

全断面开挖法台阶开挖法

微台阶开挖法半断面开挖法

分部开挖法留核心土环形导坑开挖法下导洞超前开挖法单侧壁导坑开挖法双侧壁导坑开挖法（眼镜法）中隔壁开挖法（CD法）交叉中隔壁开挖法（CRD法）洞柱开挖法等三、开挖方法的种类

及选择原则图6-3台阶开挖法1-上下半断面同步开挖；2-上下半断面同步锚喷支护图6-2全断面开挖法1-全断面开挖；2-锚喷支护全断面开挖流水作业法台阶开挖法（三台阶七步平行流水作业）表6-2

分部开挖法(图中序号仅表示开挖顺序，均省略了初期支护)上半断面弧形导坑开挖法蘑菇形开挖法双侧壁导坑开挖法实践经验和理论分析表明：不同级别的围岩，其稳定能力不同；不同的开挖方法，对围岩的扰动程度不同，不同的开挖面大小，围岩的相对稳定性表现不同……因此，围岩承载理论及新奥法都主张：

只要围岩条件许可，不论隧道设计断面大小，一般均应尽可能采用大断面开挖，同时主要通过调整掘进进尺来适应围岩稳定能力的变化。也就是说，如果围岩稳定性较好，每次挖除岩体的体积可以大一些，即开挖断面面积和纵向深度都可以大一些；反之，则应当小一些。坑道开挖，要根据围岩稳定能力的好坏， 并考虑隧道设计断面的大小，选择适当的横向开挖面大小和纵向掘进进尺控制好围岩暴露范围大小和暴露时间。一般地，若围岩稳定能力较好，可以采用较大的开挖一次开挖断面面和较深的掘进进尺。若围岩稳定能力较差，应优先考虑缩短掘进进尺，必要时才考虑缩小开挖断面。若围岩稳定能力极差，应考虑采用辅助稳定措施，如超前支护或预先进行注浆加固后方可进行开挖。2、开挖方法的选择原则四、预留变形量与开挖轮廓线的确定考虑到开挖坑道后，围岩因失去部分约束而产生向坑道方向的收缩变形，致使洞径变小。施工开挖轮廓线应在设计开挖轮廓线的基础上适当加大，保证围岩变形完成后，坑道断面大小仍能满足设计要求保证喷砼、衬砌厚度和净空尺寸。加大的这部分开挖量称为

预留（围岩）变形量。

=

设计衬砌内轮廓线（半径尺寸）

+施工误差5cm(☆包含测量误差、定位误差、模板变形)

+设计内层衬砌厚度（《规范》有限制性要求）

+设计的喷射砼厚度（实际厚度的平均值）

+预留变形量（☆可根据实际变形量调整）。开挖轮廓线的尺寸确定预留变形量的确定围岩越破碎、级别越低，开挖坑道后围岩的变形量越大；设计断面越大，开挖坑道后围岩的变形量越大；隧道埋置深度越小、施工扰动越大，围岩的变形量越大；支护越软弱、围岩暴露时间越长，围岩的变形量越大。 一般地，采用工程类比法确定，当无类比资料时可参照表6-1采用。设计单位都在设计文件中根据围岩级别及断面大小给出一个估计的预留变形量值，施工单位可根据施工过程中对围岩变形实际量测所获得的数据，分析确定并予以适当调整。表6-1

新奥法施工开挖预留变形量(cm参考值)公路隧道铁路隧道围岩级别跨度(m)ⅢⅣⅤⅥ围岩级别隧道类别ⅡⅢⅣⅤⅥ9～105～77～1212～17特殊设计双线隧道1～33～55～77～10特殊设计7～93～55～77～1010～15单线隧道—1～33～55～77～10高速双线3～55～88～1010～15现场量测确定高速单线—2～55～808～12注：1、深埋、软岩隧道取大值，硬岩隧道取小值；

2、有明显流变、原岩应力较大和膨胀性围岩应根据量测数据反馈分析确定。表6-2

开挖方法的适用条件开挖方法适用的隧道断面大小、围岩工程地质条件说明全断面法1.单线隧道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩；2.双线隧道Ⅰ、Ⅱ级围岩；3.地下水状态：干燥或潮湿。1、隧道断面积：铁路单线约50～60m2；双线约80～90m2。公路单车道约60～70m2；公路双车道约90～100m2。高速铁路单线约70～85m2；双线约100～120m22、应尽量采用大断面开挖，减少分部（块）数。一次开挖断面面积最大可达70～80m2；循环进尺宜控制在3.0～4.0m。3、台阶长度应有利于施工操作和机械设备效率的发挥，同时应利于支护尽早封闭成环。宜采用微台阶或多台阶开挖。台阶法1单线Ⅲ级、Ⅳ级围岩；2双线Ⅲ级围岩；3.地下水状态：干燥或潮湿。留核心土环形开挖法1.单线Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩；2.双线Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩；3.地下水状态：有渗水或股水。下导洞超前法1.单线隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩；2.双线隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩；3.地下水状态：有渗水或股水。双侧壁导坑法1.单线Ⅴ、Ⅵ级围岩；2.双线隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩；3.地下水状态：有渗水或股水。中隔壁法(CD法)1.单、双线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩；2.浅埋隧道；3.三线隧道。交叉中隔壁法(CRD法)1.双线、三线隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩；2.浅埋隧道。中洞法双联拱隧道开挖方法的比较全断面开挖法主要适用于围岩稳定性很好和隧道断面不太大的条件下。全断面开挖法图6-2一次开挖成型①全断面开挖，在同一个工区是单工作面单循环作业，便于施工组织和管理。但单循环作业对各工序的作业能力的利用率不高。②有较大的断面进尺比(即开挖断面面积与掘进进尺之比=S/L)，既便于机械破岩作业或钻眼爆破作业,又可以获得较好的破岩效果。③减少了分块开挖次数,从而减少对围岩的扰动次数。但在爆炸破岩时,每次爆破震动的强度较大。因此要求进行严格的控制爆破设计,尤其是对于稳定性较差的围岩。④围岩应力重分布的次数少，有利于保持围岩的自稳能力；且便于初期支护作业，便于及时形成力学意义上的封闭的承载环，从而获得基本稳定的洞室。⑤可以争取较大的作业空间和使用大型配套施工机械，施工速度也较快。但开挖面大，围岩相对稳定性降低,且每循环工作量相对较大，因此要求具有较强的开挖能力、出渣能力和相应的支护能力。优、缺点适用条件开挖方法主要适用于围岩稳定性较好，但隧道断面较大的条件下；或者隧道断面不太大，但围岩稳定性较差的条件下。台阶开挖法图6-3两次开挖成型或错台一次成型①将上、下半断面合为一个作业面同步开挖，与全断面开挖法基本相同，可以有足够的工作空间和较快的施工速度。若将上、下半断面分两次开挖，则两个工作面之间相互干扰较大，实际工程中较少采用。②台阶开挖法将隧道下半断面滞后开挖，掌子面始终保留一个微台阶，既有利于开挖面的稳定和围岩的稳定，也给上部提供了一个工作平台，便于上部进行各项作业。尤其是上部开挖并施作初期支护后，下部作业就较为安全，但应注意的是下部开挖作业对上部已作支护的影响。③台阶开挖法既可以采用大型施工机械，也可以采用中小型施工机械，其出渣、进料运输方面也与全断面开挖法基本相同。④台阶开挖法在遇到前方围岩地质条件的突变（如突变为软弱破碎、突水、泥石流、或溶洞）时，其防御性要好一些，相对于全断面开挖法而言，可以避免造成较大的损失，并且可以比较方便地转换为留核心土环形开挖法或其它分部开挖法。优、缺点适用条件开挖方法开挖方法适用条件优、缺点分部开挖法图6-4多次开挖成型、程序各异分部开挖法主要适用于隧道断面较大或围岩稳定性较