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隧道開挖方式范文1
關鍵詞：圍巖、臺階法、單側壁導坑法、光面爆破、最大單響藥量
中文分類號：U455，文獻標識碼：B
1工程概況
鴨江隧道進出口均屬重慶市武隆縣鴨江鎮所轄，進洞口以南約200m斜坡坡腳為老國道319線，洞口所處斜坡中部有簡易機耕道通過，機耕道與老國道319線相連，需修建便道約200m，交通較為不便；出洞口以南約60m為在建南涪鐵路鴨江隧道，正前方為鐵路施工棄渣場，渣場向東約140m為鴨江至武隆公路，施工需修建便道約200m，交通較為方便。隧道大體沿構造線方向布設，左線ZK13+868～ZK14+924.81、右線YK13+867.1～YK14+925.5，隧道穿越地帶相對高差達320m，隧道最大埋深200m。隧道區屬構造剝蝕侵蝕深切低山斜坡地貌，Ⅳ級和Ⅴ級圍巖地段。
2隧道開挖
洞口土質或易坍塌軟弱Ⅴ級圍巖地段采用環形導坑預留核心土法或單側壁導坑法開挖，Ⅳ級和Ⅴ級圍巖洞身深埋段采用臺階法開挖。
2.1臺階法開挖
Ⅳ級圍巖和Ⅴ級圍巖洞身深埋地段均采用臺階法開挖方式。該地段在進行超前預支護后開挖上臺階土石方，上臺階開挖主要以光面爆破為主要掘進手段，最后進行上臺階初期支護；臺階長度定為50m～80m；下臺階采用左右馬口不對稱開挖，開挖后立即進行初期支護，使圍巖盡早封閉成環，見臺階法施工步序圖
2.2環形導坑預留核心土法開挖
洞口土質或易坍塌軟弱Ⅴ級圍巖地段采用環形導坑預留核心土法開挖。上半斷面采用光面減震爆破和機械開挖為主要手段（施工中能采用機械開挖的盡量采用機械開挖），待施工完拱部初期支護后，再開挖核心土，每次必須確保預留不下于5m的核心土巖柱；下臺階采用左右馬口側壁預留保護層不對稱開挖，側壁保護層厚度為70～100cm，采用人工開挖進行修整，開挖后立即進行初期支護，使圍巖盡早封閉成環，見環形導坑預留核心法施工步序圖。
施工工序如下：
1、上弧形導坑開挖
2、上弧形導坑拱部錨噴支護、鋼架支撐
洞口土質或易坍塌軟弱Ⅴ級圍巖地段采用單側壁導坑法開挖。施工中把掌子面劃分為四個區，四個區依次進行錯位流水作業，首先在小導管超前預支護的前提下進行左側壁上半斷面的開挖、支護；待左側上半斷面完成5～10m后再進行左側壁下半斷面開挖和支護；當左
側壁下半斷面施工長度達到5m后，再進行右側壁上半斷面的開挖和支護；最后進行右側壁下半斷面開挖和支護，右側壁上半斷面同樣比下半斷面超前5～10m。施工中必須一掘一支護，嚴禁空頂作業，見單側壁導坑法施工步序圖。
洞口V級圍巖淺埋段按單側壁導坑法開挖，施工順序如下：
（一）左側上導坑開挖與初期支護
1、超前小導管預注漿完成后，開始導坑開挖
2、導坑初支，隧道噴射混凝土分兩次完成，初噴1～3cm，鋼架支撐安設后復噴至25cm，中隔墻一次噴夠5cm。
3、安設隧道1段工字鋼及中隔墻1段工字鋼。
（二）左側下導坑開挖與初期支護
4、待上導坑施工長度完成5～10m后開始導坑開挖
5、導坑初支，隧道噴射混凝土分兩次完成，初噴1～3cm，鋼架支撐安設后復噴至25cm，中隔墻一次噴夠5cm。
6、安設隧道2段工字鋼及中隔墻2段工字鋼。
（三）右側上導坑開挖與初期支護
7、待左側下導坑開挖長度到達5m后，開始右側上導坑開挖。
8、導坑初支，隧道噴射混凝土分兩次完成，初噴1～3cm，鋼架支撐安設后復噴至25cm。
9、安設隧道1段工字鋼
（四）右側下導坑開挖與初期支護
10、待上導坑施工長度完成5～10m后，開始導坑開挖導坑初支，隧道噴射混凝土分兩次完成，初噴1～3cm，鋼架支撐安設后復噴至25cm。
11、安設隧道3段工字鋼。
12、澆注仰拱混凝土。
13、澆注拱墻混凝土。
施工中注意事項：
1、循環長度根據襯砌臺車長度確定，最好開挖超過二次襯砌得長度不大于12m。一般要求二次襯砌緊跟開挖進行。
2、中隔墻設置18號工字鋼與隧道18工字鋼對應形成導坑初期支護的加勁措施，中隔墻工字鋼采用鋼板焊接連接。
3、中隔墻初期支護：Ø22砂漿錨桿，長0.8m環向間距1.0m，縱向間距0.8，C20噴砼5 cm。
4、支撐拆除要按照“先頂后拆”的原則進行。
5、開挖仰拱時，應注意防止邊墻受擠壓而內移。
6、18工字鋼縱向以Ø22鋼筋連接，該鋼筋環向間距為1.0m。
7、此方法工作面窄，工序多，支撐用料大，造價 ，測量困難，但其最大的優點是劃整為零，減小開挖跨徑而達到防止塌方的目的。因此，本方法原則上僅用于地質條件差的洞口V級圍巖淺埋段和局部破碎帶。
3爆破設計
3.1、爆破方式
隧道開挖主要采用光面爆破，以確保開挖輪廓平整圓順，Ⅳ級圍巖地段單循環進尺不大于3.0m；Ⅴ級圍巖洞身深埋地段單循環進尺不大于2.0m；洞口土質或易坍塌軟弱Ⅴ級圍巖地段單循環進尺不大于1.0m。施工中周邊眼采用φ25mm小藥卷進行間隔裝藥，掏槽眼、輔助眼、底板眼采用φ32mm藥卷連續裝藥。1、本圖尺寸注明者，余均以
3.2、設計原則
（1）爆破飛石距離控制：以爆破工作面為基準，爆破飛石距離控制在S≤50m，由于在隧道內爆破，以不損壞成形隧道結構及隧道內施工設備為原則。
（2）爆破地震波控制：根據周圍建筑物及設施結構和特性，按照《爆破安全規程》（GB6722-2003）規定爆破振動安全允許標準，對居民一般磚房的爆破震動速度控制在V≤2.5cm/s，對相鄰鐵路隧道的爆破震動速度控制在V≤15cm/s。
（3）爆破沖擊波控制：由于在隧道內爆破，無受沖擊波影響的建筑物，一次齊發藥量較小，沖擊波的危害可忽略不計。
3.3、最大單響藥量計算
經過現場考察和資料顯示，隧道口離最近民房有110m，隧道右線距鐵路隧道最近處約40m，隧道左右線最小間距約17.5m，為防止爆破施工對以上近距離構筑物的影響，根據《爆破安全規程》相關規定及世界著名爆破專家薩道夫斯基公式計算，并嚴格控制最大起爆單響裝藥量。
Q=R3(V/K)3/a
式中：
Q――炸藥量，齊發爆破為總裝藥量，延時爆破為最大一段單響藥量，kg；
R――控制點與爆源中心的距離，m；
V――保護對象所在地質點安全允許振動速度，cm/s；
K，a――與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數；
根據隧道圍巖地質條件，參照《爆破安全規程》（GB6722-2003）規定，取：
K＝250，a＝1.8
代入上式，計算出最大允許單響藥量見下表：
3.4、鉆爆參數選擇
爆破參數的確定采用理論計算方法、工程類比法與現場試爆相結合，在保證爆破振動速度符合安全規定的前提下，提高隧道開挖成型質量和施工進度。
除周邊眼之外的炮眼裝藥量均可按以下公式計算（周邊眼按照光面爆破設計）：
q=k×a×w×L×ё（kg）
式中q――單眼裝藥量（kg）：
k――炸藥單耗（kg/m³）；
a――炮眼間距（m）；
w――炮眼爆破方向的抵抗線（m）；
L――炮眼深度（m）；
ё――炮眼部位系數（參照下頁表所示）。
（5）炮眼堵塞
堵塞作用使炸藥在受約束條件下作充分爆炸進而提高能量利用率，因此堵塞長度不小于20cm，堵塞材料采用炮泥（組分砂:粘土:水=3:1:1）。堵塞質量要求密實，不能有空隙和間斷，見Ⅳ、Ⅴ級圍巖炮孔布置圖。
3.5、裝藥結構
周邊光爆孔采用間隔裝藥，并用導爆索、竹片把φ25藥卷綁扎成炸藥串裝入孔中，孔口用炮泥堵塞。其裝藥結構見《光爆孔裝藥結構示意圖》。
3.6、光面爆破質量標準和技術要求
爆破后的圍巖面應圓順平整，無欠挖，超挖量控制在設計要求范圍內。圍巖為整體性好的堅硬巖石時，炮眼痕跡率應大于85%，中硬巖石應大于80%，軟巖應大于60%。圍巖面上無粉碎巖石和明顯的裂縫，也不應有浮石（巖性不好時應無大浮石）。
測量現場畫出開挖斷面中線和輪廓線，根據鉆爆設計圖標出炮眼位置，開挖班組根據炮孔位置進行鉆孔，鉆孔完畢后再按炮眼布置圖進行檢查，合格后方可裝藥連線爆破。
爆破后進行敲邦找頂檢查，對存在的險情或隱患及時采取措施進行處理，并采用激光斷面儀檢查爆破效果和超欠挖情況，根據檢查結果不斷修正爆破參數，以便更好達到光爆效果
4 裝碴運輸
4.1主洞采用無軌運輸，裝碴采用挖掘機配合裝載機，出碴采用15t自卸汽車。
4.2 設備配置及循環時間計算
（1）、計算單車循環時間T0
T0=t1+t2+t3+t4+t5(min)
式中：t1―裝車時間(min)，此處取3min；
t2―載重行駛時間（min），此處洞外取0.5km，洞內為1.0km，則L=1.5km；V1 :載重時的平均速度（km/h），此處取10km/h，所需9min；
t3―卸車時間（min），此處取1min；
t4―空車返回時間（min），V2：空車的平均速度（km/h），此處取20km/h，L=1.5km，所需時間4.5min；
t5―其他可能發生的停車時間（min），取1min；
代入各數值后，計算得T0=18.5min
（2）、車輛需要量計算
所需車輛數量為：
n=(t2+t3+t4+t5)/(t1+t6)+1
式中：t6―自卸汽車進入裝料點的對位時間（min），此處取1min，其余與上相同。
代入數值計算得：n≈5輛
（3）、計算循環時間T
T=QγT′/qK1K2
式中：Q―計劃生產量（m3），此處按Ⅳ級圍巖考慮，進尺按2.7m，則為265m3
T′―t1+t6（h），此處為(3+1)/60=0.067
γ―圍巖容重（t/m3）,此處取2.7
q―汽車載重量（t），此處為15
K1―汽車噸位利用系數, 此處取0.85
K2―時間利用系數, 此處取0.9
代入數值計算得：T=2.5h
即每個循環的出渣時間可在2.5小時之內完成。
（4）、結論
在洞內最大距離情況下，配備5臺15 t自卸汽車可在2.5小時內完成進尺2.7m的裝碴任務。在開挖過程中，由于洞內長度未達到最大值，故適當保證自卸汽車的數量即可滿足在2.5小時內完成裝碴作業的要求。
5 結語
隧道開挖方式范文2
Abstract： According to the author's construction experience on the Deshang high-speed railway A6 Huaiyushan tunnel engineering， this paper introduces the use of micro level excavation construction method to ensure the safe and fast driving of Ⅳ andⅤ surrounding rock， reduce construction costs， conduct the tunneling boring in a safe， low-cost and short cycle situation， and avoid the collapse caused by too long excavation stage and not timely closed looped initial support， to provide a reference for future similar tunnel entrance construction project.
關鍵詞： 隧道工程；微臺階開挖；施工技術
Key words： tunnel project；micro level excavation；construction technology
中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）12-0155-03
0 引言
在以往隧道施工中，為了安全快速的掘進，一直延用的是短臺階法，但在短臺階法施工中，上、下導臺階在交叉施工過程中存在相互干擾大，影響施工進度、造成機械人員窩工等缺點。為了解決這些問題，確保懷玉山隧道的施工進度和節約施工成本，避免傳統的上、下臺階法在施工過程中相互干擾大、開挖臺階過長、初期支護未及時封閉成環造成隧道塌方的弊端，采用微臺階開挖施工工法，嚴格按“短開挖、強支護”的原則，利用一個開挖臺架完成上下臺階的鉆孔、裝藥，同時爆破、同時出碴，以此縮短工序間的銜接時間，同時給后續工序提供更大的空間，縮短了掌子面與仰拱、二次襯砌之間的距離，為今后類似隧道工程施工開挖提供參考。
1 工程概況
該標段施工的懷玉山隧道右線起止里程為YK21+013～YK22+700，共1687m，其中采用微臺階法開挖共計863m，懷玉山隧道左線起止里程為ZK21+002～ZK22+700，共1698m，采用微臺階法開挖共計853m。圍巖多為強風化花崗巖，因而隧道施工必須遵循“安全第一”的原則，按照“弱爆破、短進尺、強支護、早襯砌”的施工方法進行施工。
2 施工方法及技術措施
2.1 施工總體方案 為了使隧道安全、快速的掘進，避免由于開挖臺階過長、初期支護未及時封閉成環造成隧道塌方，嚴格按“短開挖、強支護”的原則，采用微臺階開挖施工方案，即在懷玉山隧道Ⅳ、Ⅴ級施工時，根據設計圖紙及現場實際情況，采用一個開挖臺架并在開挖臺架上增設拼裝式懸臂平臺來完成臺階的鉆孔、爆破、出渣、支護，以此縮短施工工序之間的銜接時間，縮短掌子面與仰拱、二襯之間的距離，進行安全快速的洞身開挖。
2.2 各工序施工方法
2.2.1 工藝流程 如圖3-圖6。
2.2.2 微臺階施工方法
2.2.2.1 Ⅳ級圍巖每循環開挖進尺2m，Ⅴ級圍巖每循環開挖進尺0.8m。
2.2.2.2 上臺階可超前3-5m，利用一個開挖臺架完成上下臺階的鉆孔、裝藥，同時爆破、同時出碴。爆破采用光面爆破。
2.2.2.3 開挖輪廓線的確定。隧道開挖輪廓線考慮隧道設計內輪廓尺寸、初期支護及二次襯砌設計厚度及預留周邊圍巖變形量確定；隧道采用構件支撐，開挖時預留支撐沉降量，以保證襯砌設計厚度。
2.2.2.4 鉆爆施工。中線、水平控制點布設：為便于檢查開挖斷面的尺寸及形狀，在施工中設置控制點。中線施工控制點在直線地段每10米設一個，曲線地段每5米設一個，中線控制點應設在拱頂處，水平施工控制點每10米設一個。中線、水平基點布設：距開挖面每50米埋設一個中線樁，每100米設一個臨時水準點。鉆眼前定出開挖斷面中線、水平線，用紅油漆準確繪出開挖斷面輪廓線，并標出炮眼位置，經檢查合格后方可鉆眼。（表1）
①定位開眼。人工搭建施工平臺配多臺風動鑿巖機鉆眼，其軸線與隧道保持平行。就位后按炮眼布置圖正對鉆孔。對于掏槽眼和周邊邊眼的鉆眼精度要求比其它眼要高，開眼誤差控制在5cm內。（圖7）
②鉆眼。按照不同孔位，將鉆工定點定位。要求鉆工熟悉炮眼布置圖，具有熟練操作鑿巖機械的能力，尤其是鉆周邊眼，應該安排經驗豐富的老鉆工實施，并安排專人進行指揮，必須保證鉆周邊眼工作的順利安全實施，且滿足相關的施工要求。另外，根據眼口位置巖石的凹凸程度調整炮眼深度，保證炮眼底在同一平面上。
施工時控制好炮眼的角度、深度、密度，使之符合設計要求，是保證光爆質量的關鍵之一，為此，需符合下列精度要求：1）掏槽眼：眼口間距誤差和眼底間距誤差必須小于等于5cm。2）輔助眼：眼口排距、行距誤差都必須小于等于5cm。3）周邊眼：沿隧道設計斷面輪廓線上的間距誤差應小于等于5cm；眼底不超出開挖斷面輪廓線10cm，最大不得超過15cm；眼深誤差不宜大于100mm。
內圈炮眼至周邊眼的排距誤差不大于5cm，炮眼深度超過2.5m時，內圈炮眼與周邊眼宜采用相同的斜率。
如果開挖面凹凸較大，應根據實際情況調整炮眼深度，同時對藥量進行相應調整，保證除了掏槽眼之外的炮眼底都在同一垂直面上。
③清孔及成孔檢查。鉆眼完成后，嚴格成孔檢查。依照相關的規范要求進行檢查并做好記錄，一旦發現不符合規范標準的炮眼重鉆，必須采取有效的修正措施，只有在檢查符合規范標準的基礎上才能進行裝藥爆破，同時要求裝藥前，用高壓風、水將炮眼內泥漿、石屑吹洗干凈。
④裝藥。裝藥分片分組，按炮眼設計圖確定的裝藥量自上而下進行，雷管要“對號入座”，要定人、定位、定段別，依照相關規范要求進行裝藥。
⑤出碴。隧道出碴根據現場施工條件及棄渣場距離，本工程配斗容3m3裝載機一臺裝碴，挖機清底，自卸汽車10臺運輸。鋼架加工可采用工廠化制作方案，亦可在現場加工制作?，F場加工可在工點按1：1胎模熱彎制成，加工后要試拼，允許誤差為：沿隧道周邊輪廓偏差為±3cm，平面（翹曲）偏差±2cm。接頭連接，要求每榀之間可以互換；鋼筋鋼架的腹部八字形單元可在工廠壓制，運至現場后再分段胎模焊接而成。
2.2.2.5 鋼架安裝。鋼架在初噴砼后安裝，要求盡量與圍巖靠近，但需留2～3cm間隙作混凝土保護層。鋼架安裝確保兩側拱腳必須放在牢固的基礎上。安裝前必須保證底腳處的干凈整潔；拱腳標高不足時，應設置鋼板進行調整，必要時可用混凝土加固基底，禁止用土、石回填；拱腳高度應低于上半斷面底線15～20cm，當拱腳處圍巖承載力不夠時，應向圍巖方向加大拱腳接觸面積。鋼架嚴格按設計架設，應嚴格控制中線及標高，鋼架安裝允許偏差橫向和高程均為±5cm，傾斜度不得大于2°。分片鋼架在開挖面組裝成整榀鋼架，每節連接螺栓應擰牢固。鋼架立起后，根據中線、水平將其校正到正確位置，然后用定位筋固定，并用縱向連接筋將其和相鄰鋼架連接牢靠，鋼架與壁面間用鋼楔或混凝土墊塊楔緊。
2.2.2.6 初期支護噴砼。上下臺階可同時進行噴漿支護。噴射混凝土應采用濕噴工藝進行施工。濕噴機工作時要求系統風壓不小于0.5MPa，風量不小于10m3/min，工作風壓一般控制在0.4～0.5MPa。施工要點：
噴射作業分段、分片由下而上順序進行，每段長度不宜超過6m。
一次噴射厚度應根據設計厚度和噴射部位確定，初噴厚度不小于4～6cm。
首層噴砼時，要著重填平補齊，將小的凹坑噴圓順。巖面有嚴重坑洼處采用錨桿吊模噴砼處理。
噴射作業應以適當厚度分層進行，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行。若終凝后間隔1h以上且初噴表面已蒙上粉塵時，受噴面應用高壓風水清洗干凈。
作業開始時，應先送風，后開機，再給料，待砼從噴嘴噴出后，再供給速凝劑；結束時，先關閉速凝劑計量泵，之后停止供料，待噴嘴殘留的少量砼和速凝劑完全吹凈后，再停風。
噴射機的風壓，應滿足噴頭處的壓力在0.1MPa左右。噴射作業完畢或因故中斷噴射時，必須將噴射機和輸料管內的積料清除干凈。
噴頭距巖面距離以0.6m～1.2m為宜，與受噴面基本垂直，噴射料束與受噴面垂線成5°～15°夾角時最佳；噴射時，應使噴射料束螺旋形運動。
當巖面普遍滲水時，可先噴砂漿，并加大速凝劑摻量，在保證初噴后，按原配比施工。當局部出水量較大時采用埋管、鑿槽、樹枝狀排水盲溝等措施，將水引導疏出后，再噴砼。
鋼架與壁面之間的間隙應用混凝土充填密實；噴射混凝土應由兩側拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋。
噴混凝土終凝2h后，噴水養護，養護時間不少于7d；氣溫低于+5℃時，不噴水養護。
2.2.3 微臺階施工時注意事項 當進行微臺階施工時為保證施工安全質量，特別注意以下幾點：
2.2.3.1 裝藥：為控制超欠挖，應按光面爆破控制裝藥量，周邊眼采用間隔裝藥方式。
2.2.3.2 起爆順序：掏槽眼輔助眼周邊眼底板眼，底板眼可較常規裝藥量大，目的是起到拋碴作用。
2.2.3.3 噴射砼：采用濕噴砼不僅可以保證噴射砼的強度質量，還可以有效降低粉塵和回彈量。
2.2.3.4 初期支護完成后，要布設監控測量點，對開挖支護完成后的斷面經常進行量測，如有異常及時補測，及時對觀測數據進行整理，包括觀測數據計算、填表制圖、誤差處理等。
2.2.4 安全措施 采用微臺階法施工時，由于是上下臺階平行推行，在下臺階開挖前應該保證上臺階已經發揮作用的初期支護一切正常，所有的步驟都嚴格按照相關的規范標準進行。另外，要求上臺階最少有一榀鋼架在下臺階開挖后不形成懸空，只有這樣才能保證該方案的順利實施，只有在施工的過程中嚴格控制和管理各項施工工序，保證每項施工工序都符合相關的規范標準，避免不安全因素的出現。
因掌子面存在個別工序間的交叉作業，一個作業面內可能存在人員、機械同時施工的情況，必須嚴格規定人員進出線路；開挖臺架移動過程中，要求周圍10米范圍內無人。最好選擇比較平順的道路，在移動的過程中盡量保證臺架不動。
專業性很強的工種必須經過相關部門培訓，取得相應資格證書才能上崗，比如電工、電焊工、爆破工等；為保護作業人員安全，應焊接安全防護網在臺架作業平臺周邊；作業臺架照明采用36V安全電壓；要求進入作業面的作業人員穿著規定的服裝，嚴禁穿著違禁服裝；爆破15min后，檢查人員才能進入掌子面檢查，并且只有在確定安全的情況下才能開展下一步的工作，即安排專人清除松動石塊；要求射砼全體工作人員都必須配戴口罩，噴射手還應該配戴臉部防護罩，因為其在作業的過程中很容易受到那些回彈小石子的傷害，也正因為如此要求噴射點5m范圍內不得站人。
2.2.5 環保措施 依照相關規定標準排放施工引起的“廢煙、廢氣、廢水”及堆放廢物。
隧道內所有排出洞外的水都必須經過嚴格的處理，符合相關規定標準后才能排入指定地表水體。
爆破后會產生很多的粉塵污染物，這時應該及時進行通風、灑水，最大程度地減少其對人體造成的損害；為了提高噴射砼強度質量、減少回彈，噴射砼應采用濕噴工藝，如此可有效減少噴射砼粉塵對人體造成的損害。
3 結束語
通過采用微臺階法開挖，縮小各工序銜接時間差，加快施工進度，減少了人員、設備窩工。采用微臺階法開挖每月可多開挖20m左右，同時節約了單位產值的勞動力和機械成本采用微臺階法開挖隧道，可給后續工序創造更多的作業空間，仰拱距掌子面的安全距離完全可控，安全管理、文明施工等都得到極大的提高。
參考文獻：
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[3]JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].北京：人民交通出版社，2004.
隧道開挖方式范文3
摘 要:隨著隧道技術的發展，盾構隧道成為城市地下工程施工的主要施工方法，而盾構在推進過程中開挖面穩定性的研究未能引起關注，本文就開挖面穩定性的研究方法作出評析與比較，從而更好地指導開挖面穩定性的研究工作。
關鍵詞:隧道盾構;推進;開挖面穩定
1 引言
盾構隧道技術是城市地下工程施工對周圍地層擾動最小的施工方法，已成為我國城市地鐵隧道施工中一種重要的施工方法。同其他施工方法一樣，由于地質條件和施工工藝的限制，很難避免盾構推進對周圍環境的擾動，甚至導致過大的地面沉降。而這種環境的破壞主要取決于盾構開挖面的穩定性，所以開挖面的穩定是盾構施工的一個重要問題。雖然圍繞這一問題已做了不少的研究工作，但由于地質條件的復雜多變及施工參數的變化，使得研究成果具有一定的局限性，為此本文綜合地評析了盾構法施工開挖面穩定的研究方法，以期更好地指導對開挖面穩定性的研究工作。
2 隧道盾構法開挖面穩定的研究方法
2.1 開挖面穩定系數法
許多學者已經描繪了隧道開挖面的破壞機制，通過理論分析或是經驗以穩定系數N的形式提出了保持開挖面穩定所需支持力的計算公式，Broms和Bennermark[1] (1967)提出了粘性土穩定的確定方法。
N=(σs+γH-σt)/Su(1)
γ:土體單元的重力;D:盾構直徑;
Su:盾構軸心處土體的不排水剪切強度;
σs地面荷載;H:地表到盾構軸心處距離;
σt:盾構面支持應力;
當穩定系數N
N=4ln(2C/D+1)(2)
N=2+2ln(2C/D+1)(3)
N:穩定性系數;C:盾構埋深D:盾構的直徑;
雖然穩定系數法得到了一系列的改進，表達形式多樣化，但始終沒有考慮到滲透力對開挖面的影響，適合無地下水施工條件中的計算。同時也因沒有考慮到弧效應過高地估計了破壞力，今后開挖面穩定系數法的研究工作也應包括這兩個方面。
2.2 極限平衡法
Horn于1961年根據筒倉理論提出計算模型如圖(1)，圓形開挖面的面積和正方形面積大致相等，即(楔形體的寬)B=(π/4)D，國外的學者有的采用計算模型:B=D或B=1.8D。G.Anagnostou和K.kovarl[4]利用此模型研究開挖面的穩定問題，從而簡化了三維開挖面穩定的破壞機制，計算開挖面穩定時所需的支持力是通過考慮楔形體和棱柱體極限平衡得出的。其中較為困難的一步就是計算模型的水頭場，同時還要考慮盾構隔板不排水性。應用三維有限元可以確定，求水頭場的目的在于計算滲流力對開挖面穩定的影響，當滲透力能夠計算以后，最后在水平方向列出極限平衡方程，反復迭代w，從而求出開挖面穩定時所需最大的支持力。c(土體粘聚力)f(土體摩擦角)對支持力的大小起決定性作用，但G.Anagnostou和K.kovarl的計算模型只適用于同一種土，c，φ不能直接取均值，而且也未考慮隧道的弧效應。筆者認為應對極限平衡法計算模型作出改進，將楔形體按土層分成n個隔離體，每個隔離體都是同性土。這種處理方法能夠很好的解決開挖面楔形體不同種土層的問題，c，φ值可以直接取。每個隔離體受到上下隔離體的合力作用，在水平和垂直方進行向合力為零的分析，從而得出最大的支持力作為實際掘進過程中最小的支持力。極限平衡法可以考慮到滲透的作用，使得計算更加符合有地下水的施工條件。
2.3 試驗研究方法
程展林等人[5]通過模型試驗，對泥漿盾構施工中泥漿維持開挖面穩定的力學機理，開挖面前緣土體的應力變化規律，泥漿壓力作用機理及泥皮形態進行了研究，認為在中粗砂地基中，泥水式盾構挖掘隧道，通過泥漿壓力的作用，是可以保持開挖面穩定的，提出了中粗砂地基中臨界泥漿壓力公式:
Pnf=(0.6～0.7)tg2(45°-φ′/2)(σν-u)+u(4)
φ′:地基土有效內摩擦角;u:孔隙水壓力;σν:
為上覆土體豎向應力;(0.6～0.70):反映砂土地基的拱效應。這種方法考慮到了拱效應和孔隙水壓對穩定的影響，與國外最簡單的泥漿壓力按地下水所產生的靜水壓力再加上20kPa來確定臨界壓力的方法相比考慮更為全面且符合實際情況。離心試驗作為研究隧道開挖面穩定性的方法在國外較為常見。PierreChambon[6]根據離心實驗研究無粘性土盾構開挖面的穩定性，指出最重要的影響參數是盾構直徑，最小的支持力隨著隧道直徑線性增大，如圖(2)，并給出了開挖面的破壞形態是泡狀的，指出應變主要集中在泡的邊界面上，如圖(3)。但離心機中的小規模試驗并不能很真實地反映實際條件，只能模擬最壞的設置條件。
2.4 有限元法
許多評判開挖面穩定性的方法是基于極限方法、靜態方法計算的，這是趨于粗糙的估算。有限元在土工數值計算中廣泛應用，能夠更加準確的模擬真實的施工條件。目前國內外有許多學者用有限元研究隧道開挖面的穩定性。王敏強[7]等人采用三維非線性有限元模擬盾構推進的過程，提出了計算模型，可以應用到研究開挖面穩定的研究中。Buhanetal[10]描繪了EPB開挖面的三維有限元計算模型，在計算模型中包括了滲透力作用在開挖面上，針對直徑為8m盾構機的開挖面穩定性進行了研究，發現開挖面的穩定安全系數只與水平和垂直方向的滲透系數的比值有關，密度對其影響很小。而PierreChambon[8]指出三維模型能夠獲得滿意的效果，二維方法由于沒有考慮弧效應過高地估計了破壞壓力，基于理論和實踐盾構開挖面的破壞范圍大致相似，而不同的就在于垂直方向上的范圍。針對三維能夠取得很好的模擬盾構推進時土體的受力情況，筆者認為應用有限元法時三維有限元應優先選擇。
3 結語和展望
本文較為系統地對國內外隧道盾構法開挖面的研究成果進行分類，并給予了詳盡的評價，為以后學者的研究奠定了良好的基礎。筆者相信:隨著我國地鐵建設逐步開展，城市地下工程施工技術的研究開發已成為一個重要的課題。盾構隧道施工以其具有綠色環保的特點已受到了各方面的注目[9]，可以預計盾構施工方法日后在中國大地上會得到飛速的發展。計算機科學技術的發展必將會大大的促進了隧道盾構法開挖面穩定性的研究，從而更好地指導盾構法隧道的施工。
參考文獻
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[6] PierreChambonChambon，“Shallowtunnelsincohesionlesssoil:Stabilityoftunnelface，”[J].JournalofGeotechnicalEngineering，Vol.120，No.7，1994
[7] 王敏強，陳宏勝.盾構推進隧道結構三維非線性有限元仿真[J].巖石力學及工程學報，Vol.21，No.2，2002
[8] P.deBuhan，A.Cuvillier，L.Dormieux，andS.Mag hous，“Facestabilityofshallowcirculartunnelsdrivenun derthewatertable:Anumericalanalysis，”[J].Interna tionalJournalforNumericalandAnalyticalMethodsinGeo mechanics，23:79～95，1999
隧道開挖方式范文4
【關鍵詞】 隧道 特殊地質洞段 開挖支護 施工方法
1工程介紹
木里河立洲電站系木里河干流（上通壩～阿布地河段）水電規劃“一庫六級”的第六個梯級，位于四川省涼山彝族自治州木里藏族自治縣博科鄉下游立洲巖子至八科索橋2.4Km的河段，總裝機容量351MW。
引水隧道總長16727m，圓形斷面，開挖洞徑為Ⅲ類圍巖：4.55～5.1m，以Ⅳ類圍巖為主，約占50%，Ⅴ類圍巖約占30%，Ⅲ類圍巖約占20%。
引水隧道地質條件復雜，特殊地質洞段占比例較大，施工難度大。隧道區域地質背景較為復雜，構造活動較為強烈，斷層發育較多。隧道局部洞段埋深過大，存在高地應力問題，隧道成洞條件較差，地下水位較高。隧道大部分位于地下水位之下，斷層破碎帶或裂隙發育帶附近，隧道施工時出現涌水現象。
2 巖爆洞段開挖及一期支護施工方法
本工程施工中遇到的是輕微巖爆，主要施工方法為：（1）對開挖后的巖面及時灑水減壓，并在施工中取得了良好的作用效果；（2）對已施工完成一期支護的洞段，施工6m深孔減壓孔。
3 極軟巖洞段開挖及一期支護施工方法
施工中遇到的極軟巖主要為：極薄層炭質板巖、蛇綠巖等，施工過程嚴格遵循新奧法施工：“短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的原則。
施工進尺控制在50cm/循環，臺階法分部開挖；上部臺階每循環開挖完成后，噴射C20混凝土（δ=5cm）封閉掌子面，施工鋼拱架及鎖腳錨桿，鋼拱架間距30～50cm。施工臺階預留長度10m，較合理，避免了上部臺階與下部施工的施工干擾。下部鋼拱架施工，采用左右交錯、逐榀連接拱架拱腿的方式，防止上部拱架掉落。系統錨桿及時跟進、分部施工。以上開挖支護方式為：鋼筋網片+噴射混凝土+系統錨桿+鋼拱架組成的剛性支護體系。
開挖施工，采用挖掘機開挖或弱爆破施工，穩扎穩打，及時支護，確保安全施工通過極軟巖洞段。
支護施工，也可采用鋼格柵柔性支護方式，鋼格柵間距50cm，每榀鋼格柵拱肩、拱腰部位施工8根定位錨桿，拱腳部位施工4根鎖腳錨桿，埋設圍巖監控量測點，充分利用圍巖自穩能力。
在極軟巖洞段已支護洞段埋設圍巖拱頂沉降及水平收斂監測點，斷面間距10m，采用三線法監測，見圖1：圍巖監控量測布置圖，及時監測三邊長度值，監測頻率根據監測數據回歸分析結果確定，一般為每天一次。
水平線長度變化Δc即為水平收斂監測值。Δh為拱頂沉降監測值，根據a、b、c三邊長度計算每次監測的h值，最終計算拱頂沉降變化值Δh。
海倫公式求面積：
1）P=1/2（a+b+c）
2）S=sqrt[p·（p-a）·（p-b）·（p-c）]
3）S=1/2c·h
注：sqrt為平方根。
故h=2sqrt[p·（p-a）·（p-b·）（p-c）]/c
根據圍巖收斂變形及拱頂沉降變形分析結果，繪制數據回歸分析曲線，指導下一步開挖支護施工，具體如下：（1）拱頂沉降變形量Δh>0.3mm/天，水平收斂變形量Δc>1mm/天，圍巖處于急劇變形階段，建議加強支護、提前施工二次襯砌、加密監測。（2）拱頂沉降變形量0.15mm/天
4 變形洞段開挖及一期支護施工方法
主要施工方法為：（1）強支護，在原拱架內層設置副拱架，并連接成為整體，共同受力；施工徑向注漿小導管，在隧道周圍形成固結圈，防止圍巖變形。（2）針對變形洞段一期支護施工完成后產生的持續變形，主要表現形式為：噴射混凝土開裂、脫落、掉塊及鋼拱架扭曲變形。主要施工方法及措施如下：（3）加強圍巖監控量測，加密監量：增加檢測次數，每日3次；增加監測斷面，5m一個斷面。（4）對掉塊部位采用噴射混凝土封閉，觀察變形有無持續發展，以便采取下一步的施工措施。（5）在變形洞段醒目位置設置安全警示牌，提醒人員、車輛迅速通過，確保安全。
5 塌方洞段開挖及一期支護施工方法
針對不同圍巖情況的地質原因塌方處理，采取的措施及方法如下：
5.1 蛇綠巖體，遇水極易軟化
施工中，由于注漿會注入大量的水至巖體之中，蛇綠巖體遇水極易軟化，強度降低明顯，自穩時間短較短，不利于掌子面穩定，因而常規小導管超前預注漿方式不能解決蛇綠巖洞段的塌方處理問題。
結合施工現場實際情況，采取的處理方法及措施如下：①在塌方處理段后方5～10m位置全斷面范圍內施工3～6m深孔排水孔，提供排水通道。②采用長度3m的短超前小導管，搭接長度1.5m，仰角5～10°，形成加密的超前支護。上、下分部開挖，強支護，鋼拱架間距0.3～0.5m。
5.2 極薄層炭質板巖，裂隙極發育，極易坍塌
主要施工方法為：上下分部開挖，光面爆破，支護緊跟開挖，短進尺，鋼拱架間距控制在50cm/榀。每循環開挖前采用3～6m超前小導管預注漿，在開挖掌子面前方形成固結圈。
5.3 斷層破碎帶，自穩時間極短
主要施工方法為：采用潛孔鉆頂管法施工6～8m長管棚，管棚環向間距20cm，鋼管內增加螺紋鋼骨架，并預留梅花形布置的注漿孔，管棚后部搭接在拱架拱背處，仰角10～15°打入斷層破碎帶，預注漿形成固結圈之后，再采用分部臺階法施工。臺階法施工方法見3。
6 涌水洞段開挖及一期支護施工方法
局部洞段涌水量較大，平均流量達95L/s，采取的主要施工方法為：
（1）開挖爆破裝藥，為防止涌水過大造成的爆破效果差，對掏槽孔、輔助孔采用螺紋鋼堵塞炮孔，提高爆破能量利用效率，并在施工中取得了良好效果。
（2）涌水洞段爆破使用硝銨炸藥效果較差，施工中結合實際情況，采用乳化炸藥。
（3）緊貼巖面敷設EVA防水板，將涌水順洞壁引至底腳部位，然后施工鋼筋網片+噴射混凝土+鋼拱架聯合支護體系。
（4）涌水量較大洞段的圍巖類別，根據現場實際情況及施工經驗，降低一個圍巖類別，即采用低一級的圍巖類別的開挖及支護型式施工。
施工中，結合本工程實際情況，總結出了一種測定計算涌水量的方法，采用間接法，通過測定洞內順坡洞段排水溝水流量，推算掌子面涌水量：
1）平均過流斷面積
選擇一段隧道臨時排水溝寬度、深度較均勻的部位，并測量排水溝深度h、寬度b，計算過
流斷面積S =b·h，測量三組，取其算術平均值，得平均過流斷面積。
2）測段長度l
確定起點、終點位置，并做好標記，測量測段長度l ，一般取10m。
3）平均流速
由兩人配合測定，具體方法為：一人在起點位置放置漂浮物，同時另一人開始秒表計時，當漂浮物運動至終點位置時，秒表終止計時，得出持續時間t，則流速ν=l/t。測定三組流速值，取其算術平均值，得平均流速。
4）平均流量
隧道開挖方式范文5
在采用淺埋暗挖法進行隧道施工的過程中，首先要根據施工環境、施工要求、工程特點、施工單位以及圍巖情況進行詳細的分析，然后再選擇合理有效的開挖方法，特殊工程應對其進行試驗和驗證，確保工程施工的可靠性[3]。在隧道施工中，臺階式的施工方法是經常用到的開挖方法，在隧道施工中應用的方法還有很多種，都是根據隧道施工的類型而選取使用的開挖方法。如：在城市及其附近的區域應使用短臺階法或上臺階分部的開挖法；在山嶺隧道的施工區域可使用正臺階開挖方法；城市地下停車場以及地鐵站的隧道施工區域應采用中洞法、側洞法以及柱洞法等開挖方法[4]。特別需要注意的是在隧道斷面較大的時候，不能使用全斷面的開挖方法；隧道施工的過程中，要盡量避免或減少對圍巖產生的擾動；隧道開挖施工應優先選用掘進機或是人工開挖的方式進行；在一些特定區域使用的爆破挖掘時，需使用弱爆破、短進尺的爆破裝置。
2輔助施工方法
利用淺埋暗挖法對隧道進行施工的過程中，會使用到很多種的輔助施工方法，其中輔助施工方法的選擇正確與否，也將直接對施工工程的造價以及成敗有著很大的影響。要針對工程的地質條件分析，結合綜合因素考慮選取使用的輔助施工方法，如果有多種輔助施工方法都可以使用的話，要優先考慮簡單的輔助施工方法，為了進一步確保隧道施工工程的安全和質量，也可以同時使用兩種或幾種輔助施工方法進行施工[5]。
3淺埋暗挖法隧道施工地面的沉降控制措施
3.1開挖過程的控制
在隧道施工開挖的過程中，要合理的控制開挖過程，時刻注意開挖的過程中所產生的沉降，采取相關的地層處理技術和隧道自身的相關措施。地層處理技術就是根據施工位置的地層地質情況，對其提高或者是改變地層的響應，從而降低、避免或改變隧道施工過程中所產生的地層運動的相關方法；隧道的自身就是在隧道施工時，在所施工的隧道內使用降低地層沉降的相關手段。
3.2改善土體的特性
隧道開挖施工的過程中，為了控制地層的沉降，經常會使用一些措施來對隧道施工的一些局部位置的土體進行加固處理[6]。這種做法帶來的好處是在隧道開挖施工后可以形成自然拱，而且還能有效的改進土體的特性，使其土質向著正方向發展。不僅如此，在加固土體的方案中，還有超前注漿、深層注漿等方式來改善土體的特有性質，在注漿的過程中可以根據土體的性質情況，選擇對其注入雙液漿、純水泥漿或是化學漿液等。
3.3根據施工地層具備的條件選取合理的施工方法
臺階法是隧道施工過程中較為常用的施工方法，而每項工程隧道施工的地理位置也是不一樣的，因此，每項工程施工的臺階法也是有一些區別的。臺階法的主要運力就是預留成型的核心土，而在使用臺階法施工前，應分析并確定施工地點的地層條件，根據分析結果來選取臺階法施工的臺階長度。
3.4提高施工的效率
提高施工工作效率，可以更好的保證隧道施工的順利完成。隧道施工效率講究的是時間，只要嚴格的按照施工規定的程序要求施工，盡量縮短施工時間，那么在施工過程中，地層應力的釋放就會有著有效的控制度，相應的地層內部的變位也將隨之減小，對隧道施工的整個過程也得到了更好的控制。
3.5及時施作二次襯砌
在隧道施工的過程中，為了確保施工地層盡快的恢復穩定狀態，需要及時的施作二次襯砌環節。其主要是因為利用淺埋暗挖法施工的地段大多都是軟弱的地層，而這樣的地層位置大多數都是屬于富水地層，隨著施工過程中的滲排水推遲，地表也將出現大范圍的沉降現象，相應的地層剛度與初期支護剛度的相互作用也將會越來越強。所以，二次襯砌必須要及時的施作。
4結束語
隧道開挖方式范文6
【關鍵詞】 超淺埋，暗挖隧道，下穿高速公路，施工方法，選擇
1.前言
隨著隧道施工的不斷發展，下穿既有建筑物和線路的隧道越來越多，施工難度越來越大，施工方法的選擇顯得尤為重要。深圳市紅棉路市政隧道下穿機荷高速公路段就是上述復雜隧道工程中的典型。該隧道開挖斷面大、埋深淺、圍巖十分軟弱。本文在對隧道施工方法進行研究選擇 。
雖然構筑物類型、變形和受力模式存在差異，但都面臨相似的問題，即隧道施工方法的選取、施工對地層、構筑物保護等系列問題，各種下穿類型的隧道技術研究成果可以為彼此提供借鑒。在隧道下穿既有高速公路施工方面，許亞軍[2]分析了洛陽新區東干渠下穿洛界高速公路段采用CRD分部開挖法的施工安全性。張鵬，譚忠盛[2-3] 采用數值計算方法對閨鄉隧道下穿施工工法進行了優化，并提出根據路面平整度和行車舒適性兩個角度確定下穿隧道地表沉降的控制基準。此外，王志[4]、馬占榮[5]、王成[6]等都對下穿高速公路隧道的施工方法和沉降控制技術進行了總結，為下穿高速公路的工程施工提供了寶貴經驗。
2.工程概況
紅棉路求水山隧道下穿機荷高速段，是目前國內下穿高速公路最長的隧道，為雙向六車道大斷面隧道，其中，左線長163m，右線長177m，隧道中線與高速公路約45°～58°夾角斜交，中心線間距約為43.5m（如圖1-1所示），隧道下穿段的開挖跨度約16.0m，高度為11.7m，開挖斷面總面積約163.4m2，埋深6m～8m，覆跨比 （H/D） 0.43，為大斷面超淺埋隧道，隧道采用大管棚和小導管注漿進行超前支護。
地質及水文情況，隧道穿越地層，圍巖主要為人工素填土、第四系沖洪積淤泥質土、粉質黏土、粗砂及殘積黏土、強風化泥質砂巖、松散或松軟結構，地下水呈小股流水或可出現股狀流水，并有少量滲水，圍巖開挖后無自穩能力。
圖1-1 隧道下穿機荷高速段平面布置圖
3.工程特點
隧道斷面跨度大、埋深淺、穿越地質多為富水軟弱圍巖，跨越長度長，施工過程受高速公路強動載影響，開挖極易坍塌，隧道容易變形，施工風險極高，屬于國內施工難度罕見的隧道。
2-1隧道橫斷面結構圖
如上圖所示：
（1）隧道斷面
隧道橫斷面：寬度16m，高度11m，弧形由半徑7.605m和半徑5.355m半圓弧分段組成，圓心間距1.591m。
（2）超前支護
采用超前大管棚和超前小導管支護相結合的支護形式，超前大管棚在隧道開挖前施工完成，超前小導管在隧道開挖過程中進行施工。
①前大管棚：沿著開挖輪廓線外放15cm布置，管棚直徑159mm，鋼管壁厚10mm，管棚中心間距30cm，左線長度163m，右線長177m，施工時雙向對打施工;
②超前小導管：Ф42超前小導管，拱部180度范圍設置L=3m，環縱間距0.3m*1.5m。
（3）初期支護
①格柵拱架：主筋采用Ф25，環向鋼筋采用Ф14，鋼筋中心間距245mm;
②鋼筋網片：Ф8@200*200，③噴砼：C20網噴混凝土，厚度35cm;
④中空注漿錨桿：Ф25中空注漿錨桿L=4m，環向間距1m，縱向間距0.5m。
（4）防水
采用1.5mm厚PVC板，加350g/m2無紡布。
（5）二次襯砌
①鋼筋：主筋采用Ф28，分布鋼筋Ф18;
②混凝土：厚度70cm，采用C30，S8模筑混凝土。
4.隧道開挖方法分類
紅棉路求水山隧道下穿機荷高速段，埋深僅僅6m～8m，上方車流密集，且距離機荷高速荷坳收費站很近，交通疏解需要占用收費車道，如果封閉范圍太大，占用車道太多，則會由于車輛不能及時過收費站而造成交通阻塞。因此，隧道施工無法采用明挖法或者蓋挖法，唯一的選擇只有采用暗挖施工。
隧道的開挖方法選擇的目的，是為了有效的控制這種圍巖薄弱處產生局部破壞，在安全和質量保證的前提下，經濟快速的進行施工。施工方法選擇，主要考慮因素：施工條件的限制、圍巖情況、隧道斷面跨度、隧道的埋深、工期、環境要求以及經濟效益。
根據開挖斷面形式的不同，常見的開挖方式有以下7中類型：全斷面法、臺階法、環形開挖預留核心土法、雙側壁導坑法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁法，參考表3-1隧道開挖方法分類示意表。
