隧道开挖方法及其施工技术关键点分析

刘霖超（四川交投建设工程股份有限公司，四川成都610000）

隧道开挖方法及其施工技术关键点分析

刘霖超（四川交投建设工程股份有限公司，四川成都610000）

加快基础设施建设是使我国更快实现交通运输高速化和重载化的重要措施，另外，在建设隧道时，必须要用到正确的开挖方法，在其施工的过程中对技术要点的把握十分重要。本文主要对几种常见的隧道开挖方法进行了详细介绍，并对实施隧道工程前的准备工作与工程实施的技术方案进行了阐述。希望为阅读者提供相应的参考意义与价值。

隧道开挖；工程施工方案；工程施工技术

1 引言

隧道是地下通道的一种统称，其分类如表1所示。

表1 隧道的分类

隧道的施工挖掘进方法主要是由不同的断面净空尺寸与地质条件所决定的，而断面的净空尺寸又根据其使用功能的不同和所处的特殊地质环境而改变。隧道开挖是隧道施工过程中一个十分重要的环节，合理选择开挖的方法不单单提高建设隧道的速度，还保障了隧道施工过程中的安全。

2 隧道开挖方法分类

隧道开挖的方法分为两大类，分别为机械掘进法和钻爆法，具体细分见图1。

图1 隧道开挖法的分类

3 使用钻爆法的条件与技术要点

3．1全断面法

3．1．1适用条件

采用该种方法来进行隧道开挖的步骤是：首先，以隧道设计的大体轮廓为基础，通过一次性的爆破形成基本设计形状，然后再进行之后的施工工序。对于那些自身稳定性差的低级别围岩，要想采用这种方法首先要进行加固的工作，但这也严重阻碍了施工进度。如果断面的面积太大，则对钻爆设备的性能不会受到影响。因此全断面法最适合于有较好围岩级别和开挖断面适中的隧道项目。

3．1．2全断面法的技术要点

（1）设计与优化钻爆方案。钻爆设计是全断面法的另一个技术要点。钻爆质量直接影响着施工的进度，而钻爆方案中的爆破参数要在实施过程中时刻的进行优化和调整，也就是说实施钻爆方案其实是一个动态的过程。钻爆方案设计的主要内容有确定掏槽形式，与炮孔相关的一系列问题，起爆方法和顺序。

（2）地质复核。一般情况下，在隧道围岩达到一定条件时，大多会选择全断面法进行隧道开挖，然后，事实上这种方法对围岩有很大的扰动，施工方法若不能及时根据围岩的变化而变化往往会造成重大的事故，所以若是只依据施工图里提供的相关围岩的性质就确定开挖隧道的方法，会面临更大的未知和风险。因此要想全面的掌握隧道围岩的情况，就要对围岩级别进行适时的复核工作。

3．2台阶法

3．2．1适用条件

使用该种方法进行开挖的隧道，是把设计的断面分成多次来实行开挖，通常是2～3次。其中又包括长台阶开挖、上下台阶并进开挖和微台阶开挖。长台阶开挖是指上台阶的超前长度大于了50m或者五倍的洞径；当台阶长度为3m以上5m以下则成为上下台阶并进。微台阶开挖是指临时支护和衬砌的闭合。

在隧道施工中广泛采用到台阶开挖法，这种方法主要适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，同时还需要结合开挖断面的不同、施工设备匹配度，围岩稳定的情况等各个方面进行综合考虑，在全断面开挖和台阶开挖中选择最优的方式。

3．2．2台阶法技术要点

（1）台阶长度：台阶的长度与步距需要结合多种因素进行相应的考虑要求。通常情况下，Ⅱ级围岩和Ⅲ级围岩隧道会用到长台阶开挖的方法，为了避免工序之间相互干扰，保证进行前后工序之间有充足空间，台阶的长度一般都会超过50m。

（2）支护要求：一般Ⅳ级围岩和V级围岩会有型钢拱架的设置，为了操作和运输的方便这些，拱架是分段来进行加工的，其螺栓需要在现场进行连接和安装工作，确保安装的精度，同时还要保证在上下台阶的安拱架装时，留有足够的空间。

3．3中隔壁法

3．3．1中隔壁法的适用条件

这种方法主要适用于部分围岩级别Ⅳ级和所有的V级围岩，也适用于那些浅埋、对沉降要求高、填充型断层大或者地表有较复杂的建筑的隧道。中隔壁法又被称为分部台阶法，采用这种方法进行开挖的隧道面被分成左和右两个部分。使用这种方法时，首先要从隧道的一边按照从上到下的顺序分层来进行开挖，并完成前期支护，之后当混凝土的强度的达到一定要求时，开始对另一侧按同样的方法进行开挖。这种方法的重点要形成中隔壁，即在开挖另一侧时保留中间的型钢拱架加网喷混凝土支护，同侧仰拱的设置按照支护内力与变形情况进行，支护不一定是闭合的。

3．3．2中隔壁法的技术要点

（1）监测技术要点：确保有专业监测队伍的设置，制定监测的专项计划方案，并且要保证有预警值，若是出现没有事先给出预警值的情况，则可以按照施工规范的规定来设置相应的预警值。另外，要对数据进行处理和分析，并及时进行信息反馈，工作要保证在规定可允许的范围之内进行开展。

（2）支护技术要点：按设计要求布置好超前小导管，并且按要求进行注浆工作。并且要保证有专业的技术员在现场对注浆施工进行监督，还要做好相应的记录，发现异常状况时要及时解决，使用反流止浆塞。对于先行侧而言，其钢支撑的弧度为外鼓的形状，并且该弧度要按对净空高度的要求来进行大小的确定。为了方便运输和安装，在划分其单元长度时需要酌情变更，一般连接形式采用栓接。按照设计要求确定安装间距，拱脚不能悬空，禁止私自减少对纵连钢筋和锁脚锚杆的使用。另外，在台阶开挖的过程中，若其支护的内力比较大，洞周变形的速度快，可以适度的增加对临时钢支撑的使用。

3．4交叉中隔壁法

3．4．1适用条件

交叉中隔壁法是在中隔壁法基础之上，进行了改进与发展，因此其和中隔壁法有很多的相似之处。这种方法的主要特点是对隧道进行左右和上下的分部，并按顺序进行的开挖工作。交叉中隔壁法与中隔壁法的主要区别在于隧道的上部按照台阶法左右循序的掘进，在开挖下台阶时，实行交叉和先左后右的顺序，每开挖一部进行左右交换。交叉中隔壁法适合部分Ⅳ级、V级的围岩，这种方法同时也很适合城市地铁的隧道开挖，因为该种隧道对地面的沉降与变形的控制有很高的要求。

3．4．2交叉中隔壁法的技术要点

（1）支护技术要点：先行开挖的临时钢支撑必须是具有一定弧度的钢支撑单元，其加工与安装技术要点可参考中隔壁法。各部分的开挖速度要考虑因为围岩变形而产生的时空效应，尽快地封闭成环。

（2）分部分层原则：在划分层次和部分时，不仅仅要对围岩变形的时空效应进行考虑，还要保证支护均匀受力，人机效率得到充分的发挥。通常情况下，划分主要是依据周围围岩的特性和其断面的面积来确定的，一般情况下划分为上下三个层次和左右两个部分。

（3）监测技术要点：监测临时支护内力是交叉中隔壁法监测技术的重点，详细可参考中隔壁法的监测技术。

3.5 双侧壁导坑法

3．5．1双侧壁导坑法的适用条件

双侧壁导坑法的核心思想任是将分部正台阶从大跨转化为小跨来进行施工。采用这种方法要首先对隧道的两侧导坑进行开挖，在完成对其的支护后，再根据围岩岩土的特点、断面的大小等等来开挖剩下的部分。这种方法主要适合用来开挖埋深浅、跨度大的V级围岩和Ⅵ级围岩。

3．5．2双侧壁导坑法的技术要点

（1）导坑断面特性：导坑的形状类似于椭圆形，导坑的宽度是隧道开挖断面宽度的1/3，高度保证在其宽度的两倍左右。

（2）开挖和支护技术的要点：两侧壁的导坑可以分别采用短台阶开挖法同时进行，在挖循环的过程中，各部必须保证及时的完成支护工作，尽快的把封闭支护成环。该阶段的施工难点主要是连接侧壁型和拱部型钢支撑，该连接点同时也是受力的关键位置，也就是说为了确保全断面钢支撑在同一个垂直面以内，避免钢支撑发生扭曲行侧壁导坑钢支撑的施工，就必须对两侧进行准确的定位。

3.6 中洞法

3．6．1中洞法的适用条件

这种方法主要适合用来开挖连拱的隧道，另外，对于那些埋深浅、断面大或者围岩软弱的隧道而言，这种开挖方法也可以被其加以利用，但和交叉中隔壁法相比，不清楚该方法的支护受力，并且操作的工序也更加的复杂，因此除了连拱隧道以外，现实工程中通常很少采用中洞发进行隧道开挖，利用中洞法进行隧道开挖的空间顺序图2所示。

图2 中洞法开挖顺序图

3．6．2中洞法技术要点

对于该方法的技术要点，我们主要需要注意到的是其断面的大小和导洞所处的位置。中导洞的断面的形状和马蹄的样子十分的相似，位置位于连拱隧道里的中墙处，和中墙断面的宽度相比，导洞中线两侧的宽度要多上2m左右，根据不同的情况而言，还可将中线两侧的宽度进行适当的加宽。

4 结束语

近几年来，在隧道的施工中有不少的事故发生，事故的原因不仅归咎于管理的缺失，还涉及到因为选择了不恰当的隧道开挖方法，因此对选择隧道施工方法和其技术控制的相关研究和分析工作就显得十分有必要。本文通过对几种典型隧道开挖法包括全断面法、台阶法、中隔壁法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法和中洞法几种开挖方法的介绍，和对其技术要点的简要分析，能够为相关人士提供相应的参考价值。

[1]叶 英．隧道施工超前地质预报[M]．人民交通出版社，2011.

[2]王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论[M]．合肥：安徽教育出版社，2004.

[3]《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB 10304-2009）[S]．

U455.4

A

2095-2066（2016）33-0190-02

2016-11-10

刘霖超（1987-），男，助理工程师，大学本科，主要从事道路、桥梁、隧道等施工工作。