隧道的开挖方式(6篇)

隧道的开挖方式篇1

关键词：盾构；开挖面；地表沉降

中图分类号：U45文献标识码：A

引言

目前，随着世界范围内人口急剧增长a，地表土地资源越发紧张，人们开始注重地下空间的应用。地铁隧道作为一种有效的应用土地资源的手段很受重视。

我国目前隧道的修建具有以下特点：首先，隧道的长度越来越长，隧道所处的地质环境越来越复杂。其次，隧道在施工过程中经历了从钢钎大锤施工到新奥法施工再到目前的盾构机施工，施工的工艺越来越精良，速度越来越快了，水平也越来越高[1]。因此研究隧道施工过程中的出现的问题显得尤为重要。

1国内外研究现状

盾构施工法在隧道施工的过程中有着比其他方法更加有力的竞争力，它可以在施工的过程中对地面上的影响控制在最小程度，而且对地层性质要求不是很高。所以在国内外隧道的施工中，人们首选盾构施工法，但是盾构法施工也会出现一些问题，比如在施工的过程中和在隧道后续的使用过程中会造成对周围地层的扰动，严重时会导致地面的塌陷，建筑物的倒塌，所以采用盾构施工时要注意开挖面的稳定性问题。

隧道盾构法是使用盾构机，一边控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣、并在盾构机内拼装管片形成衬砌，实施壁后注浆，不扰动围岩而修筑隧道的方法[2]。

人们通过多年来的研究探索，对隧道盾构施工时开挖面的稳定性分析以及与地表沉降量的关系，提出了很多可以借鉴的观点，但对于软粘土中的施工，研究的不是很充分，定性分析多，定量分析少。

我国在盾构技术方面也在近几年取得了相当大的成绩，在理论发展的同时，针对我国的一些特殊地形进行了特殊研究，对已经存在的公式进行修正，从而得到适合中国国情的隧道盾构施工方法。

Peck在1969年提出了地表沉降量的横向沉降值的计算方法；CloughSchimidtAttwell等人在Peck的基础上，提出了盾构在含水塑性粘土的地表沉降槽的宽度计算公式以及地表沉降的经验公式[3]。在对前任研究的基础上为研究隧道在盾构过程之中地表沉降量的问题，为了更加联系工程实际纵向沉降量经常用Peck提出的另一个公式：

（式1）

式中主要参数含义：为沿隧道方向的地表沉降；L为盾构机的长度；为地层损失。

2两种开挖面平衡模型

隧道在开挖的过程之中开挖面的破坏形式有三种：第一种破坏形式土体的锥形体在滑动中沿着圆弧路线滑动，第二种是两个锥形块产生沿着圆弧形路线滑动从而产生破坏，这两个锥形体是相交的关系。第三种破坏情况是在圆弧路径上两个并排位置关系的锥形块产生运动，最终发生破坏[4]。

为了研究开挖面稳定性问题针对以上三种破坏形式提出两种模型，中心平衡模型和合力平衡模型。

中心点平衡模型，取盾构机开挖面的中心点作为参考点，来研究两侧土压力的平衡，来确定最终施加力的大小。并且还能够得到开挖面上的力的分布，进而可以求出开挖面两侧压力差值的分布情况。

盾构机前面产生的土的压力：

（式2）

盾构机应用土压平衡盾构方法在开挖面中心处产生的土压力：

（式3）

施加在开挖面上的支护力的值：

（式4）

合力作用点平衡模式，参考点的位置是合力作用点，在这个参考点上建立平衡方程，来确定所要施加的力的大小，从而可以确定开挖面两侧压力差值分布的情况。

假设在开挖面上的合力的作用点的埋置深度为H(即合力作用点距地表之间的距离)则：

H=（式5）

由于要在开挖面保持压力相平衡，则：

（式6）

盾构机在刀盘附近的支撑力为：（式7）

假定隧道所处的地点是一个土质较软，土层性质较单一的地区，具体数据如下：土的重度为20，，埋置深度为20m，所选用隧道的直径分别为：5m,10m,15m。应用以上两种模型研究不同隧道直径的压力值。

图1图2

根据上面的两个坐标图，可以总结出一些规律：

1、应用两种方法在相同的埋置深度的条件下，三个不同直径的压力差值是不同的，具体关系是：直径越大压力差值的绝对值就越大。

2、心点平衡模式所绘制出来的图形为中心对称的，合力平衡模式却是非对称形式的，因此，如果采用合力点平衡模式有可能会出现超挖或者是欠挖的现象。可得结论对于同一性质地层中进行开挖的过程中，采用中心平衡模式对于隧道的开挖很有利。

3稳定性系数

由于伴着盾构隧道直径的增大，隧道开挖表面积也会随着增大，开挖面两侧的压力值也会发生很大的变化[5]。为了判断隧道在开挖过程中是否是处于稳定的状态，并在判断在开挖后使用何种支护措施，我们有必要用一个数值来表示隧道的稳定性，即开挖面土体稳定系数：

=(式8)

；为隧道在施工过程中应用土压平衡方法或者是其他方法施在开挖面上的支护力；。

稳定系数的大小会影响到地层的稳定性，稳定系数愈大，土体的稳定性就越差[6]，土体就越容易发生剪切破坏，会增大地层的损失，增大地表的沉降量。如果，稳定系数很小，说明支护力相当大，支护力大于土体产生的土压力这就导致了，地表土体会产生隆起。所以，稳定系数大小的控制是一个很关键的问题。

工程师经过大量的工程实例得出下面的结论

4地表沉降和稳定性系数之间的关系

为研究地表沉降量和稳定性之间的关系，将1式和8式联立可以得到：科洛夫推导在低塑性粘土中稳定性系数和地层损失之间的关系式[7]：

(式9)

，；m为,取值在0.002-0.006之间。

在施工过程之中，要开挖面上方安放大量的监测设备，用来监测地表的变形情况，其中稳定性系数就是一个重要的监测项目。当盾构机逐渐接近并来到放置监控设备的地区时，要紧密观察仪器的数据变化。如果发生数据变化过大，那么就要进行施工的调整，并分析产生现象的原因。在施工过程中由于所施加的推进力要大于土的侧向压力所以在地表一般会产生轻微的隆起。如果地表隆起严重则说明施加的推力过大或者是推进时速度太快，导致地面隆起。如果地面产生严重的塌陷，很可能就是因为推进的速度过慢，土压平衡盾构时所施加的土压力过小。

研究开挖面稳定性与地表沉降量之间关系时选取盾构法施工条件下直径为5m,10m,15m的隧道分别作为研究。分别取隧道开挖面正上方和隧道边缘处做研究总结成下表：

表1隧道中心点上方地表沉降量和开挖面稳定性的关系

(m)

D=5m0.55

D=10m1.60

D=15m3.21

开挖面所处的状态弹性变形，较稳定弹性变形、塑性变形塑性变形开挖面不是很稳定开挖面失去稳定性

表2隧道边缘地表沉降量和开挖面稳定性的关系

D=50.62

D=100.93

D=150.73

开挖面所处的状态稳定，弹性变形弹性变形、塑性变形稳定性破坏破坏，失去稳定

通过研究以上两个表格可得到以下结论:根据隧道中轴线上方土体沉降量的数值，来对隧道开挖面的稳定性进行判断。应用两种方法在相同的埋置深度的条件下，三个不同直径的压力差值是不同的，具体关系是：直径越大压力差值的绝对值就越大。可以说，直径越大，盾构时开挖面上的压力就越不平衡，施工难度就越大。

参考文献

[1]孙小明高速公路隧道监控系统的PLC应用分析[J]软件2008（3）

[2]刘建航,侯学渊。盾构法隧道［M］.北京中国铁道出版社,1991

[3]高俊强,胡灿.盾构推进和地表沉降的变化关系探讨[J].南京工业大学学报-自然科学版2005（4）

[4]高立群直径盾构正面稳定性研究[D].上海同济大学硕士研究生论文2003

[5]许春彦盾构隧道开挖面稳定性的数值模拟研究［D］.天津天津大学硕士论文，2008

[6]蒋严,蒋欣.土体渗透稳定性的填充系数分析计算方法［J］.岩土工程学报2006年03期

[7]章慧健,仇,王庆.城市地铁盾构施工引起的地表沉降分析[J].铁道建筑2009年09期

隧道的开挖方式篇2

【关键词】分岔隧道；稳定性；施工优化；数值模拟

近年来，随着西部大开发战略决策的不断推进，西部地区的高等级公路建设的速度有了前所未有的提高，由于地形等因素的限制，穿越山岭地区的公路隧道的建设逐渐成为了建设西部地区公路当中一个不可忽略的重要课题。沪蓉西高速公路八字岭隧道采取了分岔隧道的形式，这种形式可以有效克服地质方面的不利条件，同时也可以大量降低整个工程的造价。虽然国内存在喇叭口和Y型隧道的成功案例，但是由于分岔隧道施工过程当中结构复杂多变、受力结构也相当繁琐、施工的难度相对较高，因此，分岔隧道在我国仍处于建设的起步阶段。考虑到国内外对于分岔隧道相关的设计和施工技术规范以及标准尚且没有明确的成文规定，所以，及时展开对分岔隧道稳定性和施工优化方面科学有效地研究成为了西部地区道路建设当中的重中之重。

1、工程概况

八字岭隧道地处宜昌市长阳县及恩施土家族苗族自治州巴东县，隧道采取了分岔隧道得设计形式，进口是和八字岭特大桥西桥台相连接的分离式，出口是跟四渡河特大桥台距离20―30m的连拱式。出口的位置通过小净距段、连拱段两条隧道逐渐靠近个成为一条隧道出口。隧道的地表是高低不平的山地。大拱段隧道宽24.3m，高11m；曲中墙连拱段和小净距段隧道宽11.35m，高11.89m；直中墙连拱段左右隧道宽10.3m，高8.15m。

2、中墙稳定性判断依据

分析研究分岔隧道稳定性应该着重考虑中墙的合理厚度。计算中墙应力和稳定性常用的理论方法有综合经验公式法、直接荷载确定法以及普氏发三种方法。采取数值计的方法，通过控制变量法分别考察不同上覆岩层厚度、不同中墙宽度对中墙应力的影响，结合经典岩体强度理论中的最大正应力理论作为判断是否失稳的依据，最后得出针对小净距隧道的稳定性判断依据如下：

其中：γ―上覆岩层的平均容重

H―上覆岩层的厚度

B―一侧隧洞中线到中墙的距离

a―中墙的宽度

L―中墙的长度

K―中墙应力修正系数

C―黏聚力

P―锚杆支护预应力

L―中墙贯穿对拉锚杆的间距

R―中墙贯穿对拉锚杆的排距

3、模型试验和施工优化策略

该试验采取了由底盘、箱体、加载系统等组成的分体式设计形式。考虑到液压饲服加载系统的保温性能比较好，因此，该试验的加载系统采取的是液压饲服加载系统。由于模型试验的关键是相似材料，因此，试验在进行模型尺寸设计的时候是根据选择的相似比1/50来确定原型和模型的材料参数的。在依次完成模型尺寸设计、配置材料、制作模型以后，还需要在相应的部位埋设测试仪器。模型干燥后施加合适的测压，采用的是人工钻凿开挖方式。通过内窥系统对洞内开挖的整个过程进行实时监控，通过对结果分析发现，隧道测试位移在不同隧道开挖面到测试面的距离的时候各不相同。当开挖面里测试面的距离比较远的时候，测试位移不变；当开挖面在离测试断面比较近的时候，位移有微小的变化；当开挖到测试面的时候，位移隧道测试位移出现了显著的变化幅度；当开挖下降到某一个固定值得时候，隧道测试位移逐渐趋于一个定值。

通过模型试验的结果分析，给出了分岔隧道施工优化策略。第一，应该确定左右两洞开挖面的合理间距。因为在实际施工的时候左右两个洞是先后开挖的，在一侧的洞开挖完成以后再对另一个隧洞进行开挖。当开挖第二个隧洞的时候，随着隧洞开挖的不断推进，第一个隧洞的拱顶高度不断下降。理论模拟和实践均表明，第二个开挖的隧洞开挖面到第一个开挖的隧洞监测断面的距离越近，第一个开挖的隧洞监测断面的位移受到第二个隧洞开挖的影响程度越大。当距离第二个开挖隧洞掌子面32m的时候，第一个开挖的隧洞变形程度基本稳定。所以，在施工的时候应该保证左右隧洞开挖面的合理间距大于等于32m；第二，为了减少工程造价，加快施工速度，应该在大拱段支护措施中去掉施作中墙；第三，考虑到连拱段隧道拱肩容易受到破坏，因此应该采取必要的防护措施。首先，可以重点加强肩部锚杆支护；其次，还可以结合实际情况科学的减少拱腰部位的锚杆数量；再次，对于中墙上不的岩体应该重视起来，尤其是针对直中墙的上部和底部，以及曲中墙的上部都应该采取加强配筋的措施。第四，应该重视靠近连拱段的小净距段隧道，对于围岩比较差的地段可以采取超前导管和注浆加固的措施进行必要的支护。此外应该采取预应力贯穿锚杆的方式将小净距段隧道作为中墙的支护重点对象。

4、结束语

本文以沪蓉西八字岭分岔隧道为例，通过地质力学模型试验的办法模拟了分岔隧道施工的过程，并且对分岔隧道施工过程中的稳定性进行了研究分析，给出了相应的优化策略。在今后的分岔隧道施工过程当中，我们应该不断探索创新，积极推进我国分岔隧道建设。

参考文献

隧道的开挖方式篇3

关键词：砂质板岩地区隧道开挖超挖控制

1前言

某隧道全长2800m，隧道地质以砂质板岩为主，泥质板岩次之，局部夹凝灰质板岩，岩质稍显坚硬、性脆。

2分析砂质板岩隧道塌方产生原因

隧道在施工中遇到掉块或塌方等围岩失稳现象，不仅严重影响了隧道安全施工，同时也给隧道开挖过程中的超挖控制提高了相当大的难度。隧道塌方成因分析：

1）岩体自身特点。岩体的层状特征对塌方性态有显著影响，由于开挖后隧道洞壁的径向应力降低而切向应力增高，层状岩体以板的横弯作用下发生挠曲至失稳破坏。

2）地下水的影响。板岩本身遇水强度急剧下降加之层间泥质充填物在裂隙水的作用下基本失去胶结作用，造成岩体强度降低的同时因裂隙水带走层间结合物导致岩体完整性的进一步破坏。

板岩自身特点极易受地下水的影响，反之地下水的大量存在又使板岩的工程缺点进一步扩大，两者相互促成。

3）施工原因。施工中开挖进尺过大，开挖完成后未能及时跟进初期支护；钢拱架加工与施工过于粗糙，造成其未能达到较好的受力，并且施工中挖掘设备操作不规范以致拱脚大部分悬空。以上原因总体上可归纳为一点即未能及时对开挖后的岩体进行约束导致其受力状态达到失稳临界点。

可见高岩梁隧道的塌方演化过程主要表现为施工过程不当板岩临空过多地下水导致围岩力学性质过差初次塌方并继续发展。

4）为盲目提高炮孔利用率，加大单孔装药量。

5）周边孔未同时起爆，或爆破网路连接不规范，导致漏爆和拒爆等。

6）欠挖处理加大外插角办法继续掘进，可能造成超挖。

3砂质板岩隧道超挖控制措施

3.1根据围岩实际确定开挖断面尺寸

要确定开挖轮廓线，预留变形量。预留变形量的大小主要取决于围岩本身的工程性质的好坏和开挖断面的大小。

现代隧道工程围岩承载理论及新奥法施工的基本原则都主张：不论隧道设计断面大小，只要围岩条件许可，一般均应尽可能采用大断面开挖，同时主要通过调整掘进进尺来适应围岩稳定能力的变化。就横断面而言，采用大断面开挖，可以减少分部开挖的次数，从而减少对围岩的扰动次数，而且大断面开挖还可以提供较大的作业空间，便于各项作业；就纵断面而言，当围岩稳定性较差时，缩短掘进进尺开挖，既可以获得较好的空间成拱作用，又可以保持大断面开挖的便利。高岩梁隧道在实际开挖中，洞口浅埋段采用的是CRD法，洞身段采用的是台阶法，其中上台阶开挖断面为81㎡，循环进尺为1-3m，实践证明此开挖方法造成的超挖相对影响最小。

3.2加强围岩的稳定性

（1）围岩的稳定性不仅与岩层的倾角有关，岩层的走向与开挖的边界几何关系也直接影响着围岩的稳定性。特别是陡倾角岩层最易破坏。当岩层倾角为0°时，最大位移点出现在隧道洞顶；倾角为45°时，最大位移出现在隧道左上角约45°和右下角约45°的地方，且呈现明显的挤压变形特征；倾角为90°时，最大位移出现在隧道洞腰的位置，此时隧道变形主要是挤压变形。岩层倾角对隧道围岩的位移、应力有明显的影响，岩层倾角为0°时隧道同岩稳定性最好；当岩层倾角为45°时，围岩的位移值、最小主应力值达最大，隧道围岩塑性区的面积最大，且沿着砂质板岩的层面发生张开破坏，最不稳定；而在60°至90°，隧道围岩仅在上部出现了拉应力破坏，但是破坏的范围则逐渐减小。在不同倾角时，围岩破坏的位置不一样，应该根据围岩的层状以及隧道开挖的边界几何，分析出围岩的易破坏点，针对易破坏点进行支护，不但有利于围岩的稳定性，控制隧道的超挖，节省工程造价。

（2）开挖过程中应及时对围岩的地质条件进行分析，根据围岩的具体情况进行选择性的支护，更有利于控制隧道超挖现象，节省工程造价，确保施工安全。

3.3实施隧道塌方的预防措施

（1）在勘察阶段，应做好地质勘查阶段的工作，对隧道的地质环境尤其是围岩岩性、层理结构、地应力以及地下水状态需综合认识，对于危险地段应进行详细的超前地质预报，以便在设计上及时采取相关措施。

（2）在设计阶段，对于隧道的危险地段应尽量采用超前锚杆或管棚等超前支护措施，抑或根据地下水发育情况采取超前注浆等围岩加固措施，增加围岩的整体性，从理论分析中能够看出，这些措施相当于增加了层间结合力、增大了岩层的厚度，对于维护围岩的稳定性有很大帮助。

（3）在施工阶段，应根据板岩的岩层倾向对隧道中的不利位置提前预判，做出相应的设计调整；对于塌方易发地段应尽量采取降低一次开挖跨度的施工工法如CD法等，并尽量采用小进尺开挖；初期支护的施作应在开挖后及时跟进，钢拱架轮廓应与隧道轮廓良好契合并在分步开挖时保证钢拱架能够完全受力，起到抑制围岩失稳的效果。

3.4合理的钻爆方案设计

围岩地质条件是客观存在的，是确定爆破参数的主要依据之一。

一、掏槽形式、装药结构

掏槽采用三级复式契形掏槽眼的形式。周边眼采用空气间隔装药，各眼采用导爆索并连，并在其中两眼装入非电毫秒雷管达到孔内延期起爆，其余炮眼采用连续装药，非电毫秒雷管孔内延期起爆，各炮孔均进行堵塞。

装药按《围岩装药参数表》自上而下进行，雷管对号入座，装药后所有炮眼均应堵塞炮泥，掏槽眼堵塞长度≮40cm，其他眼堵塞长度≮20cm。炮泥采用比例为1：3的黏土和砂子加上含有2%～3%食盐的水搓制而成。

二、钻眼要求

（1）按照炮眼布置图正确钻孔；

（2）掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于5cm；

（3）辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm；

（4）周边眼开眼应布置在开挖断面轮廓线上，调整范围不得超过5cm，方向应以2°（3cm/m）斜率外插。不同的炮眼深度，可调整斜率，但须保证眼底不超过开挖轮廓线10cm；

（5）内圈炮眼至周边眼排距误差不大于5cm，并与周边眼用相同的斜率钻眼；

（6）当开挖面凸凹面较大时，应按实际情况，调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼和底板眼外）眼底在同一垂直面上；

（7）钻眼作业应根据开挖台车台阶划分作业区域，定人定位进行施钻。

4结束语

砂质板岩地区隧道施工中超挖问题虽然是不可避免的，但是可以将其控制在一定程度之内。控制隧道超挖技术是一项综合技术，必须从钻孔精度、测量放线、爆破技术等众多方面抓起。

参考文献：

[1]任海军.隧道开挖过程中层状围岩稳定性分析.探矿工程-岩土钻掘工程，2007.

隧道的开挖方式篇4

关键词：隧道工程，隧道工程技术，施工技术

一、隧道施工技术比较及其说明

（一）洞口开挖与边坡保护

洞口是隧道工程的起点与终点，亦是所有施工材料及机具必经要径，故洞口工程是整条隧道工程瓶颈。传统假洞段施工方式是先将洞口浅覆盖土，以最临界的坡度挖除，并在该坡面上施作喷凝土或岩栓（土钉）等临时支撑保护边坡，再架设隧道用钢支保。近年来，由于环保意识高涨，任何工程均以尽量减少地表开挖为原则，甚至要求施工后的景观性及安全度较施工前更为优良。[1]为因应此种趋势，隧道洞口视地形情况可直接采用管幂工法保护洞口后挖进，或假洞段以半阶式拱盖工法施，其施工方式为先挖除部份浅覆盖层后，于隧道顶拱预定的位置施筑一RC拱盖，而后再以隧道开挖的方式进行后续全断面的开挖工作，通常为维持拱盖的稳定性，拱盖的基脚位置需依据实际的地质情况，以灌浆或施作微型桩等方式预做补强。本工法除了可避免大量开挖，减少对环境的冲击外，也降低了深开挖的风险。

隧道洞口段通常覆土厚度较薄，且由崖锥堆积物、冲积层等未固结地层及风化岩所构成，故当隧道开挖时无法形成地拱，因此必须采用强度够且刚性高的支撑构材以承受全部覆土荷重。为加强顶拱先撑后挖的安全性，并方便大型机具进行大断面开挖，近年来先撑管幂钢管工法已被工程界广泛采用，本工法系于隧道洞口段遭遇崩积层或软弱地盘等地层，无法以正常开挖方法通过时，可采用隧道管幂机于隧道顶拱区域钻设水平孔，埋设先撑钢管并施以固结灌浆，使隧道顶拱预先形成一管幂强化伞状保护环。此先撑管幂钢管可与钢支保、岩栓及（钢纤维）喷凝土等连结在一起，形成格子状支撑系统，强化隧道纵剖面及横剖面两向支承劲度，达到三度空间支撑功能。

（二）隧道支撑设计

半刚性支撑设计，因格于岩盘复杂性，理论数学分析法尚难直接应用，故多先以经验设计法搭配岩体分类进行，再根据地质调查或试验所推估参数，以数值分析法加以检核。在设计阶段，预先将可能岩盘按优劣次序订定不同等级与相应支撑类型。在施工阶段，根据开挖后岩盘实况，在现场评定其等级及选定支撑类型，并配以变形监测及回馈分析，作为需否加强支撑依据。

（三）开挖工法与施工机具

近年来，钻孔机已进步到以多臂式钻堡机(Jumbo)施钻，而炸药采用60%至80%标准条状硝甘炸药(GelatineDynamite)或硝铵炸药(AmmoniaGelatine)，亦可采用乳胶炸药(EmulsionsGelatine)，其外径以32公厘为原则。周边孔采用10g/m导爆索及多个半条炸药配合竹片间断装药，或45%至60%细长条状硝甘炸药，其外径约为18厘米。另雷管采用MS、DS延时电雷管(ElectricDelayDetonator)或非电气雷管(NonelectricDelayDetonator)，以改善开炸安全度、施工品质与速度，轮进长度亦有所增加。

隧道开挖除了钻炸工法外，亦有采用机械作为掘进工具者，目前常用者有潜盾机（ShieldMachine）、悬臂式削岩机（Roadheader）及隧道钻掘机（TunnelBoringMachine，简称TBM）三种。潜盾机多用于软弱地层，悬臂式削岩机多用于强度中等以下岩石隧道，而TBM则因经过四、五十年不断改进，加上施工经验累积，迄今已有为数甚多长而大隧道以TBM工法顺利完工实例，以其平均速度快、使用人力少、支撑材料经济及对环境影响小等优点，对长隧道而言，有广为采用趋势。（四）支撑材料与内衬砌钢模

隧道开挖过程中为稳定岩盘需要加以支撑，其支撑材料可区分为外支撑（初期支撑）及内支撑（永久支撑）两部份，早期外支撑多采用原木及矢板，而内支撑亦仅以红砖块或石块堆砌而成，自新奥工法施工观念引进我国后，喷凝土、岩栓、钢支保、相关辅助措施及钢筋混凝土衬砌等开始扮演着重要的角色。

二、隧道施工管理技术

隧道施工管理的范围相当广泛，举凡进度管理、安全管理、品质管理、环保管理等，都将影响隧道施工的成本与效率，甚至会超过施工技术的层次。根据国内隧道施工经验，扼要列举施工管理的措施如下：[2]

（a）杜绝层层转包的恶习，确实要求承包商负起工地经营及日常管理的责任，并加重其工地负责人的责任。工地负责人应能灵活有效地调度人员及机械，并能随时掌控进度、品质及处理突发状况。

（b）开挖作业中，若承包商所采用开挖方法或开挖程序，超过设计预估变形量，或不能达到需求开挖进度，或工作要求水准，或无法确保人员及工程安全，或造成环境污染无法改善时，应依照业主指示提出修正施工计划，包括开挖方法所需设备或材料改变，但不论是否增加工作，均不得请求额外补偿。

（c）隧道开挖及支撑等工作，承包商应以每天固定时间轮班作业为原则，每班均需为全能工作班，即隧道开挖、出碴、支撑及现场维护等工作均由同一工作班执行，而施工作业手应受过职训，以提升作业效率及维护品质。

（d）工地应建立机具维修的制度，并充实维修的人力，如机具应有定期的保养、维修，以维持正常的操作，如有机具故障时应有应变的计划。

（e）施工期间隧道内通风、照明及排水设备及维护费用，均单独以实作数量计价，以鼓励承包商作好工安、环保及卫生要求。

（f）于隧道内及洞口腹地铺设铺面混凝土，以利施工车辆进出及维护环境整洁，该铺面混凝土以实作数量计价。

（g）于施工前先进行隧道周边民房现况调查，以备一旦有损邻时作为仲裁及修护依据，另藉着施工前说明会与当地居民沟通，可减少抗争事件发生次数。

（h）由于隧道工程具有高度的不确定性，在设计阶段应针对各种可能的情况，详列备用的单价，以因应突发状况发生时可及时使用，不必再办理变更议价，而施工承包商应以积极态度解决突发状况，避免假藉业主尚未指示或等待保险理赔等推托词，延误黄金处理时机。

参考文献

[1]王明慧,姚云晓,蒋树平.我国铁路隧道施工方法及适应性研究[J].现代隧道技术.2010(03)

[2]田富强.关于铁路的隧道施工技术研究[J].科技资讯.2012(10)

[3]张俊波.铁路隧道施工技术研究[J].黑龙江交通科技.2012(01)

[4]甄静彬,霍佳.浅谈公路隧道施工技术[J].科技创新导报.2010(33)

[5]李维.关于目前铁路隧道施工有待解决的几个技术问题思考[J].中华民居(下旬刊).2013(10)

[6]马辉,刘仁智,陈寿根,高明忠.当前铁路隧道施工亟待解决的若干技术问题[J].现代隧道技术.2011(05)

[7]张梅.采用先进技术和装备确保铁路隧道施工安全与质量[J].现代隧道技术.2009(03)

隧道的开挖方式篇5

【关键词】超浅埋，暗挖隧道，下穿高速公路，施工方法，选择

1.前言

随着隧道施工的不断发展，下穿既有建筑物和线路的隧道越来越多，施工难度越来越大，施工方法的选择显得尤为重要。深圳市红棉路市政隧道下穿机荷高速公路段就是上述复杂隧道工程中的典型。该隧道开挖断面大、埋深浅、围岩十分软弱。本文在对隧道施工方法进行研究选择。

虽然构筑物类型、变形和受力模式存在差异，但都面临相似的问题，即隧道施工方法的选取、施工对地层、构筑物保护等系列问题，各种下穿类型的隧道技术研究成果可以为彼此提供借鉴。在隧道下穿既有高速公路施工方面，许亚军[2]分析了洛阳新区东干渠下穿洛界高速公路段采用CRD分部开挖法的施工安全性。张鹏，谭忠盛[2-3]采用数值计算方法对闺乡隧道下穿施工工法进行了优化，并提出根据路面平整度和行车舒适性两个角度确定下穿隧道地表沉降的控制基准。此外，王志[4]、马占荣[5]、王成[6]等都对下穿高速公路隧道的施工方法和沉降控制技术进行了总结，为下穿高速公路的工程施工提供了宝贵经验。

2.工程概况

红棉路求水山隧道下穿机荷高速段，是目前国内下穿高速公路最长的隧道，为双向六车道大断面隧道，其中，左线长163m，右线长177m，隧道中线与高速公路约45°～58°夹角斜交，中心线间距约为43.5m（如图1-1所示），隧道下穿段的开挖跨度约16.0m，高度为11.7m，开挖断面总面积约163.4m2，埋深6m～8m，覆跨比（H/D）0.43，为大断面超浅埋隧道，隧道采用大管棚和小导管注浆进行超前支护。

地质及水文情况，隧道穿越地层，围岩主要为人工素填土、第四系冲洪积淤泥质土、粉质黏土、粗砂及残积黏土、强风化泥质砂岩、松散或松软结构，地下水呈小股流水或可出现股状流水，并有少量渗水，围岩开挖后无自稳能力。

图1-1隧道下穿机荷高速段平面布置图

3.工程特点

隧道断面跨度大、埋深浅、穿越地质多为富水软弱围岩，跨越长度长，施工过程受高速公路强动载影响，开挖极易坍塌，隧道容易变形，施工风险极高，属于国内施工难度罕见的隧道。

2-1隧道横断面结构图

如上图所示：

（1）隧道断面

隧道横断面：宽度16m，高度11m，弧形由半径7.605m和半径5.355m半圆弧分段组成，圆心间距1.591m。

（2）超前支护

采用超前大管棚和超前小导管支护相结合的支护形式，超前大管棚在隧道开挖前施工完成，超前小导管在隧道开挖过程中进行施工。

①前大管棚：沿着开挖轮廓线外放15cm布置，管棚直径159mm，钢管壁厚10mm，管棚中心间距30cm，左线长度163m，右线长177m，施工时双向对打施工;

②超前小导管：Ф42超前小导管，拱部180度范围设置L=3m，环纵间距0.3m*1.5m。

（3）初期支护

①格栅拱架：主筋采用Ф25，环向钢筋采用Ф14，钢筋中心间距245mm;

②钢筋网片：Ф8@200*200，③喷砼：C20网喷混凝土，厚度35cm;

④中空注浆锚杆：Ф25中空注浆锚杆L=4m，环向间距1m，纵向间距0.5m。

（4）防水

采用1.5mm厚PVC板，加350g/m2无纺布。

（5）二次衬砌

①钢筋：主筋采用Ф28，分布钢筋Ф18;

②混凝土：厚度70cm，采用C30，S8模筑混凝土。

4.隧道开挖方法分类

红棉路求水山隧道下穿机荷高速段，埋深仅仅6m～8m，上方车流密集，且距离机荷高速荷坳收费站很近，交通疏解需要占用收费车道，如果封闭范围太大，占用车道太多，则会由于车辆不能及时过收费站而造成交通阻塞。因此，隧道施工无法采用明挖法或者盖挖法，唯一的选择只有采用暗挖施工。

隧道的开挖方法选择的目的，是为了有效的控制这种围岩薄弱处产生局部破坏，在安全和质量保证的前提下，经济快速的进行施工。施工方法选择，主要考虑因素：施工条件的限制、围岩情况、隧道断面跨度、隧道的埋深、工期、环境要求以及经济效益。

根据开挖断面形式的不同，常见的开挖方式有以下7中类型：全断面法、台阶法、环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁法，参考表3-1隧道开挖方法分类示意表。

隧道的开挖方式篇6

关键词：地铁区间隧道高速公路路堤浅埋暗挖法施工方法地表沉降

1、工程概况

成都地铁1号线是成都市修建的第一条轨道交通线路，其一期工程北起升仙湖站，南至会展中心站，线路呈南北走向。海洋公园站~会展中心站区间为成都地铁1号线一期工程最南段区间，本区间出海洋公园站后向南需穿越外环高速公路路堤，由于地铁区间隧道穿越高速公路路堤在成都地区还无相关经验，因此，区间隧道的穿越方案为本区间乃至整个地铁1号线设计与施工的重点与难点。

区间穿越的外环高速公路为一填方路堤，高约6.5m，路堤顶面宽约36m，路堤底面宽约58m，为一梯形路堤。

海洋公园站~会展中心站区间所处环境现状基本为空地，地势开阔，场地条件好，采用自然通风模式，除穿越高速公路路堤段外，其他段区间采用明挖法施工。区间线间距5m，隧道顶最大覆土厚度约为8m，位于路堤顶部；最小覆土厚度约为1.7m，位于路基坡脚处。

2、穿越方案的选择

区间穿越既有道路的施工方法主要有断道明挖法、盾构法、浅埋暗挖法及顶管法。由于外环高速公路为四川省来蓉货车的主要通行道路，采用断道明挖施工明显不可行（据四川省高速公路管理公司估算，断道明挖施工方案需损失约几千万的交通收益），同时由于区间穿越段长度不足80m，两端区间均采用明挖法施工，因此，不适宜采用盾构法施工，穿越方案只能在浅埋暗挖法与顶管法之间选择。

浅埋暗挖法始于北京地铁复兴门折返线，通过采取超前管棚注浆加固地层后进行开挖作业，利用喷射混凝土、钢拱架等作为初期支护，然后施作二次衬砌。施工工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测进行信息反馈来验证或修改支护参数及施工工艺，以保证结构和施工的安全性、经济性，控制施工对周边环境的影响。目前在我国城市隧道、公路隧道、地铁区间隧道等建设中已广泛采用，尤其在第四系冲、洪积软弱地层中应用广泛。施工的断面跨度从2m左右的小直径隧道，到大于20m的地铁渡线隧道、地铁车站等。对于本段区间，隧道设计为双跨断面，设中隔墙，隧道开挖跨度为12.7m，开挖高度为9.35m。地层加固后采用CRD工法开挖，开挖分块见图2-1所示，开挖顺序为234567。

顶管法在国内应用也十分广泛，通过利用千斤顶推力顶进预制管节，多用于穿越铁路、公路、市政道路等，开挖方式也从早期的人工开挖发展到现在的压力平衡顶管机刀盘切削。但一般多应用于小直径隧道或埋深浅的跨越工程中。对于本工程，由于隧道的长度短，断面为矩形，难以采用压力平衡顶管技术。因此只能够采用人工挖土顶管法施工。经方案研究，顶管设计为单层双跨矩形断面，设中隔墙，断面宽度10.55m，高度7.28m；隧道纵向分17节管节，其中4m长管节16节，3m长管节一节；管段结构接头数为16个。施工时先在路堤两侧设置工作坑，一为始发坑，一为接收坑，然后在工作坑内将预制管节逐节顶进。顶管段隧道长67m，宽10.55m，高7.28m，经估算，顶推力最大约为9500t，推力较大，必须设中继站才能满足顶力要求。

由于隧道断面和埋深均较大，推力很大，不仅施工难度大，而且如果不采用地层加固技术，沉降也难以控制，因此，经对技术经济作综合比较，穿越方案推荐采用浅埋暗挖法穿越方案。两种穿越方案的技术经济比较见表2-1所示：

表2-1浅埋暗挖法与顶管法技术经济比较

3、浅埋暗挖法穿越方案

经多方案比选及多次专家论证，确定浅埋暗挖法为最终实施方案。

3.1区间平剖面方案

受线路条件、车站及外环高速公路路堤的限制，区间以2000m的曲线半径穿越高速公路，确定暗挖段起点里程YDK19+077，终点里程YDK19+144，长度67m。隧道线间距为5m，隧道设中隔墙。

路堤两端区间采用明挖法施工，为节省工程造价，区间要求尽量减小隧道埋深，因此，隧道进洞段覆土厚度较薄。区间隧道顶部最大埋深8.2m，最小埋深约1.7m（路堤坡脚距结构顶部最小埋深），断面高度9.35m。

隧道线间距5m，设置为双跨断面，设中隔墙。隧道横向开挖跨度为12.7m，开挖高度为9.35m。根据工程类比及计算分析，确定隧道初期支护采用350mm厚的C20早强砼，二衬为500mm厚的C30，P8防水钢筋砼，初支与二衬间设柔性防水层。初期支护钢架采用型钢钢架。

3.2施工方法及沉降分析

根据区间的断面形式、埋深及地质条件，确定隧道采用CRD工法施工。超前地层加固后，隧道分为6块进行开挖，开挖顺序分别为：左上左下右上右下中上中下，隧道工序横断面图如图3-1所示。

由以上各图可知：随着开挖推进的进行，洞顶位移逐渐增加，并扩散至地表，使得地表发生下沉。

3.3施工进洞方案

由于两端区间为明挖区间，区间隧道隧道进洞方案采用套拱进洞方案。区间进洞前先对高速公路的路堤两侧坡面进行注浆加固，注浆管采用钢花管，间距和注浆压力可根据现场试验确定。坡面加固后施做大管棚，大管棚环向间距0.4m，单长36m，打入后管内注入超细水泥浆，而后在两端进洞段施工套拱。待套拱达到强度后可进行隧道开挖施工。

3.4信息化施工

穿越方案为浅埋暗挖法施工方案，信息化施工是施工中的重点，施工监控量测应伴随隧道施工全过程。施工应根据量测数据随时调整施工工艺及工法，以确保施工及高速路的安全。监控量测项目详见表3-1所示。

4、结束语

1、本区间隧道工程在2007年上半年已贯通，施工过程顺利，说明在成都地区砂砾卵石地层中采用浅埋暗挖法施工方案穿越既有高速公路是可行的。

2、为保证施工的安全及有效控制地表沉降，应采取有效的辅助施工措施，考虑到成都地区地层主要以砂砾卵石地层为主，推荐采用井点降水对地下水进行处理，保证无水作业，同时拱顶推荐采用φ108大管棚及φ42的超前小导管进行注浆加固。

3、计算分析开挖后的最大沉降量为12mm，隧道施工过程中实际测得的最大沉降量为21mm，说明选择的施工方法（CRD工法）是经济合理的，沉降在可控范围内。

参考文献：

1、中铁隧道勘测设计院有限公司，海洋公园站~会展中心站区间施工图设计，2007年；

2、安徽教育出版社，王梦恕著，地下工程浅埋暗挖法技术通论；

3、建设部，北京城建设计研究总院主编，地铁设计规范（GB50157-2003）；

4、建设部，原国家冶金工业局主编，锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）；