隧道施工新技术
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隧道施工新技术范文第1篇
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
引言
近年来，软弱围岩隧道事故频繁发生，不但造成了财产损失和工期延误，而且造成了较大的人员伤亡和巨大的社会影响。软弱围岩地质条件复杂，施工工序繁多，工艺要求严格，技术含量高。如果能认清软弱围岩“变形与坍方的发展过程和变化规律”，严格执行“三超前、四到位、一强化”的施工方针，完全能够避免软弱围岩隧道事故的发生，确保施工安全。
一、工程概况
娘拥水电站位于四川省甘孜州乡城县，水电站引水洞全长15.4km,马蹄形，宽5.2m,高7.45m。该隧道为有压隧道，地质结构非常复杂，裂隙水丰富，围岩为变质砂岩、板岩，遇水成泥状。隧道时常发生突水、突泥、坍塌掉块现象，自稳能力极差。易发生滑坍方，一旦坍方可能形成连锁变形，不断扩大。
软弱围岩隧道施工当中比较常见塌方，一旦发生塌方不但带来经济损失还给施工增加了比较大的困难，所以预防隧道塌方非常重要。施工队伍在进入到软弱围岩施工的时候，需要对地质情况有比较深入的认识，依照地质情况合理地安排施工进度与施工方法，全面预防塌方的出现。定期地对施工人员进行培训，灌输安全意识，让施工人员认识到塌方对安全、工程质量有直接的影响，坚持标准化的流程来施工，培养施工人员好的行为习惯。施工过程中坚持“不坍就是进度”的思想，树立施工安全与质量保障意识。避免塌方，还需要我们在施工过程中强化施工技术，严格施工纪律，规范施工管理，认真落实技术交底，做好地质情况的超前预报工作。
二、软弱围岩隧道地质工程的特点
2. 1 地质特点
软弱围岩主要指的是第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分，涵盖江河湖岸和池塘冲积、淤积层、人工杂填土、溶洞充填物等。它们普遍都有着流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。
2. 2 工程特性
软弱围岩被扰动之后，它自身的稳定能力还会降低，软弱松动的范围会加大，围岩的压力不断增大，恢复到稳定状态的耗时也比较长，支护以及衬砌结构因受到围岩的压力很容易引起变形、下沉等危害。由于软弱围岩本身具有稳定性差，容易滑塌等特点，工程洞口段若拉槽施工就非常容易导致相当大范围的牵连性滑动，使得工程施工进洞比较困难。若在洞内施工，也会因围岩的承载力不够，会使支护结构下沉，同时围岩的稳定性比较差，可能会出现坍塌等危险现象，给安全施工增加了很大的困难。因软弱围岩的自稳时间比较短暂，需要采取化大为小和分部施工的方法。软弱围岩的地质比较复杂，施工时，需要随时根据具体地质情况作出施工方法调整。软弱围岩的施工环境给人极度的精神压力，施工风险极度大，给施工队伍最严峻的考验。
三、核心土法工艺原理和特点
隧道的核心土开挖法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，分上、中、下三个台阶七个开挖面，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。如图1所示台阶法分类示意图。为台阶预留核心土开挖法具有下列技术特点：
图1
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，预留核心土，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，可尽快调整闭合时间。
本隧道施工时遇水情况下采取了微台阶法施工,无水时采取短台阶法施工。取得了良好效果。
四、预留核心土法施工技术
1、 三台阶预留核心土开挖法施工应符合下列要求：
⑴以机械开挖为主，必要时辅以弱爆破；
⑵弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖，预留核心土，开挖后及时支护；
⑶其他分步平行开挖，平行施做初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环；
⑷仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系；
⑸施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全；
⑹完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。
2、三台阶预留核心土开挖法施工工艺
⑴ 三台阶预留核心土开挖法可分为以下主要步骤：
Ⅰ上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护；
Ⅱ中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护：
Ⅲ中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护。每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。
3、施工步骤
第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为3～5米，宽度宜为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1米，开挖后立即初喷3～5cm砼。开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第2、3步，左右侧阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1m，开挖高度一般为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第4、5步，左右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1m，开挖高度一般为3～3.5m，左右侧台阶错开2～3m，开挖后立即初喷3～5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，如有必要可在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。
第6步，上中下台阶预留核心土开挖。
第7步，隧底开挖：每循环开挖进尺长度宜为2~3m开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4~6m。
三台阶预留核心土开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆（管）、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力。
4、仰拱施工
⑴ 隧底开挖应采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，每循环开挖长度宜控制在2—3 m。当仰拱施工滞后下部台阶开挖面30～40m时，应停止前方工作面开挖或短距离跳槽进行隧底开挖。短距离跳槽的次数不得多余3次，每次跳槽间隔不得大于10 m。
⑵隧底开挖后，应及时清除虚渣、杂物、泥浆、积水，立即初喷3～5 cm厚混凝土封闭岩面，按照设计要求安装仰拱钢架，复喷射混凝土至设计厚度，使初期支护及时闭合成环。
⑶仰拱应超前拱墙衬砌，每循环浇筑长度宜为4～6 m，仰拱应采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝应设置止水带。仰拱表面应平顺，不积水。
⑷仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土终凝后浇筑，浇筑前应清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。仰拱填充表面坡度应符合设计要求，应平顺、排水通畅、不积水。
结束语
软弱围岩隧道施工因地质的特性与工程特性，必然给施工的安全控制、工程质量控制、工程进度控制以及效益控制带来比较大的难题。软弱围岩隧道施工一般需要根据实际工程情况，灵活采用施工方法，重点控制好各个施工技术阶段的难点。坚持在确保施工安全的情况下，最大限度地发挥施工人员的施工技术水平与施工机械的最大性能，实现安全与效益的双赢局面。随着科学技术的日益进步，相信会有更多更好的施工防塌方办法、爆破技术以及防排水材料应用到软岩隧道施工当中来，为解决软弱围岩施工带来便利。
参考文献
［1］ 郑联伟，罗雪峰． 软弱围岩隧道施工技术［J］. 中国水运，2010，( 1) : 172 －173.
［2］ 郭永雄． 软弱围岩隧道的施工技术［J］. 中国新技术新产品，2010，( 19) : 65.
隧道施工新技术范文第2篇
关键词：新建隧道；下穿地铁施工技术；措施
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
北京地铁6号线垂直下穿地铁4号线平安里站南端的盾构隧道。4号线为既有区间盾构隧道，单线隧道直径为6m；6号线暗挖段采用了单线单洞马蹄形断面、复合衬砌结构，隧道埋深16．6～20．32m。下穿段6号线区间隧道拱顶与既有4号线盾构隧道结构仰拱的净距约2．61m。该区域内地层主要为圆砾卵石层、中粗砂层。
二、施工过程
本隧道施工采取B区基坑为先导，两端基坑相适时接应，尽可能实现相同工序平行展开，不同部位流水作业。为严格控制地铁隧道结构变形，彻底解决地铁隧道上浮的问题，更好地保护地铁隧道，基层加固采取从地面直接施工，隧道B区基坑采取控制性拉槽分段放坡开挖、预留2m厚人工清底并及时施作地铁隧道抗浮结构体系的方法进行施工。基坑开挖完成后，及时施工隧道主体结构并回填，施工全程进行严密监测并及时反馈指导施工，同时定期向地保办上报隧道变形情况。具体施工步骤为：
（1）首先在电力管廊及地铁隧道两侧沿地铁隧道方向K0+477.805和K0+526.553处施作两排钻孔灌注桩。然后施作两端双排咬合旋喷桩，完全封闭基坑。并对电力管廊、地铁隧道区间范围全断面注浆。
（2）从第二块混凝土板中线开始，分段向两边分台阶放坡开挖。当开挖到底后，及时进行抗浮锚杆与钢筋混凝土压板的施工，架设空间桁架支撑结构。并对边坡进行喷锚支护，施作护坡平台段抗浮结构。
（3）施作隧道主体结构及防水施工。最后隧道顶板范围内堆载预压，回填至设计路面。
三、施工保护措施
1采用回旋钻机施工钻孔桩
隧道B区围护结构采用φ120cm的灌注桩，由于地铁隧道结构对震动比较敏感，如采用传统的冲孔桩机施工方法会产生冲击震动，势必引起隧道结构开裂，导致安全隐患。为保证地铁结构安全，采用回旋钻机进行钻孔灌注桩的施工。该方法采用钻机旋转切削土岩，泥浆循环排渣，不会产生冲击震动，成桩施工质量有保证，满足对地铁隧道的安全保护要求。
2袖阀管全断面注浆
为防止基坑开挖后软弱地基对地铁隧道的影响，采取在B区地铁隧道结构边线外对地铁隧道进行全断面注浆加固处理，注浆范围：平面范围为距地铁隧道左（右）线之间结构边线外1.5m全部土体，地铁隧道结构边线外侧1.5～5m以内的土体；立面范围为隧道基底至基底下12m。注浆施工在地面进行，采用袖阀管注浆，单根管长16m，注浆管间距为100cm×100cm，梅花形布置，采用分段后退式注浆方式。
3基坑开挖与钢桁架支撑施工
基坑开挖在地表注浆加固施工完后进行，采用沿隧道中线拉槽开挖，对称分段刷坡方式进行施工，减少每次开挖量，防止因大面积开挖隧道上覆土体而引起地基反弹，造成地铁隧道变形。采用两台挖掘机沿隧道中线放坡拉槽开挖，采用分层分段开挖，底槽开挖宽度控制在8m以内，放坡开挖坡度为1:1.5，开挖尽量采用轻型挖掘机，必要时采用人工开挖，防止重型设备集中荷载压坏地铁隧道。随着开挖到底后及时组织地铁隧道抗浮结构压顶保护施工，压顶保护施工完成后继续沿隧道横向对称分段刷坡，基坑开挖时加强对地铁隧道的监控量测，及时进行监控量测数据分析，反馈指导施工，确保处于可控状态。由于隧道B区基坑受电力管廊和地铁线的影响，无法设置中立柱，鉴于该基坑跨度较大，设计采用钢管支撑、钢桁架支撑体系。支撑体系施工时，先将钢托盘焊装在提前预埋于冠梁内的钢板上，然后采用2台80T履带吊车将组装好的单根φ600mm，t=14mm的钢管支撑吊装就位，再采用φ299mm，t=6mm钢管将相临的两根钢支撑焊接为一组。每组钢支撑和它们之间连接的φ299mm钢管共同组成空间桁架。由于隧道B区基坑受电力管廊和地铁线的影响，无法设置中立柱，鉴于该基坑跨度较大，设计采用钢管支撑、钢桁架支撑体系。支撑体系施工时，先将钢托盘焊装在提前预埋于冠梁内的钢板上，然后采用2台80T履带吊车将组装好的单根φ600mm，t=14mm的钢管支撑吊装就位，再采用φ299mm，t=6mm钢管将相临的两根钢支撑焊接为一组。每组钢支撑和它们之间连接的φ299mm钢管共同组成空间桁架，如图3所示。
4抗浮锚杆与钢筋混凝土压板施工
为解决地铁隧道抗浮问题，在隧道节段基底设置抗浮锚杆和钢筋混凝土压板，对地铁形成保护框架，限制其变形。锚杆采用直径Φ32mm@100cm，单根长度均为12米，整个基坑底共设4块压顶钢筋混凝土板，每块板两端各设5根锚杆，共40根。锚杆成孔直径为φ80mm，注浆材料采用42.5R普通硅酸水泥，水泥浆的水灰比不大于0.45。抗浮锚杆施工完成并检测合格后，在图2抗浮锚杆与钢筋混凝土压板纵剖面图基底设置钢筋混凝土压板，将地铁隧道两侧的锚杆与压板联为一体，防止基底土体回弹造成地铁隧道上浮。钢筋混凝土压板设计为11500mm（长）×5000mm（宽）×500mm（厚），横纵面钢筋均采用Φ25mm@100mm布置，拉筋采用Φ14mm@300mm×300mm布置，板混凝土设计为C30普通混凝土，采用现浇法施工。
5主体结构施工
隧道B区主体结构待土方开挖及钢筋混凝土压板施工完成后，在混凝土压板上重新铺设垫层混凝土再进行施工，隧道结构与混凝土压板为即独立又相互作用的联合受力体。隧道B区主体结构分为二段，即跨电力管廊段和跨地铁隧道段，按“水平分段、竖向分层、逐层由下往上平行顺筑”施工。结构按先底板、后侧墙、再换撑及顶板的顺序进行组织。采用人工现场绑扎钢筋，大块定形钢模和满堂支架立模，商品混凝土泵送入模。防水施工、钢筋制安、模板脚手架架设、混凝土浇筑等施工项目按工序施工的先后顺序配合结构施工平行进行。
6监测措施
由于隧道基坑距地铁既有线隧道较近，在基坑开挖施工期间可能会对既有线隧道产生一定的影响。为了解施工期间对既有线的影响程度，确保既有线隧道的结构安全，需对既有隧道进行全过程的监控量测，通过及时反馈、分析监测信息来指导现场施工，做到信息化施工。根据设计文件以及相关规范，结合类似工程中的施工及监测经验，兼顾监测方便、快速，能够准确指导施工，确定地铁隧道的监测项目及频率。
四、结语
本文介绍了下穿北京地铁4号线区间盾构隧道的6号线暗挖段施工技术，阐述了合理有序的施工过程，并详细介绍了施工过程中采取的一系列施工保护措施。当新建隧道工程上跨既有地铁隧道时，为降低施工工程对既有地铁隧道的不利影响，保证地铁隧道的安全，可采用回旋钻机施工钻孔桩、袖阀管全断面注浆、分层分段开挖基坑、钢桁架支撑体系、抗浮锚杆及钢筋混凝土压板等一系列措施来实现。
参考文献：
隧道施工新技术范文第3篇
关键词：山岭；隧道；新奥法施工技术
中图分类号：U45 文献标识码：A
新奥法即奥地利隧道施工新方法是奥地利学者拉布西维兹首先提出的。它是以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过监控测量控制围岩的变形，便于充分发挥围岩自承能力的施工方法。它是在锚喷支护技术的基础上总结和提出的。锚喷支护技术与传统的钢木构件支撑技术相比，不仅仅是手段上的不同，更重要的是工程概念的不同，是人们对隧道及地下工程问题的进一步认识和理解。由于锚喷支护技术的应用和发展，促使隧道及地下洞室工程理论很快进入现论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程的实际，即设计理论施工方法结构（体系）工作状态（结果）的一致，因此，新奥法作为一种施工方法，已经在世界范围内得到了广泛的应用。
1 新奥法浅析
1.1 新奥法与传统方法的区别
传统方法把围岩看做荷载的来源，其围岩压力全部由支护结构承担（围岩被视为松散结构，无自承能力）；而新奥法恰恰相反，它把支护结构和围岩本身看做一个整体，两者共同作用达到稳定洞室的目的，而且大部分围岩压力是由围岩体本身承担的，支护结构只承担了少部分的围岩压力。
新奥法是完全不同于传统方法的一种新理念，它摒弃了传统隧道工程中应用厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论，其基本内容可归结为以下几点：
①开挖作业宜采用对围岩扰动较小的控制爆破和较少的开挖步骤，避免过度破坏岩体的稳定性。
②隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩的自身支护作用。
③根据围岩特征，应采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性支护（如钢拱架、锚杆和喷射混凝土等），以控制围岩的变形和松弛。
④在软弱破碎地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性。
⑤二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修建，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高支护体系的安全度。
⑥尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中。
⑦通过施工中对围岩和支护结构的动态观测，合理安排施工程序，修正不合理的设计，并进行规范的日常施工管理。
1.2 新奥法的特点
新奥法在我国应用的最大特点就是应用了所谓的复合式衬砌，其基本的施工方法是：1.在开挖过程中，尽量减少对围岩的扰动，为此必须采用光面爆破或预裂爆破，以维护围岩的自承能力；2.开挖时尽量采用大断面、少分部的开挖方法，以利于降低围岩内部应力重分布的次数，最大限度地利用围岩的承载力；3.根据围岩特征，采用不同的支护类型和支护参数，及时施作锚喷支护，抑制围岩的松弛和变形；4.在施工过程中，以量测手段为参照不断修正设计和施工，做到既经济合理，又安全可靠；5.根据测量数据，在确认初期支护变形收敛后，进行二次模筑混凝土衬砌。
2 新奥法施工的基本原则
新奥法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭”。
2.1 少扰动
少扰动是指在进行隧道开挖时，尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。因此要求能用机械开挖的就不用钻爆法开挖；采用钻爆法开挖时，要严格地进行控制爆破；尽量采用大断面开挖；根据围岩级别、开挖方法、支护条件等选择合理的循环掘进进尺；自稳性差的围岩，循环掘进进尺应短一些；支护要尽量紧跟开挖面，以缩短围岩应力松弛时间。
2.2 早锚喷
早锚喷是指开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。这样做一方面是为了使围岩不致因变形过度而产生坍塌失稳；另一方面是使围岩变形适度发展，以充分发挥围岩的自承能力。必要时可采取超前预支护措施。
2.3 勤量测
勤量测是指以直观、可靠的测量方法和量测数据来准确评价围岩（或围岩加支护）的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法，确保施工安全和顺利进行。监控量测是现代隧道及地下工程理论的重要标志之一，也是掌握围岩动态变化过程的手段和优化工程设计、施工的依据。
2.4 紧封闭
紧封闭一方面是指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而导致强度和稳定性的衰减，尤其是对于易风化的软弱围岩；另一方面是指要适时对围岩施作封闭性支护，这样做不仅可以及时阻止围岩变形，而且可以使支护和围岩能进入良好的工作状态。
3 施工中的必要注意事项
3.1 初期支护的施工质量要保证
支护是安全的保证。初期支护应及时施作，早封闭，快成环，控制变形。开挖后，要尽早对暴露岩石进行封闭，先初喷4-5cm厚混凝土封闭岩面，然后安装钢拱架、打设锚杆、挂钢筋网，再复喷至设计厚度。
钢拱架应按设计位置安设，钢架之间必须用钢筋纵向联接，钢拱架与围岩之间应尽量接近，留2-3cm间隙做为保护层，中间有较大空隙时，应设垫块垫紧，再用喷射硅喷堵实，绝不允许填塞木柴和片石；有很多隧道坍塌都是与初支背后空洞有关，因此，施工中必须加强对此道工序的控制。拱脚处要根据现场情况采用垫石、垫钢板、纵向托梁、锁脚锚杆等措施进行加强，这是保证下步开挖安全最重要的措施，必须认真落实；钢架落底接长时应沿隧道两侧交错进行，根据围岩条件每次接长1-3杨，上下钢拱架必须对接牢固，尽可能多的与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护的效应；钢拱架安装好后，复喷混凝土到设计厚度，保护层厚度不得小于3-4cm。
锚杆根据设计要求和现场地质条件选用。一定要保证锚杆方向和数量，采用砂浆锚杆时要确保注浆饱满，稠度适中；有水地段优先采用早强药包锚杆、楔缝式或缝管式锚杆，端头锚固锚杆一定要保证端头锚固部分的紧固质量。尾部必须加托板，托板应紧固密贴围岩和格栅，以提高锚固效果。
3.2 重视隧道监控量测和超前地预报的作用
在目前公路隧道施工中，一般采用超前地质预探探报技术、监控量测技术等手段预报隧道开挖前方工程地质和水文地质情况，监测支护结构受力变形情况，为设计变更及施工中采取相应的施工方法和支护手段提供依据。
采用监控量测技术控制地表下沉和防塌方是最可靠的方法。
隧道综合地质超前预报是隧道安全生产的手段和重要施工工序。隧道施工期地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，从而可以及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生。
结束语
新奥法是岩石力学和现代科学技术发展的成果，实践证明，它具有强大的生命力。要成功地运用新奥法，就必须深入理解新奥法的力学原理，深入了解和掌握围岩的地质情况及工程动态，并能将它们融成一体，指导设计和施工。这样，才能使新奥法在生产实践中得到成功的应用和继续加以完善。
参考文献
[1]陈建平.地下建筑工程设计与施工[M].中国地质大学出版社，2000.
隧道施工新技术范文第4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]
隧道施工新技术范文第5篇
关键词：特殊盾构隧道的新工法MF盾构法偏心多轴盾构法 自由断面盾构法球体盾构法
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2010)012-004-02
1 引言
城市地下空间开发是城市基础建设的新挑战，人类文明进步伴随着高科投的发展，挑战传统隧道工程施工方法已成为一种时尚，潜在的生产力和经济性引发了盾构法隧道新概念。以下介绍几种特殊盾构隧道施工方面开发和利用的新工法。
2 MF盾构法
MF(Multi Face)盾构是由多个圆形断面的一部分错位重合而成，可同时开挖多个圆形断面的盾构法。隧道有效面积较开挖面积相等的单圆断面而言要大，是一种较为经济合理的断面形式。两个或多个大小不同的圆形断面通过一定规则的叠合可提供任意断面形式的隧道，在隧道线路规划时，对线性的选择有更多的灵活性。上下空间受限制的情况下，则可选择横向叠合式。MF盾构法更适用于地铁车站，共同沟和地下停车场等大断面隧道的开挖。
MF盾构法的特点：
(1)由MF盾构法建成的隧道基本结构形式为圆形，所以它保持了圆形断面的力学特性；
(2)隧道可由多个小型圆断面叠合形成，开挖量小，断面利用率高：
(3)在隧道线路规划时对线形的选择有更多的灵活性，可根据需要选择横向MF盾构或纵向MF盾构，更加适用于地下空间受到限制的隧道建设；
(4)根据土质情况和施工条件以及对周围环境影响的需要，采用泥水盾构或土压盾构；
(5)盾构由多个独立控制的圆形断面组成，可根据不同地质条件进行土体开挖管理；
(6)通过调整各刀盘的转速和转向，利用开挖时作用在盾构上的反力可有效地控制盾构的姿态，纠偏也相对容易：
(7)采用横向多圆盾构法可用于地铁车站，地铁车辆机务区段的开挖；
3 偏心多轴盾构法
偏心多轴盾构采用多根主轴，垂直于主轴方向固定一组曲柄轴，在曲柄轴上再安装刀架。运转主轴刀架将在同一平面内作圆弧运动，被挖开的断面接近于刀架的形状。因此，可根据隧道断面形状要求设计刀架是矩形，圆形，椭圆形或马蹄形。
偏心多轴盾构特点：
(D可根据需要选择刀架形状开挖任意断面的隧道：
(2)刀架转动半径小，可选择较小的驱动扭矩。因采用多个转动轴同时驱动刀架，所以盾构掘进机具有紧凑玲珑，易装，易拆，易运等特点，适用于大断面隧道开挖；
(3)刀架转动半径小，刀具的行走距离也小。从刀片的磨损角度上来说，比一般盾构至少可多开挖3倍以上的距离，适合于长距离隧道的开挖：
(4)刀架驱动装置小，盾构掘进机内施工操作空间大，可根据需要在盾构掘进机内配置土体改良设备，向整个隧道断面的任何位置进行土体改良，适合于曲率半径小，隧道间隔小，土质差等施工条件差的施工；
(5)采用十字形交叉式刀片，此刀片的前后刀刃的角度相等，所以可进行全方位开挖。可破碎大直径碎石和开挖高强度纤维加强混凝土墙。
4 自由断面盾构法
所谓自由断面盾构法就是在一个普通圆形盾构主刀盘的外侧设置数个规模比主刀盘小的行星刀盘。随主刀盘的旋转行星刀盘在作自转的同时绕主刀盘公转，行星刀盘公转的轨道由行星刀盘扇动臂的扇动角度确定。通过对行星刀盘扇动臂的调节可开挖各种非圆形断面的隧道。也就是说，通过对行星刀盘公转轨道的设计可选择如矩形断面，椭圆形断面，马蹄形断面，卵形断面等非圆形断面。此盾构法尤其适用于地下空间受限制的，如穿越既成管线和水道之间的中小型隧道工程。
自由断面盾构法特点：
(1)可开挖多种非圆形断面的隧道，选择细长型断面使宽度或深度受限制的地下空间更有效的得到利用；
(2)可根据不同的使用目的合理选择不同断面，比如共同沟和电力管线等选择矩形断面，公路和铁路隧道则选择马蹄形断面等；
(3)隧道断面的最大纵横尺寸之比为椭圆形1.5：1.0，矩形1.2：1.0，马蹄形1.35：1.0；
(4)行星刀盘上的刀具呈梅花状布置，扇动臂采用计算机自动控制。
5 球体盾构法
球体盾构是利用球体本身可自由旋转的特点，将一球体内藏于先行主机盾构内部，在其他内部又设计一个后续次机盾构。先行盾构完成前期开挖后，利用球体的旋转改变隧道的推进方向，进行后期隧道的开挖。改向后盾构掘进机刀具交换和维修非常方便。到目前为止在日本已开发了三种用途的球体盾构掘进机在9个工程中得到了运用。
5.1 纵横式连续推进球体盾构
纵横式球体盾构是用一台盾构掘进机完成竖向工作井和横向隧道开挖的一种特殊盾构掘进机。在纵向主机盾构内预先设置一个可旋转的球体，在球体内又收藏了一台专门用于开挖横向隧道的长度较短的盾构。在纵向盾构内设有驱动轴可自由旋转的球体，横向盾构的主体切削刀盘兼用于开挖竖向工作井。也就是说，只要在横向盾构的主体刀盘的外侧安装一个环状的超挖刀具，就可以用同一个切削装置开挖两个功能和尺寸不同的地下空间。纵横式球体盾构共享一个切削驱动装置，主体切削刀和外侧环状刀具之间采用铰接式拉杆连接，通过油压千斤顶可使铰按式拉杆伸缩。竖向工作井开挖结束后外侧环状刀具脱离主体刀盘残留在土中。纵横式球体盾构的主要特点
(1)因竖向工作井和横向盾构隧道是连续推进的，所以它无需考虑盾构进出洞时的土体加固处理和漏水等技术问题，提高了大深度工作和隧道施工的安全性和施工速度，对缩短施工工期有积极的作用；
(2)竖向工作井施工时对周围环境和地基沉降的影响较一般的施工法相比要小；
(3)竖向工作井的内部空间的井壁厚度都可以减小，节省工作井的工程费用；
(4)隧道推进过程中，开挖刀具的交换和维修非常方便，更适用于长距离隧道开挖。
5.2 横横式连续推进球体盾构
横横式球体盾构的开挖原理与纵横式球体盾构基本相同，先行主机盾构和后续次机盾构可在同一水平面内进行直角开挖。交通拥挤的十字路口以及在地下一定深度内存在有各种管线设施无法构筑竖向工作的地区可采用此施工方法。
5.3 长距离开挖球体盾枸
收藏在球体内的刀盘和驱动装置与球体一起在盾构掘进机内旋转后，在盾构掘进机进行刀具的修理和更换等作业。这种复杂的作业不受时间，地点的限制，并在已开挖好的隧道内的大气压中进行操作。解决了长距离盾构开挖时刀具交换的技术性问题，无需构筑工作井，在一定程度上可减少工程费用。尤其适用于工期不很紧，无需设置换气井的长距离上下水道的施工。
6 总结
进入21世纪，世界经济的迅猛发展加速了城市化建设。随着城市密集度的提高，地面可利用空间越来越少。而地下又布满了各种用途的管线，所以，如何更有效利用和创造地下空间已成为当今城市现代化建设的重要课题，采用盾构法来开发地下空间则是一种最佳选择，新的盾构法将会层出不穷。
参考文献：
[1][日]地盘工学会著，清华陈风英，徐华译，盾构法的调查・设计・施工[J]，中国建筑工业出版社，2008
[2]周爱国，隧道工程现场施工技术[M]，北京：人民交通出版社，2007
