隧道的开挖方式
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隧道的开挖方式范文第1篇
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.
Key words： tunnel project；micro level excavation；construction technology
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）12-0155-03
0 引言
在以往隧道施工中，为了安全快速的掘进，一直延用的是短台阶法，但在短台阶法施工中，上、下导台阶在交叉施工过程中存在相互干扰大，影响施工进度、造成机械人员窝工等缺点。为了解决这些问题，确保怀玉山隧道的施工进度和节约施工成本，避免传统的上、下台阶法在施工过程中相互干扰大、开挖台阶过长、初期支护未及时封闭成环造成隧道塌方的弊端，采用微台阶开挖施工工法，严格按“短开挖、强支护”的原则，利用一个开挖台架完成上下台阶的钻孔、装药，同时爆破、同时出碴，以此缩短工序间的衔接时间，同时给后续工序提供更大的空间，缩短了掌子面与仰拱、二次衬砌之间的距离，为今后类似隧道工程施工开挖提供参考。
1 工程概况
该标段施工的怀玉山隧道右线起止里程为YK21+013～YK22+700，共1687m，其中采用微台阶法开挖共计863m，怀玉山隧道左线起止里程为ZK21+002～ZK22+700，共1698m，采用微台阶法开挖共计853m。围岩多为强风化花岗岩，因而隧道施工必须遵循“安全第一”的原则，按照“弱爆破、短进尺、强支护、早衬砌”的施工方法进行施工。
2 施工方法及技术措施
2.1 施工总体方案 为了使隧道安全、快速的掘进，避免由于开挖台阶过长、初期支护未及时封闭成环造成隧道塌方，严格按“短开挖、强支护”的原则，采用微台阶开挖施工方案，即在怀玉山隧道Ⅳ、Ⅴ级施工时，根据设计图纸及现场实际情况，采用一个开挖台架并在开挖台架上增设拼装式悬臂平台来完成台阶的钻孔、爆破、出渣、支护，以此缩短施工工序之间的衔接时间，缩短掌子面与仰拱、二衬之间的距离，进行安全快速的洞身开挖。
2.2 各工序施工方法
2.2.1 工艺流程 如图3-图6。
2.2.2 微台阶施工方法
2.2.2.1 Ⅳ级围岩每循环开挖进尺2m，Ⅴ级围岩每循环开挖进尺0.8m。
2.2.2.2 上台阶可超前3-5m，利用一个开挖台架完成上下台阶的钻孔、装药，同时爆破、同时出碴。爆破采用光面爆破。
2.2.2.3 开挖轮廓线的确定。隧道开挖轮廓线考虑隧道设计内轮廓尺寸、初期支护及二次衬砌设计厚度及预留周边围岩变形量确定；隧道采用构件支撑，开挖时预留支撑沉降量，以保证衬砌设计厚度。
2.2.2.4 钻爆施工。中线、水平控制点布设：为便于检查开挖断面的尺寸及形状，在施工中设置控制点。中线施工控制点在直线地段每10米设一个，曲线地段每5米设一个，中线控制点应设在拱顶处，水平施工控制点每10米设一个。中线、水平基点布设：距开挖面每50米埋设一个中线桩，每100米设一个临时水准点。钻眼前定出开挖断面中线、水平线，用红油漆准确绘出开挖断面轮廓线，并标出炮眼位置，经检查合格后方可钻眼。（表1）
①定位开眼。人工搭建施工平台配多台风动凿岩机钻眼，其轴线与隧道保持平行。就位后按炮眼布置图正对钻孔。对于掏槽眼和周边边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差控制在5cm内。（图7）
②钻眼。按照不同孔位，将钻工定点定位。要求钻工熟悉炮眼布置图，具有熟练操作凿岩机械的能力，尤其是钻周边眼，应该安排经验丰富的老钻工实施，并安排专人进行指挥，必须保证钻周边眼工作的顺利安全实施，且满足相关的施工要求。另外，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。
施工时控制好炮眼的角度、深度、密度，使之符合设计要求，是保证光爆质量的关键之一，为此，需符合下列精度要求：1）掏槽眼：眼口间距误差和眼底间距误差必须小于等于5cm。2）辅助眼：眼口排距、行距误差都必须小于等于5cm。3）周边眼：沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差应小于等于5cm；眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm；眼深误差不宜大于100mm。
内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈炮眼与周边眼宜采用相同的斜率。
如果开挖面凹凸较大，应根据实际情况调整炮眼深度，同时对药量进行相应调整，保证除了掏槽眼之外的炮眼底都在同一垂直面上。
③清孔及成孔检查。钻眼完成后，严格成孔检查。依照相关的规范要求进行检查并做好记录，一旦发现不符合规范标准的炮眼重钻，必须采取有效的修正措施，只有在检查符合规范标准的基础上才能进行装药爆破，同时要求装药前，用高压风、水将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。
④装药。装药分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”，要定人、定位、定段别，依照相关规范要求进行装药。
⑤出碴。隧道出碴根据现场施工条件及弃渣场距离，本工程配斗容3m3装载机一台装碴，挖机清底，自卸汽车10台运输。钢架加工可采用工厂化制作方案，亦可在现场加工制作。现场加工可在工点按1：1胎模热弯制成，加工后要试拼，允许误差为：沿隧道周边轮廓偏差为±3cm，平面（翘曲）偏差±2cm。接头连接，要求每榀之间可以互换；钢筋钢架的腹部八字形单元可在工厂压制，运至现场后再分段胎模焊接而成。
2.2.2.5 钢架安装。钢架在初喷砼后安装，要求尽量与围岩靠近，但需留2～3cm间隙作混凝土保护层。钢架安装确保两侧拱脚必须放在牢固的基础上。安装前必须保证底脚处的干净整洁；拱脚标高不足时，应设置钢板进行调整，必要时可用混凝土加固基底，禁止用土、石回填；拱脚高度应低于上半断面底线15～20cm，当拱脚处围岩承载力不够时，应向围岩方向加大拱脚接触面积。钢架严格按设计架设，应严格控制中线及标高，钢架安装允许偏差横向和高程均为±5cm，倾斜度不得大于2°。分片钢架在开挖面组装成整榀钢架，每节连接螺栓应拧牢固。钢架立起后，根据中线、水平将其校正到正确位置，然后用定位筋固定，并用纵向连接筋将其和相邻钢架连接牢靠，钢架与壁面间用钢楔或混凝土垫块楔紧。
2.2.2.6 初期支护喷砼。上下台阶可同时进行喷浆支护。喷射混凝土应采用湿喷工艺进行施工。湿喷机工作时要求系统风压不小于0.5MPa，风量不小于10m3/min，工作风压一般控制在0.4～0.5MPa。施工要点：
喷射作业分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过6m。
一次喷射厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，初喷厚度不小于4～6cm。
首层喷砼时，要着重填平补齐，将小的凹坑喷圆顺。岩面有严重坑洼处采用锚杆吊模喷砼处理。
喷射作业应以适当厚度分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷表面已蒙上粉尘时，受喷面应用高压风水清洗干净。
作业开始时，应先送风，后开机，再给料，待砼从喷嘴喷出后，再供给速凝剂；结束时，先关闭速凝剂计量泵，之后停止供料，待喷嘴残留的少量砼和速凝剂完全吹净后，再停风。
喷射机的风压，应满足喷头处的压力在0.1MPa左右。喷射作业完毕或因故中断喷射时，必须将喷射机和输料管内的积料清除干净。
喷头距岩面距离以0.6m～1.2m为宜，与受喷面基本垂直，喷射料束与受喷面垂线成5°～15°夹角时最佳；喷射时，应使喷射料束螺旋形运动。
当岩面普遍渗水时，可先喷砂浆，并加大速凝剂掺量，在保证初喷后，按原配比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施，将水引导疏出后，再喷砼。
钢架与壁面之间的间隙应用混凝土充填密实；喷射混凝土应由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖。
喷混凝土终凝2h后，喷水养护，养护时间不少于7d；气温低于+5℃时，不喷水养护。
2.2.3 微台阶施工时注意事项 当进行微台阶施工时为保证施工安全质量，特别注意以下几点：
2.2.3.1 装药：为控制超欠挖，应按光面爆破控制装药量，周边眼采用间隔装药方式。
2.2.3.2 起爆顺序：掏槽眼辅助眼周边眼底板眼，底板眼可较常规装药量大，目的是起到抛碴作用。
2.2.3.3 喷射砼：采用湿喷砼不仅可以保证喷射砼的强度质量，还可以有效降低粉尘和回弹量。
2.2.3.4 初期支护完成后，要布设监控测量点，对开挖支护完成后的断面经常进行量测，如有异常及时补测，及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。
2.2.4 安全措施 采用微台阶法施工时，由于是上下台阶平行推行，在下台阶开挖前应该保证上台阶已经发挥作用的初期支护一切正常，所有的步骤都严格按照相关的规范标准进行。另外，要求上台阶最少有一榀钢架在下台阶开挖后不形成悬空，只有这样才能保证该方案的顺利实施，只有在施工的过程中严格控制和管理各项施工工序，保证每项施工工序都符合相关的规范标准，避免不安全因素的出现。
因掌子面存在个别工序间的交叉作业，一个作业面内可能存在人员、机械同时施工的情况，必须严格规定人员进出线路；开挖台架移动过程中，要求周围10米范围内无人。最好选择比较平顺的道路，在移动的过程中尽量保证台架不动。
专业性很强的工种必须经过相关部门培训，取得相应资格证书才能上岗，比如电工、电焊工、爆破工等；为保护作业人员安全，应焊接安全防护网在台架作业平台周边；作业台架照明采用36V安全电压；要求进入作业面的作业人员穿着规定的服装，严禁穿着违禁服装；爆破15min后，检查人员才能进入掌子面检查，并且只有在确定安全的情况下才能开展下一步的工作，即安排专人清除松动石块；要求射砼全体工作人员都必须配戴口罩，喷射手还应该配戴脸部防护罩，因为其在作业的过程中很容易受到那些回弹小石子的伤害，也正因为如此要求喷射点5m范围内不得站人。
2.2.5 环保措施 依照相关规定标准排放施工引起的“废烟、废气、废水”及堆放废物。
隧道内所有排出洞外的水都必须经过严格的处理，符合相关规定标准后才能排入指定地表水体。
爆破后会产生很多的粉尘污染物，这时应该及时进行通风、洒水，最大程度地减少其对人体造成的损害；为了提高喷射砼强度质量、减少回弹，喷射砼应采用湿喷工艺，如此可有效减少喷射砼粉尘对人体造成的损害。
3 结束语
通过采用微台阶法开挖，缩小各工序衔接时间差，加快施工进度，减少了人员、设备窝工。采用微台阶法开挖每月可多开挖20m左右，同时节约了单位产值的劳动力和机械成本采用微台阶法开挖隧道，可给后续工序创造更多的作业空间，仰拱距掌子面的安全距离完全可控，安全管理、文明施工等都得到极大的提高。
参考文献：
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖法技术通论[M].安徽：安徽教育出版社，2004.
[2]JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2004.
[3]JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
隧道的开挖方式范文第2篇
关键词：大跨度双连拱隧道；地层变形；加固方案；数值模拟
中图分类号：U45文献标识码： A
引言
隧道施工在下穿既有线时，无可避免地要对地层产生扰动，造成上方既有线路的隆沉，影响运营；同时，既有线路处于运营状态也对新建下穿隧道的设计和施工提出了更高的要求。因此需要科学的制定考虑时空效应的开挖和支撑的施工设计方案，进而可靠合理的利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力，有效的控制地表隆沉变形，保证既有线路安全运营。
本文针对某新建客专4线双连拱隧道下穿既有线的隧道开挖方法进行了优化，通过有限元数值计算对优化前后的开挖方法对既有线的影响进行了对比分析。
1 工程概况
暗挖下穿隧道的里程段长度约为80m，拱顶埋深1.92～9.47m，隧道开挖跨度达28m。其支护结构横断面见图2-6-1。隧道采取的支护和加固措施为：
（1）超前支护：隧道拱部120°范围采用φ159×8mm双层管棚超前支护，管棚沿隧道外轮廓布置，环向间距30cm，排间距30cm；在隧道开挖过程中，设φ42×5mm超前小导管进行支护，小导管环向间距30cm，纵向间距1.0m，长2.5m。
（2）初期支护：初期支护喷射C25纤维早强砼，厚度为35cm，纵、横隔壁厚度为30cm，钢架采用型钢钢架，每0.5m设置一榀。
（3）防水及二次衬砌： 隧道全断面铺设自粘式防水卷材，二次衬砌C35P12钢筋砼浇筑。
（4）线路加固：采用注浆方式加固路基。
隧道开挖采用中洞法+CRD工法，将整个断面开挖横向分为侧洞和中洞共3个洞，单个洞室采用CRD工法开挖支护。先施工中洞，再对称自上而下施工两侧洞。
由于隧道洞身大部分位于砂层中，围岩稳定性极差，因此施工严格执行“小分块，多循环，快封闭，勤量测，及时支撑，步步成环”大断面初期支护体系的原则，严格控制每循环进尺在0.5m，每循环开挖结束后，立即喷射5cm厚混凝土封闭掌子面。
2 计算模型和相关物理力学参数
有限元模拟中所需的物理力学参数如下。
材料参数
表1 计算输入支护参数
表2 计算输入土层参数
不同开挖方案的有限元建模
图1 优化前的隧道开挖方案
图2 优化前开挖方案的有限元模型
图3 优化后的开挖方案
图4 优化后开挖方案的有限元模型
图5优化前的开挖方案中二衬施工前的竖向位移云图
图6优化后的开挖方案中二衬施工前的竖向位移云图
（4）两种开挖方案的地表沉降曲线
图7优化前的开挖方案施工过程中地表沉降变化曲线
图8 优化后的开挖方案施工过程中地表沉降变化曲线
根据优化前开挖方案和优化后开挖方案的土层变形和地表沉降的分析结果，可知，两种开挖方案的变形趋势基本一致，由于左右两隧洞的断面是不对称的，因此地表沉降也呈现出不对称的趋势，左洞的地表沉降要明显大于右洞；在施作完中隔墙后，中隔墙的支护效果明显，使得地表沉降呈现双峰曲线的形状，之后在进行开挖作业时，右洞开挖引起的地表沉降要明显大于左洞。
总体来看，优化前的开挖方案引起的地表沉降最大值为23mm左右，而优化后引起的最大地表沉降则为16mm左右，可见，从控制地表沉降的角度来看，优化后的开挖支护方案要明显优于传统的开挖支护方案。
3 结论与讨论
本文借助有限元软件对新建大跨度铁路隧道下穿既有线的不同施工方法对地表沉降的影响进行了计算分析，在相同土层状况和相同加固方案的条件下：
（1）单纯从不同施工方案对地表沉降的影响来看，优化后的隧道分部施工开挖方案要明显优于优化前的方案；
（2）由于该双连拱隧道断面的不对称性所引起的地表不均匀沉降应予以重视，如在隧道顶部区域采取不对称的加固方案。
由于岩土材料和工程地质的复杂性，数值模拟分析时极难选取合适的参数来反映现场实际，而且，由于施工工序的高度复杂性，采取二维平面应变分析对真实施工的模拟结果也有较大影响。这些都是有待于进一步研究和讨论的。
参考文献：
[1] 万灵．大跨度前埋深隧道施工对地表变形影响数值分析研究[D]．广州：广东工业大学岩土工程专业，2011
隧道的开挖方式范文第3篇
【关键词】V级围岩；开挖工法；综合比较
在近些年的南方地区特别是沿海地区高速公路建设中，较软弱围岩开挖方式的选择一直是隧道施工中必然需要考虑的，特别是V级围岩，如何能做到既能保证施工安全又能保证开挖进度且能合理控制施工成本，是广大隧道施工项目技术人员的研究方向。
福建漳州某隧道设计均为IV级、V级围岩，在V级围岩施工过程中兼有中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、三台阶法、上下台阶法开挖，本文对前3种办法进行浅述及比选，以选择最合理的开挖方式。
1、工程概况
隧道左线长2297米，右线长2244米，地质条件相对复杂，为该项目控制性工程。隧道为分离式长隧道，隧道左洞V级围岩1122米，IV级围岩1175米，右洞V级围岩1088米，IV级围岩1156米。
隧道区地下水主要为风化基岩中网状裂隙-孔隙水，以及基岩裂隙水。隧道位于当地侵蚀基准面之上，山坡坡体较陡，地表水总体较贫乏，且隧道场址区未见明显的井、泉发育，总体上来说隧道场区为弱透水层。且有多条断层及节理密集带通过，对隧道洞身围岩的稳定较不利。
设计IV级及V级石质围岩采用上下台阶法进行施工，V级土质围岩采用中隔壁法进行施工。根据现场围岩情况及以往施工经验，研究后决定洞口段80米范围内先采用CD法及CRD法进行施工，然后根据现场实际情况适时更换为三台阶法进行施工，并对比两种施工方法后确定最佳开挖方案。
2、CD法及CRD法开挖
CD法，即中隔壁法，定义为在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧并施工中隔壁墙，然后再分步开挖隧道的另一侧的施工方法。CRD法，即交叉中隔壁法，主要是在CD法的基础上，为了增加掌子面的稳定，控制下沉量，适应大断面施工，采用增设临时仰拱的方法封闭成环的施工方法。
CRD开挖法主要施工工序如下：
1.开挖左侧导坑上台阶。
Ⅱ.左侧导坑上台阶初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及临时仰拱），施工上台阶锁脚锚杆。
3.开挖左侧导坑下台阶（包括临时仰拱）。
Ⅳ.左侧导坑下台阶初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及仰拱初期支护），必要时边墙脚设置锁脚锚杆。
5.开挖右侧导坑上台阶。
Ⅵ.右侧导坑上台阶初期支护（包括拱墙初期支护及临时仰拱），施工上台阶锁脚锚杆。
7.开挖右侧导坑下台阶（包括临时仰拱）。
Ⅷ.施工下台阶初期支护（包括仰拱初期支护及仰拱初期支护），必要时边墙脚设置锁脚锚杆。
Ⅸ.拆除中隔壁临时支护
Ⅹ.分步施工防排水系统和仰拱、边墙、拱部二次模筑混凝土衬砌。
CD法开挖在以上步骤中省略临时仰拱的施工步骤。
在该隧道进出口80m范围内的CD法及CRD法施工过程中，经过第三方的监控量测数据显示，进出口地表边坡测点共21个，有6个位移量超过2mm/周，累计平均位移2.25cm，处于安全阶段。初支周边位移及拱顶下沉所有测线或测点位移小于50%预警值变化速率小于1mm/d，处于最安全的I级报警状态，总体可控。
3、三台阶预留核心土法开挖
三台阶预留核心土开挖法是指在隧道开挖过程中,在三个台阶上分五个开挖作业面（有仰拱段为四个台阶六个开挖作业面），以前后六个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，缩短作业循环时间，尽早使初期支护封闭成环,形成整体支护，仰拱、二衬紧跟,逐步向纵深推进的作业方法。主要步骤如下：
① 上部弧形导坑环向开挖，施作拱部初期支护；
② 中、下台阶左右错开开挖，施作墙部初期支护；
③ 中心预留核心土开挖，隧道底部开挖，施作底部初期支护。
每部开挖后均应及时支护，隧道底部初期支护后应及时施作仰拱，尽早封闭成环。
在该隧道进出口改换三台阶法施工的80m范围内的第三方监控量测数据显示，进出口地表边坡测点位移未见明显变化，处于安全阶段。初支周边位移及拱顶下沉所有测线或测点位移略有增大，但仍处于最安全的I级报警状态，总体可控。
4、综合比较
通过该隧道施工过程中三种开挖方法的现场施工情况来看，总的各有优劣，具体对比如下：
项目 CD法 CRD法 三台阶法
施工安全方面 较安全 安全 较安全
技术难度方面 较高 高 一般
施工机械方面 中小型 小型 中大型
工序复杂方面 较复杂 复杂 较简单
工程造价方面 较高 高 较低
地表沉降监测 小 小 小
拱顶沉降监测 小 小 较小
周边位移监测 小 小 较小
掌子面监测 稳定 稳定 稳定
漳州该隧道长度为2270.5米，属于长隧道，且Ⅴ级围岩占到了隧道总长度的48.7%，原设计采用了比较保守的CRD开挖方法，开挖施工工序较多、施工面狭小、开挖面临时支撑多、空间狭小、难以发挥大机械开挖作业的作用，进度缓慢，效率低，一个施工面每天掘进不足0.5米,以该隧道左洞为例，两个洞口开挖，每个作业队要开挖Ⅴ级围岩561米，Ⅳ级围岩需要开挖587.5米，按照Ⅴ级围岩每天掘进0.5米，Ⅳ级围岩每天掘进3米进算，开挖时间就需要1318天，再加上Ⅴ级围岩与Ⅳ级围岩变化段的交叉施工，无法满足隧道的工期要求,工期矛盾十分突出。
从施工实际情况来看，CD法及CRD法施工工序较多，断面分块也较多，同时施工会产生互相干扰，扰动大，对施工安全较不利。且由于分块后断面较狭窄，不利于大型施工机械进行施工，经常发生对临时中隔壁和监控量测布点的破坏。且隧道开挖爆破施工对中隔壁会产生较大的影响，且中隔壁拆除过程中会对已稳定围岩产生二次扰动，有一定的安全风险。临时支护拆除难度较大，且造成材料浪费。特别是对于该隧道来说，由于V级围岩占比大，但是CD法及CRD法工序多，较繁杂，进度受较大影响，且临时支护须待监控量测证明围岩稳定后方可拆除，对项目工期造成非常大的影响。
三台阶法开挖过程中上中下三个台阶同时进行施工，互不干扰，施工空间相比来说较大，有较好的施工平台，初期支护中的锚杆及小导管施工较方便，施工质量也得到了保证。改变开挖方法后每天掘进可达到2~3米，且由于Ⅳ级围岩采用上下台阶开挖，在Ⅴ级围岩与Ⅳ级围岩变化段衔接性较好，节约了较多工期，成本也降低了，且工程总体仍处于可控状态。
5、结论
通过对该隧道V级围岩各种开挖方法的实践和综合比较，得出结论：CD法及CRD开挖法较适合大断面开挖施工，通过中隔壁的减跨，临时仰拱的及时封闭成环，可确保掌子面的稳定性，控制拱顶下沉量。
普通断面V级土质围岩可采用三台阶预留核心土法进行施工，V级石质围岩可采用上下台阶法进行施工，但开挖过程中要严格遵照“短进尺、弱爆破、强封闭、勤量测”的原则进行施工，随开挖随支护，严格按初期支护要求进行超前、径向锚杆及小导管施工，下一个台阶的开挖应在上一台阶的初期支护基本稳定后进行，并加强施工过程中隧道监控量测工作，采取必要措施，确保施工安全。
隧道的开挖方式范文第4篇
内容摘要：黄山至衢州高速公路浙江段衢州市境内隧道较多，B8合同段有五个隧道长为3.5KM。其中东头坞隧道、蕉坞隧道采用并行双线小净距隧道形式。 东头坞隧道长为161m，蕉坞隧道长590m。本工程主要位于浙皖中低山丘陵，地势陡峻，部分位于山间冲积盆地，地势较平坦。其中东头坞隧道主要穿越全-强风化泥岩，岩体呈碎裂状松散结构，节理裂隙发育-较发育。蕉坞隧道穿越全-微风化泥岩，其中强风化泥岩灰青色，层状构造，节理裂隙发育，裂隙面铁锰质渲染。根据隧道的围岩情况：东头坞、蕉坞隧道Ⅴ级围岩，拟采取正向单侧壁导坑开挖法施工。以工程实例对小净距隧道开挖方法、施工要点、支护等进行阐述，加强了对小净距隧道从设计到施工的理解。
1、小净距隧道开挖方法
对于东头坞、蕉坞隧道Ⅴ级围岩，采取正向单侧壁导坑开`挖法施工。
正向单侧壁导坑开挖、支护顺序图
⑵、施工要点
Ⅴ级围岩的开挖，上台阶采用人工与风镐配合开挖，下台阶采用机械开挖，用ZC3型电动侧卸式装载机装车，自卸车出碴，其开挖的工序为：
①右洞（后掘进洞）上台阶Ⅰ的开挖一般应落后于左洞下台阶Ⅰ的距离按设计要求为35-45m。当左洞（先掘进洞）出现围岩稳定性较差、监控量测数据收敛性不好情况时，右洞上台阶Ⅰ宜滞后于左洞下台阶Ⅱ进行。同理，此时右洞上台阶Ⅱ宜滞后于左洞二次衬砌完成后进行；
②侧壁临时支护拆除应在下台阶Ⅱ完成的同时进行，仰拱回填应尽早施作；
③左洞二次衬砌与右洞下台阶Ⅱ开挖面的合理距离应根据左洞下台阶Ⅱ开挖放炮震动情况作具体确定，一般为20-30m；
④右洞二次衬砌与右洞下台阶Ⅱ开挖面的合理距离应考虑放炮冲击和震动对衬砌的影响确定，一般为20-30m；
⑤在台阶施工拉开合理距离情况下，各台阶施工均可平行进行。
⑥施工中必须严格配合爆破震动测试和围岩变形测试等科研工作的开挖；
⑦中夹岩柱超前支护的打设角度可根据现场围岩状况和设计目的可在5-30度之间进行调整；
⑧在Ⅴ级围岩掌子面稳定性较好、施工机具和施工能力许可的条件下，单侧壁导坑的上台阶Ⅰ、下台阶Ⅱ（上台阶Ⅱ、下台阶Ⅱ）可合为一步进行开挖。
⑨如果掌子面稳定性差，单侧壁导坑分为两个台阶不能确保掌子面稳定，则可根据现场地质条件，将单侧壁的开挖、支护分为三或四台阶进行。
IV级围岩区段：隧道施工先掘进洞模筑衬砌应超前后掘进洞开挖工作面不小于40m。后掘进洞宜采用侧壁导坑、拱部留核心土弧形开挖，先掘进洞采用台阶法施工。
III级围岩区段：隧道施工先掘进洞模筑衬砌应超前后掘进洞开挖工作面不小于30-35m。先掘进洞宜采用台阶法或全断面法开挖；后掘进洞开挖时，先在断面底部中心开挖一道宽2-3m、高4-5m的超前导洞，超前长度5m，然后采取光面爆破开挖剩余断面一次到位。
2.小净距隧道与正常分离式隧道比较有三个突出的特点：
A、左右隧道之间的间距较小（东头坞隧道左右线之间的最小间距为17.21m、蕉坞隧道左右线之间的最小间距为7.46 m（设计线至设计线）;B、隧道整体围岩较差（东头坞隧道与蕉坞隧道基本上是IV级、V级围岩）；C、隧道埋深较浅（东头坞隧道洞顶埋深最厚为48m，蕉坞隧道洞顶埋深最厚为52m）
因此，小净距隧道开挖时应按照“能挖不爆”的原则进行开挖，尽量使用挖掘机进行开挖，如果一定需要爆破时应严格遵循“短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则进行施工。
小净距隧道的钻爆设计基本上类同于正常分离隧道的钻爆设计，但在孔深、单孔装药量上较正常分离隧道少。在钻爆时应注意及时收集整理资料，随时调整爆破参数。
3、小净距隧道支护结构
⑴ 小净距隧道围岩的受力、变形特点 小净距隧道围岩的受力、变形特征与隧道断面型式、断面尺寸、围岩类别、隧道埋深、中夹岩柱体厚度、开挖方式、支护型式和参数选取等众多因素有关。其中，小净距隧道与普通分离式隧道的主要区别是，前者中夹岩柱体的厚度较薄，因施工过程中的多次扰动而成为受力薄弱环节。当围岩类别较低，岩柱较薄时，其中夹岩柱体将形成贯通的塑性区，严重影响围岩的稳定性。 图1为开挖单洞和双洞后，拱顶位移与隧道净距、围岩类别的关系曲线图。可知拱顶位移随隧道净距减小、围岩类别降低而急剧增加。 图2为双洞开挖后等效应力随隧道净距的变化情况图。从中可以看出小净距隧道随着中夹岩柱体厚度的减小，其围岩的受力变得愈来愈不利，尤其是中夹岩柱体的受力。 因此，对于小净距隧道宜限据围岩条件、岩柱厚度等因素选取合理的断面型式、开挖方式和支护参数等。⑵ 小净距隧道支护结构设计原则 小净距隧道与普通分离式隧道相比，中夹岩柱体厚度较薄，受力不利，加之地质条件变化较大，参数准确选取相当困难，因此，对于小净距隧道支护结构设计，宜在监控量测的基础上采用动态设计的原则。需注意以下几个方面的问题： (1)初次支护宜采用锚喷支护，有利于及早进行支护，保护围岩、稳定围岩的变形，同时，有利于根据实际监控量测情况进行支护加强。 (2)初期支护宜作为主要受力结构，二次衬砌采用模筑混凝土或钢筋混凝土，只承受少量荷载，主要作为安全储备，有利于在围岩条件恶化后，保证隧道的长期安全性。 (3)中央岩柱体的稳定性是小净距隧道是否成功的关键，应根据情况对中夹岩柱体采用大吨位预应力锚索、对拉锚杆、无阽结钢绞线、小导管预注浆、水平贯通式锚杆等技术进行加固。 (4)仰拱对减小、抑制围岩的变形，改善支护结构的受力有重要作用，因此，对于小净距隧道宜考虑设置仰拱并使其尽早闭合。 (5)由于现场地质条件的复杂性和多变性，对于支护结构、中夹岩柱、围岩的受力和变形状态进行现场监控量测具有重要意义。 (6)虽然数值计算在参数选取、模型建立上与现场实际情况有较大的出入，当在隧道设计中用以作为辅助手段，研究围岩、支护结构变形、受力不利部位和薄弱环节，作为定性分析，仍是很有必要的。 (7)岩柱厚度对支护结构、围岩的受力和变形，特别是岩柱体的稳定有重要的影响，因此，无论何种围岩，岩柱体均不宜过小。⑶小净距隧道的施工 小净距隧道的施工方法与普通分离式隧道相比差别不大，但由于中夹岩柱体厚度较小，在施工过程中，其是受力薄弱部位，稳定性较差，因此，在施工中对中夹岩柱体的保护将至关重要。小净距隧道施工的难点、重点是合理选取开挖顺序、控制爆破作业，确保隧道开挖过程围岩的稳定，减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素。对于低类别围岩、软弱、破碎围岩来说，重在确定合理的开挖顺序，减少对围岩的扰动；对于高类别围岩、坚硬、完整围岩，重在控制爆破振动对围岩稳定性的影响。（3.1） 采用合理的开挖顺序 为确保开挖过程中围岩的稳定性，减小因隧道间距小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素，满足小净距隧道中央岩特有的加固要求，一般情况下，I、II类围岩采用正向单侧壁导坑法的开挖方法，Ⅲ类围岩采用反向单侧壁导坑的开挖方法,IV、V、VI类围岩采用超前导坑预留光面层的开挖方法。 表1 双车道小净距隧道推荐采用施工方法
(1)对于I、II类围岩，宜采用正向单侧壁导坑法，该法有利于及早对中夹岩柱进行加固，及早对中夹岩柱进行监控量测，为开挖后存在的风险提供超前预报，以便及时处理。 当遇隧道断面较大、围岩条件较差、隧道浅埋、地下水丰富时，围岩难以自稳，应对围岩进行超前预加固、地表加固或对单侧侧壁的上、下台阶进―步采用分步开挖。 当围岩状况较好，掌子面稳定性好，为发挥大型设备的优势，加快施工进度，也可以将单侧侧壁的上、下台阶合为一步开挖或采用上下台阶与正向单侧壁导坑组合法，但应控制开挖进尺。 (2)对于Ⅲ类围岩，宜采用反向单侧壁导坑，有利于减小爆破振动对中夹岩柱的影响，当围岩条件较好、掌子面易稳时，对于土质、软质岩石条件，可采用上下台阶与正向单侧壁导坑组合法；对于硬质岩石条件，可采用上下台阶与反向单侧壁导坑组合法或上下台阶法。 (3)对于Ⅳ、V、Ⅵ类围岩，宜采用超前导坑预留光面层的开挖方法，增加开挖临空面，降低爆破对岩柱的影响。Ⅳ、V、Ⅵ类围岩自稳定性好，开挖的关键在于减小爆破振动对岩柱的影响，由于超前导坑的存在，二次扩挖(预留光爆层)的爆破装药量可以大大减小，从而降低爆破对岩柱的影响。对于岩柱较厚时，可采用上下台阶和全断面开挖法。 (4)由数值计算町知，小净距隧道后开挖隧道对先前施工隧道的影响较先施工隧道对后施工隧道的影响大，因此，在两孔隧道地质条件不同的情况下，先开挖地质条件较差的[C较有利。（3.2）控制爆破施工中的振动效应 (1)采用低威力、低曝速炸药或采用小直径不偶合装药 某隧道工程中，在二号岩石硝铵炸药中混入13％的添加剂，制成低爆速炸药，使二号岩石硝铵炸药的爆速从3 200m／s降至1 800m／s，振动观察表明，降震效果可达40％-60％。 (2)采用微差爆破 试验表明，采用微差爆破后，与齐发爆破相比可降震约50％。微差段数越多，降震效果越好(如图3所示)。当每段起爆时间间隔大于100ms时，各段爆破产生的地震波无明显叠加，降震效果比较明显。
(3)采用预裂爆破或预钻防震孔 在爆破体与保护体之间钻凿不装药的单排、双排防震孔(如图4所示)或采用预裂爆破，降震率可达30～50％。 同时，也可以在预裂炮孔内侧打一排孔，酌情少量装药，与预裂孔同时起爆，从而形成破碎区，这就可为内部的大规模开挖建立隔震屏障，如图5所示。
(4)限制一次起爆的肽装药量 当保护体的容许临界振动速度确定后，可以根据经验公式，计算出一次爆破的最大装药量计装药量大于该值又无其他可靠降震措施时，则必须分次爆破，控制一次爆破的炸药量。 (5)采用分步开挖，增加临空面。 爆破体每增加一个临空面，其振动效应可相应降低10％～15％。
4、 围岩监控量测
该隧道按新奥法设计和施工，采用复合式衬砌，监控量测是一项重要的管理工作，必须有专人负责，及时做好信息反馈，指导施工和修正设计。施工期成立一个量测小组，由隧道工程师任组长，配备2名测工。每次量测资料及时绘制成“位移―时间曲线图”，送交总工程师审阅，出现问题立即研究对策，果断处理。测点位置的布置及量测仪器严格按规范及设计文件要求执行。
6、结论
小净距双洞隧道的施工难度、工期和造价高于普通双线独立隧道，低于连拱双线隧道。在地质条件良好、地形条件受制约时，是一种较好的隧道结构形式。小净距双洞隧道施工的难点、重点是控制爆破作业，必须确保隧道开挖过程围岩的稳定，减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素。小净距双洞隧道施工的关键是中间岩柱的加固和稳定，由于围岩自稳性和支护结构的受力较一般隧道复杂，必须充分利用隧道围岩的自承、自稳能力，通过围岩加固措施使隧道修建达到经济、合理的目的。
参考文献：
[1] 中华人民共和国交通部. 公路隧道施工技术规范（JTJ042―94）.北京：人民交通出版社，1995.
[2] 刘艳青，钟世航等 小净距并行隧道力学状态的试验研究．岩石力学与工程学报 2000（9）：
隧道的开挖方式范文第5篇
【关键词】隧道；小净距；设计原则；施工步骤
中图分类号：U459 文献标识码：A 文章编号：
1前言
在地下铁道、铁路隧道、公路隧道中，因为受到地形、整体线路这些客观因素的制约，通常在间距不够的外界因素下建设两孔或多孔隧道。在这样的状况下，当前往往选用连拱隧道及隧道等独特结合构造形式，而工程状况显示，连拱隧道潜在很多的缺点：
因为开挖总断面较大、扁平率很低、工程比较复杂，工程当中非常容易出现塌陷的情况，工程作业的安全性能不能够保证；
2)由于结构构造复杂，中墙顶部连接处的防水问题很3囡解决，建成后容易渗漏水，严重影响公路隧道的适用性和耐久性；
3)连拱结合构造对变形是比较敏感的，衬砌容易出现裂缝，破坏结构整体，安全性较差；
4)进出口浅埋段及低类别围岩段工程造价过高等。而隧道施工工艺同普通分离式隧道相比差别较小，较之连拱隧道施工技术比较简便，造价低，施工安全性和长期可靠性易获得保障。但因为隧道中夹岩柱体的厚度比较小，其围岩稳定性和变形特征，支护结构的受力机制具备自己的特点，所以，支护结构的设计原则和施工方法将会跟其他结合构造式隧道不一样。
2 隧道围岩的受力、变形特征
隧道围岩的受力、变形特征与隧道断面型式、断面尺寸、围岩类别、隧道埋深、中夹岩柱体厚度、开挖方式、支护型式和参数选取等多方面因素有关系。其中，隧道与普通分离式隧道的主要区别是，前者中夹岩柱体的厚度较薄，因施工过程中的多次扰动而成为受力薄弱环节。当围岩类别较低，岩柱较薄时，其中夹岩柱体将形成贯通的塑性区，非常危害着围岩的稳定性能。
所以，针对隧道宜限据围岩条件、岩柱厚度等因素选取合理的断面型式、开挖方式和支护参数等。
3 隧道支护结构设计原则
隧道跟一般分离式隧道比较，中夹岩柱体厚度较薄，受力不利，加上外在的地形状况变化比较大，参数准确选择是比较难得。所以，针对隧道支护结构设计，宜在监控量测的基础上采用动态设计的原则。应当注意以下几点问题：
(1)初次支护宜采用锚喷支护，有利于及早进行支护，保护围岩、稳定围岩的变形，同时，有利于根据实际监控量测情况进行支护加强。
(2)初期支护宜作为主要受力结构，二次衬砌采用模筑混凝土或钢筋混凝土，只承受少量荷载，主要作为安全储备，有利于在围岩条件恶化后，保证隧道的长期安全性。
(3)中央岩柱体的稳定性是隧道是否成功的关键，应根据情况对中夹岩柱体采用大吨位预应力锚索、对拉锚杆、无阽结钢绞线、小导管预注浆、水平贯通式锚杆等技术进行加固。
(4)仰拱对减小、抑制围岩的变形，改善支护结构的受力有重要作用，因此，对于隧道宜考虑设置仰拱并使其尽早闭合。
(5)由于现场地质条件的复杂性和多变性，对于支护结构、中夹岩柱、围岩的受力和变形状态进行现场监控量测具有重要意义。
(6)虽然数值计算在参数选取、模型建立上与现场实际情况有较大的出入，当在隧道设计中用以作为辅助手段，研究围岩、支护结构变形、受力不利部位和薄弱环节，作为定性分析，仍是很有必要的。
(7)岩柱厚度对支护结构、围岩的受力和变形，特别是岩柱体的稳定有重要的影响，因此，无论何种围岩，岩柱体均不宜过小。
4 隧道的施工
隧道的施工方法与普通分离式隧道相比差别不大，但由于中夹岩柱体厚度较小，在施工过程中，其是受力薄弱部位，稳定性较差，因此，在施工中对中夹岩柱体的保护将至关重要。隧道施工的难点、重点是合理选取开挖顺序、控制爆破作业，确保隧道开挖过程围岩的稳定，减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素。对于低类别围岩、软弱、破碎围岩来说，重在确定合理的开挖顺序，减少对围岩的扰动；对于高类别围岩、坚硬、完整围岩，重在控制爆破振动对围岩稳定性的影响。
4.1 采用合理的开挖顺序
为确保开挖过程中围岩的稳定性，减小因隧道间距小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素，满足隧道中央岩特有的加固要求，一般情况下，I、II类围岩采用正向单侧壁导坑法的开挖方法，Ⅲ类围岩采用反向单侧壁导坑的开挖方法,IV、V、VI类围岩采用超前导坑预留光面层的开挖方法。
(1)对于I、II类围岩，宜采用正向单侧壁导坑法，该法有利于及早对中夹岩柱进行加固，及早对中夹岩柱进行监控量测，为开挖后存在的风险提供超前预报，以便及时处理。
当遇隧道断面较大、围岩条件较差、隧道浅埋、地下水丰富时，围岩难以自稳，应对围岩进行超前预加固、地表加固或对单侧侧壁的上、下台阶进—步采用分步开挖。
当围岩状况较好，掌子面稳定性好，为发挥大型设备的优势，加快施工进度，也可以将单侧侧壁的上、下台阶合为一步开挖或采用上下台阶与正向单侧壁导坑组合法，但应控制开挖进尺。
(2)对于Ⅲ类围岩，宜采用反向单侧壁导坑，有利于减小爆破振动对中夹岩柱的影响，当围岩条件较好、掌子面易稳时，对于土质、软质岩石条件，可采用上下台阶与正向单侧壁导坑组合法；对于硬质岩石条件，可采用上下台阶与反向单侧壁导坑组合法或上下台阶法。
(3)对于Ⅳ、V、Ⅵ类围岩，宜采用超前导坑预留光面层的开挖方法，增加开挖临空面，降低爆
破对岩柱的影响。Ⅳ、V、Ⅵ类围岩自稳定性好，开挖的关键在于减小爆破振动对岩柱的影响，由于超前导坑的存在，二次扩挖(预留光爆层)的爆破装药量可以大大减小，从而降低爆破对岩柱的影响。对于岩柱较厚时，可采用上下台阶和全断面开挖法。
(4)由数值计算町知，隧道后开挖隧道对先前施工隧道的影响较先施工隧道对后施工隧道的影响大，因此，在两孔隧道地质条件不同的情况下，先开挖地质条件较差的[C较有利。
4.2 控制爆破施工中的振动效应
(1)采用低威力、低曝速炸药或采用小直径不偶合装药
某隧道工程中，在二号岩石硝铵炸药中混入13%的添加剂，制成低爆速炸药，使二号岩石硝铵炸药的爆速从3 200m/s降至1 800m/s，振动观察表明，降震效果可达40%-60%。
(2)采用微差爆破
试验表明，采用微差爆破后，与齐发爆破相比可降震约50%。微差段数越多，降震效果越好。当每段起爆时间间隔大于100ms时，各段爆破产生的地震波无明显叠加，降震效果比较明显。
(3)采用预裂爆破或预钻防震孔
在爆破体与保护体之间钻凿不装药的单排、双排防震孔(如图4所示)或采用预裂爆破，降震率可达30～50%。
同时，也可以在预裂炮孔内侧打一排孔，酌情少量装药，与预裂孔同时起爆，从而形成破碎区，这就可为内部的大规模开挖建立隔震屏障。
(4)限制一次起爆的肽装药量
当保护体的容许临界振动速度确定后，可以根据经验公式，计算出一次爆破的最大装药量计装药量大于该值又无其他可靠降震措施时，则必须分次爆破，控制一次爆破的炸药量。
(5)采用分步开挖，增加临空面。
爆破体每增加一个临空面，其振动效应可相应降低10%～15%。
5 结 论
我国在飞速的发展，不管是从哪些方面来讲，我国的建筑业一直是上升的趋势，但是在建设隧道的过程中也是有很多的弊端出现的，隧道因中夹岩柱体厚度比较稀薄，造成围岩、支护结构受力不合，这样给工程作业造成很大的难度。但，只要在设计、施工中坚持“精准设计、专心施工、准时支护、定时测量”的准则，科学选择断面方式、支护参数、开挖方法和工程有关秩序，一定能够有效的显现出小间距隧道的优势，与此同时，达到经济效益高、安全性能好的最终目的。
参考文献
[1] 刘艳青，钟世航等 小净距并行隧道力学状态的试验研究.岩石力学与工程学报 2000(9)：590～594
[2] 倪新兴，隧道施工技术西部探矿工程，2002(3)：78~79
[3] 秦峰.浅论隧道开挖方法.公路隧道，2003(2)：24-28
