隧道开挖方法的比较

李国栋

（山西路恒交通勘察设计咨询有限公司，山西 太原 030006）

大王家山隧道位于柳林县富家垣乡大王家山村和鸦沟村西北之间，洞顶设有山西省大型水泥企业——富龙水泥有限公司，隧道设计为左右分离式。右洞起止桩号为K7+405～K9+430，全长2 025 m，起点设计高程887.06 m，终点设计高程842.12 m，隧道底板最大埋深153.1 m，位于K8+565处。左洞起止桩号为ZK7+485～ZK9+440，全长1 955 m，起点设计高程885.15 m，终点设计高程841.8 m，隧道底板最大埋深167.3 m，位于ZK8+570处。左右线均属长隧道，两洞内侧边线间距为14～38 m。隧道总体走向约160°～180°。

隧址区出露地层由老至新依次有奥陶系中统上马家沟组（O2S）灰岩、中更新统离石组黄土（Q2al+pl）和上更新统马兰组黄土（Q3eol）。隧道围岩奥陶系中统上马家沟组（O2S）灰岩组成，呈中厚层状结构，节理裂隙一般发育，岩体普遍较为完整，洞体走向与围岩倾向基本一致，对围岩稳定性较为有利。隧道左幅进口黄土覆盖较薄，右幅相对较厚，土石分界面对围岩稳定性影响较大，隧道出口段埋深较浅，且有人工填石分布，稳定性差。

在此案例中，以工程造价和进度为基本点，从经济角度考虑，施工方法的选择顺序为：全断面法→台阶法→环形开挖留核心土法→中隔壁法（CD法)→交叉中壁法（CRD法）→双侧壁导坑法；从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。根据实地情况，结合围岩类型，进行比选考虑，在以安全为前提，质量和环保可靠、达标的情况下，产生进度和投资的正比效应。

1 全断面开挖

按照设计轮廓线整体爆破成形，支护体系形成环向封闭效应的方法。

1.1 适用类别

①Ⅰ~Ⅲ级围岩。围岩结构具备从开挖到初支时间内保持自稳的条件。②自制作业台架钻爆，D-380装载机，CAT320挖机配合装渣，12 m3自卸车弃渣。

1.2 施工特点

①作业面大，交叉作业过程中干扰较少。②机械化效能发挥明显，减少人力投入。③工序简单，组织与管理协调配合程度高。④一次环向成形，对围岩扰动少，为围岩提供了自稳条件。

2 二台阶施工

上、下断面同时并进，边墙部位交叉并进的施工方法。根据地质条件，分为长、短和超短3种。

2.1 适用类别

①Ⅲ偏弱和Ⅳ无水地质段。初期支护形成闭合断面的时间要求：围岩越差，闭合时间要求越短。②自制作业台架，D-380装载机，CAT320挖机配合装渣，12 m3自卸车弃渣。

2.2 施工特点

①工作空间较小，需要抢抓施工速度。②上、下作业有干扰。③利用台阶支撑作业面，利于开挖面的稳定。上台阶开挖支护后，下部作业相对安全。④对于较短的隧道，可将上台阶贯通支护完成后，再进行下台阶施工。⑤根据稳定性，控制掘进循环进尺；边墙部位必须左右错开，或者先拉中槽后，交错挖边帮。⑥仰拱跟进后及时成环，尽早形成环向受力效应。

3 三台阶法

3.1 适用类别

①Ⅳ偏弱和浅埋段（无水）、Ⅴ无水围岩段。②CAT320开挖，D-380装载机，CAT320挖机配合装渣，12 m3自卸车弃渣。

3.2 施工特点

①环形开挖进尺宜在0.5~1.0 m之间，核心土面积应不小于整个断面面积的50%.②开挖后应及时施工喷锚支护、安装钢架支撑，相邻钢架必须用钢筋连接，并应按施工要求设计施工锁角锚杆。③围岩地质条件差、自稳时间短时，开挖前应按设计要求进行超前支护。④核心土与下台阶开挖应再上台阶支护完成后，喷射混凝土达到设计强度的70%.

4 CD法

4.1 适用类别

①Ⅳ浅埋偏压段，新、老黄土地质，Ⅴ围岩。②CAT320或人工开挖，D-380装载机装渣，12 m3自卸车弃渣。

4.2 施工特点

①软弱围岩地段，先开挖一侧，施做中隔壁，形成强度后再开挖另一侧。②待初支完毕，形成强度，施做仰拱时，因地制宜，择段拆除中隔壁，尽早形成受力环。

5 CRD法

5.1 适用类别

①Ⅴ偏弱与Ⅵ围岩段。②人工为主，机械配合开挖，D-380装载机装渣，12 m3自卸车弃渣。

图1 双侧壁导坑

5.2 施工特点

①根据地质情况，先开挖拱部，分一或二部分，施做部分中隔壁和横隔板。②开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工；延长中隔壁，最后开挖剩余部分。③中隔壁和仰拱把断面上下、左右分割闭，临时封闭仰拱断面。④在全断面闭合，位移充分稳定后，才能拆除中隔壁。⑤左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15 m。如图1所示。⑥当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合，模筑台车跟进衬砌。

如上所述的隧道施工方法，是根据不同围岩和地质情况进行比较选择的几种方法。在实际施工中，各单位均有基本类型上的延伸和扩展，望大家予以推广和交流，对不足之处予以批评指正。