隧道开挖要求

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隧道开挖要求范文第1篇

1计算方案

(1)隧道模拟方案计算模型为单洞马蹄形三维模型，采用摩尔－库伦准则。采用和实际工程现场台阶长度和开挖循环步骤一致的开挖方案，开挖进尺是本方案主要研究的影响因素，分别计算了2m、2.5m、3m开挖循环进尺的隧道围岩应力场和位移场。(2)模型边界条件计算模型主要为了分析开挖过程对围岩土体的扰动影响范围，不同的开挖进尺因扰动围岩而引起的隧道拱顶沉降和隧道水平收敛位移的不同变化趋势，反映到土体表面就是地表的沉降规律。根据本工程的实际情况，选取30m区间隧道(K0+140.6805～K0+170.6805)作为计算模型的范围。对平行隧道模型前进方向的两侧面施加滑动约束，限制水平位移，对模型下部底面施加固定约束，限制水平和竖向位移，为了计算地层的沉降位移，地表设为自由边界。(3)隧道模型网格和单元类型在隧道模型中，围岩中土体和衬砌全都选用C3D8R单元(C3D8R单元为线性缩减积分单元)，此单元可以控制位移结果的精确度;隧道模型中，利用扫掠网格技术模拟被挖掉的土体和衬砌，其它部分采用结构网格技术，在划分网格时选用中性轴算法和最小化网格过度，目的在于提高网格的质量，计算模型网格划分见图1。

2隧道开挖围岩位移结果分析

该市地铁隧道处于砂土地层中，对于此隧道施工开挖方法，一般采用台阶法和分部开挖法，对于土质隧道来说，隧道开挖进尺对围岩土体和地表的沉降具有相当大的影响。因本施工标段是在降水条件下进行的，所以隧道模拟过程中只考虑了自重应力，对于开挖施工中的其他荷载，比如超前注浆的压应力均不再考虑进来。

2.1隧道开挖拱顶沉降位移计算结果分析表1中H表示研究断面与开挖面的间距，取模型中的某个断面(K0+150.6805)的计算结果作为研究对象，从表1计算结果来看，表中2.0m、2.5m及3.0m开挖进尺的计算结果表明，本研究中所取研究断面处的拱顶沉降量，随着开挖面的向前推进而不断增大。总体变形特征如下，当研究断面距离开挖面10m时，达到了沉降的最大值，当研究断面距离开挖面10～15m时，拱顶沉降减小，这和隧道土体开挖后的应力重分布有关，当研究断面在15～20m时拱顶沉降逐渐趋于稳定。由表1数据的发展态势来看，围岩土体拱顶沉降在开挖步由2m加快到2.5m时将提高7.5%，在开挖步由2.5m加快到3m时将提高3%左右，如果开挖步由2m直接加快到3m时，拱顶沉降有可能提高11%左右，这种施工方案存在很大的安全隐患。可见，在采取相关措施的条件下，对于3m开挖步的快速施工循环进尺在砂土质地层中是否可行，有待进一步验证。对于有严格工期要求的项目来说，可采取超前加固措施，来满足施工中拱顶沉降位移的要求。

2.2隧道开挖洞周围岩水平收敛计算结果分析表2中“+”表示向洞外变形，“－”表示向洞内变形，H表示研究断面与开挖面的间距。由表2中计算数据可知，对比三个不同的开挖步，可以总结出不同的水平位移变化特征如下:上拱处，当开挖步由2m加快到2.5m时，围岩土体水平位移向洞内的变形增加了19%左右，当开挖步由2.5m加快到3m时，围岩土体水平位移向洞内增加了12%左右;拱腰处，当开挖步由2m加快到2.5m时，围岩土体水平位移向洞内增加了13%左右，当开挖步由2.5m加快到3m时，围岩土体水平位移向洞内增加了34%左右;仰拱处，当开挖步由2m加快到2.5m时，围岩土体水平位移向洞内增加了2倍，当开挖步由2.5m加快到3m时，围岩土体水平位移向洞内增加了2.5倍;以上变化特征说明随着开挖步的增大，围岩土体向洞内变形的概率将会增加很多，施工时要采取加入锁脚锚杆的措施，防止水平收敛位移向洞内变形过大而超过施工规范要求。

2.3围岩应力计算结果分析分析隧道围岩土体在不同循环开挖进尺下的竖向应力随着开挖进尺的增大，其应力变化的幅度范围，计算模型在开挖过程中只存在土体自重，注浆应力等其他施工荷载的影响均不考虑。由图2隧道围岩土体的应力云图可知，对于S33方向的竖向受力，主要分析2m、2.5m、3m开挖步在拱顶处的竖向应力值分别为82kPa、107kPa、114kPa，方向向下，当开挖步由2m加快到2.5m，竖向应力增大了30%左右，当开挖步由2.5m加快到3m时，竖向应力增大了7%左右，为满足施工的要求，在隧道开挖前将对土层进行超前加固来防止隧道拱顶沉降过大。

2.4快速开挖进尺可行验证综合以上拱顶沉降位移、水平收敛及围岩的应力三个方面的结果，对不同的开挖循环步计算结果进行分析，对于3m开挖步的计算结果都是非常不利的，3m开挖循环进尺是否适合砂土层的地质状况，取三维模型中的K0+155.6805断面作为研究对象对快速施工开挖的可行性进行验证。计算结果见表3。表3围岩拱顶沉降及拱腰收敛的位移计算结果表(单位:mm)与掌子面间距/m正常开挖加固后开挖拱顶沉降拱腰收敛拱顶沉降拱腰收敛000001－2.136530.2080－2.07518－0.13815－2.34168－0.7092－2.3352－0.756410－2.37042－1.0381－2.36251－1.073215－2.30109－1.0855－2.27025－1.1192对表3中计算数据结果进行研究分析，在采取加固措施后，隧道开挖的围岩拱顶沉降和拱腰水平收敛位移都减小了，且隧道拱腰水平收敛趋势都是向洞内发展，拱顶沉降位移和水平收敛位移都在20mm的可控制范围之内，可见隧道在采取相关的加固措施后3m开挖循环进尺在砂土地层中是可行的，从而验证了隧道快速开挖的可行性。

3结语

隧道开挖要求范文第2篇

关键词：贵广铁路；软质隧道；三台阶七步开挖法

中图分类号： U45 文献标识码： A

1、概述

贵广铁路工程梅树顶隧道工程为双线隧道，全长1097m，主要穿越全、强风化地层，其中Ⅴ级围岩565m，Ⅳ级围岩171m，Ⅲ级围岩356m，梅树顶隧道围岩级别及开挖方法见表1。

设计线间距4.8m，隧道内净空横断面积为92m2；隧道内设置综合洞室四处，洞室间距为500m，洞室沿隧道两侧交错布置；救援通道走行面高于轨面30cm；隧道内设置双侧电缆槽。轨面设计高程为64.468～68.668m。

表1梅树顶隧道围岩级别及开挖方法表

梅树顶隧道设计使用寿命为100年，主要施工内容为隧道开挖、初期支护、二次衬砌、防排水工程等。

初期支护：喷射混凝土强度等级为C25；拱部系统锚杆采用φ22组合中空锚杆；边墙采用φ22全螺纹砂浆锚杆；所有锚杆均设置钢垫板，垫板采用A3钢，垫板尺寸150mm×150mm×6mm；钢筋网直径为φ6；钢架采用型钢钢架或格栅钢架；型钢采用工字钢，格栅钢架采用HRB335和HPB235钢筋。

二次衬砌：混凝土强度等级为C35；仰拱填充混凝土强度等级为C20；水沟、电缆槽身混凝土强度等级为C30；水沟电缆槽盖板混凝土强度等级为C35。

防排水工程：隧道拱墙初期支护与二次衬砌之间敷设防水板+土工布；环向施工缝采用遇水膨胀止水胶+中埋式遇水膨胀橡胶止水带；纵向施工缝处设置遇水膨胀止水胶+混凝土界面剂处理；变形缝处设置遇水膨胀橡胶止水带，拱墙变形缝处衬砌外缘与防水板结合部位以聚硫密封胶封堵，衬砌内缘3cm范围内以聚硫密封胶封堵，以外2cm范围内设置U型镀锌钢板接水盒，其余空隙采用填缝料填塞密实；隧道衬砌防水板与土工布之间设置φ50打孔波纹管，结合施工缝设置，并根据地下水发育情况调整，在隧道两道环向盲沟之间设置纵向φ110打孔波纹管，每10m一段；环向盲沟与纵向盲沟两端均直接与隧道侧沟连通，满足排水要求。

2、三台阶七步开挖法施工技术

2.1施工工序

⑴设计三台阶七步开挖法：

①上台阶开挖（预留核心土）②阶左③阶右④下台阶左

⑤下台阶右⑥台阶中部⑦仰拱开挖

⑵优化后的三台阶七步开挖法：

①上台阶开挖（预留核心土）②预留核心土、阶中部③阶左④阶右⑤下台阶左⑥下台阶右⑦下台阶中部、仰拱开挖

2.2三台阶七步开挖法施工

梅树顶隧道内轮廓设计采用单洞双线断面，开挖断面约144m2，轨上有效净空面积92m2。隧道进、出口浅埋段Ⅴb围岩设计采用三台阶七步开挖法施工，Ⅴb围岩开挖俗称“土”洞开挖，采用挖掘机直接开挖，局部人工配合风镐开挖，初期支护（锚杆、钢筋网、型钢钢架或格栅钢架、锁脚钢管、喷射混凝土等）、二次衬砌紧随开挖，形成连续作业循环，按照铁道部文件要求，仰拱距掌子面安全距离为Ⅴ级围岩40m；二衬距掌子面安全距离为Ⅳ、Ⅴ级围岩＜90m。

⑴设计三台阶七步开挖法（见图1、图2）

首先开挖分上、中、下台阶施工，上台阶高度约3.7m，阶高度约3.6m，下台阶高度约3m（不含仰拱）。利用上一循环架立的钢拱架施作隧道超前支护，首先开挖上台阶①部，预留核心土，预留核心土呈梯形，核心土顶宽3m，底宽6m，核心土顶距拱顶2m，掘进2m；错开①部一段距离后紧随开挖②部（阶左），①部、②部错开距离约5m；在滞后于②部约5m后开挖③部（阶右），③部距掌子面距离约10m；在滞后于③部约5m后开挖④部（下台阶左），④部距掌子面距离约15m；在滞后于④部约5m后开挖⑤部（下台阶右），⑤部距掌子面距离约20m；在滞后于⑤部约10m后开挖⑥部（上、中、下台阶中部预留核心土及台阶），⑥部末端距掌子面距离约30m；⑦部为仰拱开挖，仰拱利用仰拱栈桥开挖，仰拱开挖面距下台阶⑥部10m，仰拱距掌子面距离约40m。

⑵优化后三台阶七步开挖法（见图3、图4）

首先开挖分上、中、下台阶施工，上台阶高度约4.3m，阶高度约4.1m，下台阶高度约2.19m（不含仰拱）。利用上一循环架立的钢拱架施作隧道超前支护，首先开挖上台阶①部，预留核心土，预留核心土呈梯形，核心土顶宽2.6m，底宽6.9m，核心土顶距拱顶2m，①部预留核心土顶部保证纵向长2m，同时每循环进尺一次，掌子面喷5cm厚混凝土封闭，施作①部导坑周边的初期支护；②部开挖紧随①部预留核心土部位开挖（拉槽开挖）；在滞后于②部一段距离后交错开挖③部（阶左）、④部（阶右）， ③部距掌子面距离3m，④部距掌子面距离5m，③部、④部错开距离2m，初期支护跟进施工；在滞后于④部一段距离后交错开挖⑤部（下台阶左）、⑥部（下台阶右），④部距离⑤部3m，⑤部距掌子面距离8m，⑥部距掌子面距离10m，⑤部、⑥部错开距离2m，初期支护跟进施工；错开⑥部约5m开挖⑦部下台阶中部及仰拱，仰拱利用仰拱栈桥开挖，设计仰拱栈桥长度15m，仰拱开挖长度按8~10m分段，仰拱开挖面距下台阶开挖面距离约25m，仰拱距掌子面距离约40m，仰拱及仰拱填充跟进施工。形成掌子面、上、中、下台阶到仰拱的循环施工。

优化的三台阶七步开挖法，上、中、下台阶间错开距离5m，台阶间左、右开挖错开距离2~3m，即下台阶距掌子面为15m，此开挖方法缩短了台阶间的距离，有利于挖掘机集中开挖，装载机集中出碴，挖掘机采用退步开挖方式，各部、各台阶之间开挖、出渣同时进行，提高了设备利用率，节省了作业时间。开挖后掌子面、各台阶支护、喷锚同步施工，避免了开挖、支护、喷锚作业的相互干扰，节省作业时间，有利于组织施工，加快了施工进度，提高了工效，并且符合铁道部的安全距离要求。

隧道开挖进度：每天掌子面开挖进尺约3m，开挖2循环/天，支护5榀钢架，设计Ⅴb围岩型钢钢架0.6m/榀。

图1设计三台阶七步开挖法施工工序透视图

图2设计三台阶七步开挖法施工工序横断面图

图3优化三台阶七步开挖法施工工序透视图

图4优化三台阶七步开挖法施工工序横断面图

3、结语

隧道开挖要求范文第3篇

【关键词】隧道施工；隧道开挖；全断面法

中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：

1．工程概况

本工程庆兴隧道从莽王河附近进洞，至清水沟出洞，沟两侧直壁，隧道最大埋深约1lOm，最小埋深约16m。隧道起迄里程DK691+253-DK701+493，全长10240m，设计为一座双线黄土隧道。除隧道出524．2m位于半径为2800m的曲线上外，其余地段均位于直线上。隧道洞身位于3.O‰、5.1‰、4.8‰单面上坡上。根据情况，明洞及洞口部分采用挖掘机开挖，人工配合修边；下穿公路浅埋段采用大管棚法超前支护、改移公路后按交叉中隔壁(CRD)开挖法施工；洞V级黄土围岩采用预留核心土短台阶七部开挖法施工；Ⅳ级黄土围岩采用预留心土台阶开挖法，斜井采用预留核心土短进尺全断面法，洞身开挖均采用人工配合挖掘机实施。

1．1 地质概况

区内覆盖层主要为新近杂填土，下伏基岩主要为燕山晚期花岗岩及石英正长岩，局部穿插辉绿岩脉。

ZK2+898．74～zk2(2+925段：隧道埋深16～18m，洞顶以上有7～14m微风化基岩，微风化基岩多为块状砌体结构或块(石)碎(石)状镶嵌结构，岩质坚硬，透水性弱，自稳能力好，围岩级别为Ⅱ～Ⅲ级。

ZK3+043～ZK3+106．96段：隧道埋深17―21m，洞顶以弱风化基岩为主，厚度12～16m，岩体多为块(石)碎(石)夹少量泥质风化物的松软结构，岩质软硬不等，透水性弱～中等，自稳能力较差，围岩级别为Ⅳ级.

2 开挖方法比选分析

当前岩石隧道修建根据周围建筑物分布、地下管线、地面道路交通状况、工程地质和水文地质条件、隧道埋深等情况，较为成熟的施作方法有明挖法、暗挖钻爆法和明暗结合法。本工程大断面处地面为部队的办公楼和进出部队的主要现状道路，不具备采用明挖法施工的条件，明暗挖结合施工也因不能有效解决本段区范围内的征地拆迁、管线改移与建(构)筑物的保护等问题而无法实施，因此，施工采用暗挖钻爆法方案。

针对胶州湾隧道大断面段由断面形式构成并且各段地质情况略有不同的实际情况，每个断面提出2～3种施工方法，利用数值计算软件从安全、经济、工期进度等角度分析各种开挖方法的适用性，进而提出所选施工方法的关键步骤和关键施工技术。

(1)DZ1、DZ2、DZ3断面开挖方法选择

因DZ1、DZ2断面开挖面积相当且埋深较浅，因此使用同一种开挖方法进行施工。DZ3处虽截面积较DZ1、DZ2小，但因其围岩性质较差，也按最大断面处开挖方法施工。

DZ1处为大断面截面积最大处，针对该处特点提出3种开挖方案进行比选，分别是：双侧壁导坑法(方案3)、CD法，其中CD法分两种不同的施工顺序(方案1、2)。DZ1断面隧道上部取到地表共18m，其中第一层为2．5m的杂填土和8m厚的强风化岩，第二层为7．5m厚的弱风化花岗岩；隧道下部及左右各取2倍洞径，即60m，隧道长度取30m，以此为计算模型，得使用有限元软件MIDAS／GTS进行分析。

3．隧道洞口开挖技术

3.1 洞口开挖施工本隧道出口洞口施工采用挖掘机按设计开挖线白上而下分分层开挖，人工配合刷坡修边。隧道明洞23m段土体开挖时，自洞口向里12m段挖至路肓标高位置，剩下11m段采用6m斜坡道加5m长平台方式至明暗洞分界面，暗洞拱顶设计开挖线下50cm为土体平台顶面，平台宽根据暗洞断面宽度确定，横向两侧向下按1：0.3放坡后再增设平台，以此作为管棚施工作业面。

3.2 洞口下穿既有公路开挖施工本隧道出口下穿既有公路段采用大管棚超前支护、公路临时向里改移绕行的方案，待该段下部隧道衬砌完成后，再恢复该段既有公路通行。同时为了有效地保证大管棚施工质量，结合出口暗洞进洞方案，在紧贴明暗分界面及明洞上部设置长2m、厚0.5m套拱稳定边仰坡，并作为大管棚的导向墙，在前面洞口及明洞段土方，自上而下开挖至暗洞拱顶设计开挖线下50cm时预留核心土平台，横向再分台阶向下开挖，直至起拱线，台阶坡比1：0．3。套拱(50cm厚)范围外明暗交接面按1：O.3坡比开挖，套拱范围内开槽按垂直面开挖。明洞边坡随同明暗交接面一起向下开挖至起拱线处。

3.3 洞口V级围岩浅埋段开挖施工。本隧道出口洞口DK701+454~+470段长16m为V级围岩浅埋段，同时上部有公路通过。考虑国防及地震设防要求，设计采用V级围岩加强衬砌，钢筋混凝土结构。全断面设置I20b型钢钢架，间距0.6m一榀，拱部设置42小导管预加固地层，小导管环向间距50cm，长3.5m，纵向2.4m／环。为保证施工安全，经过方案比选，采用交叉中隔壁(CRD)法开挖施工。在大管棚及改移道路完工后，开始进暗洞施工。先挖除套拱下部分核心土至断面起拱线上1.2m处，重新填筑临时斜坡道至核心土平台顶，组织好人员、设备机具，严格按CRD法工序步骤施工，各分部开挖每循环进尺60cm，坚持“短进尺、强支护、早封闭、勤量测的原则。

4．隧道洞身开挖技术

4．1 洞身V级围岩开挖施工 隧道洞身DK698+3lO 36O段长50m下穿沟谷，洞顶埋深浅，洞身地层为老黄土，为V级围岩，经研究决定采用预留核心土短台阶七部开挖法。开挖施工时取台阶长3到6m，整个隧道断面分成七个开挖面，从前后七个不同位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，逐步向纵深推进。实施过程中，始终将上中下台阶预留土中部4m范围修整成斜坡道。中、下台阶左右边墙每次最多只得开挖2榀(1.2m)，且左右错开不得小于3m。仰拱落底开挖每次不得超过6m，掌子面距已成环仰拱不得超过30m，距二衬不得超过60m。

4.2 洞身IV级围岩开挖施工隧道出口段洞身绝大部分位于Ⅳ级围岩，设计采用Ⅳ级围岩衬砌和加强衬砌，钢筋混凝土结构。初期支护拱墙设置格栅钢架，加强段拱墙设I16型钢钢架，间距均为1榀／1.2m。开挖施工时根据土层岩性特征，采用上弧导预留核心土台阶分部开挖，上弧导一次性开挖至超拱线处，下台阶拉中槽斜坡道后，前后错开3m距离开挖左右边墙至墙底，及时按设计要求进行初期支护。左右边墙初期支护完成后，最后落底开挖仰拱，及时浇筑仰拱及填充混凝土封闭成环。

6．结语

通过结合庆兴隧道施工实例，对该隧道洞内V级黄土围岩采用预留核心土短台阶七部开挖法施工；Ⅳ级黄土围岩采用预野 土台阶开挖法；斜井采用预留核心土短进尺全断面法；洞身开挖均采用人工配合挖掘机实施，分别总结隧道上述各部分的开挖实践，为同类工程提供参考借鉴。

参考文献

隧道开挖要求范文第4篇

关键词： 公路； 隧道； 施工； 技术； 工艺

中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0042-01

随着我国社会主义市场经济的不断发展，公路现代化建设的要求也越来越高，公路隧道建筑规模也不断扩大，施工技术也越来越复杂，施工和管理方面均有质的差别，笔者在中交集团隧道工程局多年来的施工实践中，总结了一些公路隧道施工工艺的经验和体会。

一、施工工艺

笔者在吉林省长春市亚泰大街北段隧道施工中体会到：隧道质量取决于工艺质量，工艺质量取决于开挖、初期支护及防排水质量等，初期支护和防排水质量等比较好控制可以加强监管，那么重点就是开挖质量，开挖质量又取决于钻爆质量，因此说隧道质量的好坏很大程度上取决于钻爆的质量，首先确定钻爆的方案预裂爆破还是光面爆破。

二、公路隧道的预裂爆破

在总体施工前，进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓，此种爆破技术为预裂爆破。根据预裂爆破的特性、要求经过试验和反复研究对钻爆设计做了适宜的改动做到动态控制，主要技术措施、指标最后确定如下：炮孔直径一般为50～200mm，对深孔宜采围较大的孔径。炮孔间距宜为孔径的8～12倍，坚硬岩石取小值。不耦合系数（炮孔直径d与药卷直径d0的比值）建议取2～4，坚硬岩石取小值。线装药密度一般取250～400g／m。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，约为线装药密度的2～5倍。装药时距孔口1m左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞，不必捣实。填塞段过短，容易形成漏斗，过长则不能出现裂缝。

在具体的工作实践中，可根据不同的地理岩层结构，灵活调整其上述数据。

三、公路隧道的明洞及洞门施工

在海南省三亚市东环牛岭隧道的施工中我们发现：在比较大的公路隧道的复杂施工中，洞口边、仰坡和明洞开挖与支护应自上而下分层开挖，而且要洞外、临防、排水要先行，使地表水通畅，避免地表水冲刷坡面。必要时采取人工修坡，防止超挖，减少对洞口相邻地段的扰动；开挖暴露的边坡及时施作设计的防护，降低围岩暴露而风化，支护要紧跟。明洞衬砌必须检查、复核明洞边墙基础的地质状态和地基承载力，满足设计要求后，测量放样，架立模板支撑，绑扎钢筋，安装内外模板，先墙后拱整体浇注衬砌混凝土，集中拌和泵送入模，插入式振捣器配合附着式振捣器捣固密实。洞门施工对于削竹式洞门，同明洞同时施作，削竹斜面按坡度安装木模板，用角钢将斜面端模与边模固定成整体。明洞防水层与回填：明洞衬砌完成后强度达到50％方可拆除外模，铺设防水层，回填要对称每层不大于30cm，两侧高度差不得大50cm，回填至拱顶后，再分层满填至完成，做好表面隔水层。

笔者在多个施工实践中，都是采取这个方法，收到了事半功倍的效果。

四、公路隧道洞口V级围岩浅埋、破碎段的开挖与支护

进洞方式：当开挖深度至起拱线时，先作进洞导向墙及大管棚，待明洞衬砌完成后，接长管棚尾端，搭接于明洞上，使管棚尾端形成一个固定支撑，在大管棚的保护下开口进内侧壁，两内侧壁导坑的进尺也要错开前后（5～10m）。如果是小间距还必须设置预应力对拉锚杆。V级围岩破碎带开挖与支护：上断面内侧壁导坑先进，进尺0.7m，立即对围岩面初喷，顺围岩安设第一层Φ8的钢筋网片，并连接成整体，架设主动及临时支护的型钢拱架，并用Φ25钢筋将拱架与上一榀连接成整体，打孔送入Φ25中空锚杆并压注浆，安设第二层钢筋网片，分层喷护至设计轮廓线，注意每榀拱架背面的密实情况，进尺约5~10m后，下断面的导坑开挖支护，同时外侧壁导坑也可开挖，当下断面成环进尺约20～35m后，核心土上部弧形导坑开挖支护接拱，进尺3m～5m后可开挖中部及支护，最后下部隧底与先前的左右导坑的下断面完全结合封闭成环，共分七部开挖支护，所有工序必须严格遵循开挖支护步序，必须是两内侧壁先行，后续工序跟进循序渐进的工艺。

五、公路隧道IV级围岩段的开挖与支护

笔者在工作实践中发现，公路隧道IV级围岩根据围岩的走向和围岩的风化脆弱程度情况我们将其区分为两种情况对待，一种为IV级一种为IV级加强段，为了节约成本和发挥最大的时间效应，开挖方法也有所调整准IV级为上下台阶留核心土开挖法－正台阶开挖，IV级加强段为CD工法工序开挖－单侧壁开挖法；钻爆开挖均采用实践光面爆破，为了做好光面爆破，提前实现独头施工贯通，我们在吉林省长春市亚泰大街北段公路隧道施工中，我们施工方与监理单位共同成立了一个光面爆破技术专题小组，专门研究探讨IV围岩全断面光爆技术，特别是上下台阶法施工，炮眼残痕率达95%，特殊地段拱部钎痕率达85%，边墙达80%，局部最大超挖量为10，欠挖量为8，IV级围岩实践采用光面爆破取得的有关技术参数及效果，爆破专题组通过多次爆破实践，反复修正爆破参数，最终确定IV类围岩的钻爆方案。施工过程中效果甚好，达到了预期目的。

六、公路隧道Ⅲ级围岩段的开挖与支护

隧道开挖要求范文第5篇

[关键词]浅埋黄土隧道、新三台阶开挖法、数字模拟分析

1.工程概况

大西铁路客运专线磨盘山隧道设计为单洞双线隧道，线间距为5m。隧道全长5456m。隧道最大埋深222m，进口段和出口段350米范围为浅埋黄土隧道，平均埋深为20m～60m。主要由新黄土Q3和老黄土Q2组成，沿线新黄土厚度约为20m，采用新三台阶法施工。

2.两种开挖方法参数对比

2.1.1三台阶开挖法

三台阶开挖法是以弧形导坑预留核心土为基本模式，分上中下三个台阶七个断面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开，平行推进的施工方法。

上台阶开挖高度1.7～2.0m，台阶长3～5m，预留核心土，核心土长度宜为3～5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

阶高3～3.5m，台阶长4～6m，左右台阶错开2～3m。

下台阶高3～3.5m，台阶长4～6m，左右台阶错开2～3m。

施工时各部分平行开挖，平行施作支护，各部分支护衔接紧密，及时封闭成环，形成平行流水作业。

2.1.2新三台阶法

新三台阶开挖法是在三台阶开挖法的基础上，对三台阶开挖法的施工参数进行调整，在施工过程中进行改进和完善，形成一套适合于浅埋黄土隧道开挖方法。新三台阶开挖法主要调整参数为：

上台阶的开挖高度增加到2.0～3.0m，台阶长3～5m，核心土长度减小到2.0～2.5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

阶的高度降低为1.0～1.5m，不留核心土，台阶长4～6m，左右台阶错开2～3m。

下台阶高度增高为5～5.5m，台阶长4～6m，左右台阶错开2～3m。

仰拱施作紧跟下台阶施作，距下台阶距离控制在10～15m内。施工时各部分平行开挖，平行施作支护，各部分支护衔接紧密，及时封闭成环，形成平行流水作业。

3.新三台阶开挖法特点及适用范围

3.1施工特点

1）施工空间大，方便机械化施工，可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高。

2）在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法。

3）适应不同跨度和多种断面形式，初期支护工序操作便捷。

4）在台阶法开挖的基础上，上台阶预留核心土，阶不留核心土，在下一循环上台阶和阶开挖时挖掘机有更大的操作空间。左右错开开挖，利于开挖工作面稳定。

5）当围岩变形较大或突变时， 在保证安全和满足净空要求的前提下，可缩短闭合时间。

3.2适用范围

本开挖法适用于大断面黄土隧道浅埋段施工，不适用有围岩地质为流塑状态地段。

4.新三台阶开挖法工艺原理及步骤

4.1工艺原理

根据新奥法理论基础，初期支护采用钢拱架、挂网、喷混凝土柔性支护体系，快速施作初期支护，及时封闭成环，减少围岩卸荷，充分利用围岩自稳能力，保证施工安全。新三台阶开挖法工艺流程见图1。

图1 新三台阶开挖法工艺流程图

4.2开挖步骤

4.2.1上台阶开挖支护

1）按设计要求施作隧道拱部超前小导管：一般施作范围为拱部140°。

2）上台阶开挖，开挖高度2.0～3.0m，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为2～2.5m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。每循环开挖长度控制在0.6～0.8 m，开挖后及时喷射混凝土封闭作业面。

3）按设计图纸要求施作系统锚杆和挂设钢筋网片。

4）安装钢拱架及锁脚锚杆（管），上台阶钢拱架分3节安装，环向用钢板螺栓连接，纵向用钢筋连接，并将超前小导管尾端与钢拱架焊接。锁脚锚杆（管）在钢拱架两侧边沿按下倾角30°施作，并与钢拱架贴紧。

5）及时复喷混凝土并达到设计厚度，使上台阶形成完整的承载拱。

4.2.2阶左侧和下台阶右侧边墙开挖支护

1）上台阶超前阶3～5 m后，交错开挖阶左侧和下台阶右侧边墙，每次开挖控制在1～2榀，左右两侧的初期支护不同时处于悬空状态。阶开挖高度约1.0～1.5 m。

2）阶下部修边结束后及时喷射混凝土封闭作业面。

3）施作系统锚杆和挂设钢筋网片。

4）安装拱架，复喷混凝土。中、下台阶长度控制在4～6m。

4.2.3仰拱开挖支护

下台阶开挖达到10～15 m时进行仰拱开挖。仰拱分两次开挖，每次开挖3 m后立即进行仰拱初期支护，完成一个仰拱施工长度后，及时浇筑仰拱混凝土，随后搭设仰拱栈桥，继续开挖前方掌子面。

5.数字模拟及沉降观测分析

依据隧道施工新奥法原理分析，可知采用新三台阶开挖法施工隧道的围岩变形和掌子面稳定性。根据现场实际的施工情况，在黄土隧道施工中采用新三台阶开挖法，能够满足黄土隧道施工要求。采取数值模拟的方式对新三台阶开挖法分析总结，对施工进行数值模拟，对围岩变形规律、支护结构受力和塑性区进行分析，总结新三台阶开挖法的利弊。

根据地质勘察资料，磨盘山隧道主要由新黄土Q3和老黄土Q2组成，沿线新黄土厚度大约为20m，计算模型土层分两层，新黄土层厚20m，隧道位于老黄土层中，水平计算区域（模型中为X方向）为隧道直径的3倍，隧道长度（模型中为Y方向）取48m，竖直方向（模型中为Z方向）取隧道直径的4倍。围岩和支护材料参数见表1。

表1围岩和支护材料参数表

5.1 埋深30m时

埋深30m时数字模拟图见图2，地表及拱顶沉降曲线见图3。

竖向位移云图 水平位移云图

初期支护弯矩图 初期支护轴力图

图2 埋深30m数值模拟图

地表横向沉降曲线 拱顶横向沉降曲线

图3 埋深30m沉降观测图

从图4、图5中可以看出，埋深30m时新三台阶开挖法引起的最大竖向位移47.72mm，发生在拱顶位置；水平收敛大约12.5mm；初期支护弯矩104KN.m，轴力3220 KN。

5.2 埋深40m时

埋深40m时数字模拟图见图4，地表及拱顶沉降曲线见图5。

竖向位移云图 水平位移云图

初期支护弯矩图 初期支护轴力图

图4 埋深40m数值模拟图

地表横向沉降曲线 拱顶横向沉降曲线

图5 埋深40m沉降观测图

从上述图中可以看出，埋深40m时新三台阶开挖法引起的最大竖向位移60.67mm，发生在拱顶位置；水平收敛大约15.35mm；初期支护弯矩142KN.m，轴力4017 KN。

5.3 埋深50m时

埋深50m时数字模拟图见图6，地表及拱顶沉降曲线见图7。

竖向位移云图 水平位移云图

初期支护弯矩图 初期支护轴力图

图6 埋深50m数值模拟图

地表横向沉降曲线 拱顶横向沉降曲线

图7 埋深50m沉降观测图

从上述图中可以看出，埋深50m时新三台阶开挖法引起的最大竖向位移76.34mm，发生在拱顶位置；水平收敛大约19.34mm；初期支护弯矩168KN.m，轴力4669 KN。

5.4数字模拟及沉降观测分析结论

通过隧道不同埋深数字模拟分析及沉降观测分析，可以得出以下结论：

在浅埋隧道采取新三台阶开挖法施工时，随着埋深的增加，最大竖向位移、水平收敛及支护结构受力随着埋深增加而增加，其量值变化能够满足设计要求。

6.注意事项

1）采用新三台阶法开挖，由于开挖步骤较多，因此工序较复杂，必须合理安排工序，才能保证施工规范、有序进行，从而保证施工进度。

2）开挖时严格控制欠超挖，机械开挖时应预留30 cm由人工开挖，减少对围岩的扰动，并保证岩面圆顺，及时初喷4 cm混凝士以封闭暴露围岩，增强岩体整体性，为初期支护后续工作争取安全时间。

3）各部分开挖时，钢架设计加工与开挖轮廓吻合，支护尽量圆顺，从而减小力集中，地质很差时左右侧上部开挖施考虑预留核心土切环开挖。

4）严格控制钢架加工质量，减少安装拼接时间，保证安装质量。钢架间应连接牢固，必要时可加焊钢筋。

5）根据实际变形情况，每分节处锚管可由设计的2根增为4根，同时应确保锁脚锚管与钢架的焊接质量。

6）上台阶拱脚宽度由设计的80 cm扩大为100 cm，下台阶墙脚由设计的50 cm扩大为80 cm，另外增设阶扩大拱脚，宽度为80 cm。

7）适当预留开挖变形量，施工前期预留变形量15 cm，在施工工艺及措施优化基础上，通过监控量测及时进行调整。

8）合理控制步长，上台阶步长控制在3～5 m，阶4～6 m，上台阶每次开挖1榀钢架距离，中、下台阶可根据地质情况一次开挖1～2榀钢架距离，仰拱开挖每次控制在3 m。

7.结束语

通过浅埋黄土隧道的施工实践，运用数字模拟建模，结合沉降观测数据分析，形成了针对浅埋黄土隧道开挖的新三台阶开挖技术。采用本技术进行浅埋黄土隧道施工，既保证了施工安全又加快了施工进度，为今后类似工程的施工提供了借鉴和参考。

[参考文献]