1、中铁十一局集团第二工程有限公司,隧 道 施 工 技 术（隧道开挖工艺）中铁十一局集团沪昆客专长昆湖南段第一项目分部编制：刘飞飞2011年11月,主要内容,一、施工方法简介二、全断面法开挖三、台阶法开挖四、侧壁导坑法开挖五、施工工法转换六、隧道开挖质量控制重点,一、施工方法简介,选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、埋置深度、支护条件、施工条件、环境条件、工期要求、工程量、机械配备能力、施工安全、经济性等相关因素综合分析，采取恰当的开挖方法，尤其应于支护条件相适应隧道施工中，开挖方法时影响围岩稳定的重要因素之一。钻爆法仍然是中国目前应用最广、最成熟的隧道修建方法。客运专线隧
2、道开挖常用的方法有全断面法、台阶法、CD工法、CRD工法，双侧壁导坑法。从工程造价和施工速度考虑，施工方法选择顺序应为：全断面法正台阶法台阶设临时仰拱中隔墙法交叉中隔墙法双侧壁导坑法。从施工安全考虑，顺序正好相反过来。在当前的施工实践中，采用最多的方法时台阶法，其次是全断面法。在大断面隧道中，单侧壁导坑（小隔墙法）和双侧壁导坑（眼睛法）采用较多，由于施工机械的发展和辅助功法的采用，施工方法有向更多地采用全断面法，特别是全断面与超短台阶法结合的发展趋势。,隧道施工的基本技术原则围岩是隧道的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩。避免过度破坏和损伤遗留围岩的强度，使爆破的围岩尽量保留既有的
3、质量，是最重要的基本原则。为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形。变形的控制主要是通过支护阻力（既各种支护结构）的效果达到的。,一、施工方法简介,全断面开挖法事指将整个隧道开挖断面一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，施工操作比较简单，便于施工组织和管理，较分部开挖法减少了爆破震动次数。但由于开挖面积较大，围岩相对稳定性降低，且每个循环工作量较大，每次身炮孔爆破引起的震动较大，因此要求具有较强的开挖、出砟能力和相应的支护能力。,二、全断面法,全断面开挖发的优缺点有较大的断面进尺比
4、（即开挖断面面积与掘进进尺比值），可获得较好的爆破效果，且爆对队围岩的震动次数较少，有利于围岩的稳定。但每次爆破震动强度却较大，要求进行严格的控制爆破设计，尤其是对于稳定性较差的围岩。 全断面法一次开挖形成，开挖跨度较大，高度较大，隧道找遍围岩若出现更大范围的塑性化和更大的变形，隧道公交和墙脚处的盈利集中更严重，隧道拱顶更不稳定，围岩自稳所要求的围岩自身强度较高。,全断面开挖法,全断面开挖法适用条件对于硬岩（抗压强度Rc30mpa）隧道，由于其自身强度一般比较高，所以围岩自身强度并不是影响隧道稳定与安全的决定因素，可通过采取超前锚杆、超前小导管、超前预注浆等辅助施工措施进行超前预加固，从而提高
5、围岩的整体性。对于软岩隧道，由于自身强度自身强度一般偏低，各种超前与加固措施对于围岩自身强度提高幅度有限，自身强度往往成为影响隧道稳定与安全的控制因素。全断面法主要适用于级硬岩地层和级软岩地层。对于级围岩地层，在采取超前锚杆、超前小导管、超前预注浆等辅助施工措施加固后，也可采用全断面法施工，但应根据具体围岩情况适当缩短开挖进尺。浅埋段、偏压和洞口段不宜采用全断面法开挖。,全断面开挖法,台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，具有上下断面两个工作面或多个工作面，分步开挖。其优点是灵活多变、使用性抢，有足够的作业空间和较快的施工速度，能较早地使支护闭合，有利于开挖面的稳定和控制其结构变形计由此
6、引起的地面沉降。缺点是上下部作业有互相干扰，应注意下部作业时对上不稳定性的影响，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。台阶法适用于、级围岩地层和洞口段、偏压段、浅埋段的 级硬岩地层和 、级软岩地层，但应视具体情况采取超前大管棚、超前锚杆、超前小导管、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固，并根据工程实际、地层条件和机械条件，选择合适的台阶方式。根据地层条件和机械配备情况，台阶法又可分为正台阶法和中隔墙台阶法等。,三、台阶法施工,1、正太台阶上下两部分步开挖法将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在11.5倍洞径，但必须在地层失去自稳的能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构。若地层较差，为了
7、稳定工作面，也可辅以采用人工和机械混合开挖法，即上班断面采用人工开挖机械出砟。下班断面采用机械开挖、机械出砟。有时为解决上半断面出砟对下班断面的影响，可采用皮带运输机将上班断面的砟土送到下半断面的运输车中。,台阶法施工,2、正台阶分步开挖留核心土法该法适用于较差的地层，上台阶取1倍的洞泾左右环形开挖，留核心土，用于系统锚杆和超前小导管、预注浆稳定工作面，钢筋网片钢架、锚杆、喷射混凝土作为初期支护，拱脚设置锁脚锚管或锁脚锚杆。当隧道断面较高时，可以分多层台阶法开挖，但台阶长度不允许超过1.5倍洞泾。,台阶法施工,正台阶分步开挖弧形导坑预留核心土,正台阶分步开挖弧形导坑预留核心土,正台阶分步开挖弧
8、形导坑预留核心土（现场）,隧道弧形导坑预留核心土法施工工序弧形导坑预留核心土法，将开挖断面分为上、中、下及底部四个部分逐级掘进施工。上部宜超前中部35m，中部超前下部35m，下部超前底部10m左右。为方便机械作业，上部开挖高度控制在4.5m左右，中部台阶高度也控制在4.5m左右，下部台阶控制在3.5m左右。（1）开挖前拱部施作42或50超前小导管对拟开挖岩体进行注浆预加固，待浆液达到一定强度后，采用小型挖掘机开挖，预留一定厚度由人工持风镐修边到位。（2）每一台阶开挖完成后，及时喷射4cm厚微纤维混凝土对围岩进行封闭，设立型钢钢架及锁脚锚杆，施作系统锚杆，最后铺设钢筋网，分层复喷微纤维混凝土到设
9、计厚度，必要时各台阶设临时仰拱加强支护，完成一个开挖循环。,台阶法施工,2、岩石隧道弧形导坑预留核心土法施工工序,台阶法施工,隧道弧形导坑预留核心土法施工工序,台阶法施工,3、中隔墙台阶法开挖当工作面地层自稳能力较差，上台阶开挖后拱脚支撑在未开挖岩体上自稳时间较短且开挖断面跨度较大时，可采用中隔台阶法（通常配合临时仰拱使用）。通过中隔墙分载体作用，减轻两侧拱脚的压力，降低地表沉降值。以确保施工安全。采用中隔墙台阶法开挖时，上台阶开挖长度一般控制在1.5倍洞泾内，并辅之以超前小导管加固地层，刘核心土环形开挖等措施，下台阶采用机械开挖、机械出砟。,台阶法施工,台阶开挖法-中隔墙台阶法施工示意图,台
10、阶法施工,1、单侧壁导坑单侧壁导坑法是指在隧道断面一侧先开挖一导坑，并始终超前一定的距离，再开挖隧道其余部分，变大跨断面为小跨断面的隧道开挖方法。采用该法开挖时，单侧壁导坑超超前的距离一般在2倍的洞泾以上。为了稳定工作面，必须采取超前超前大管棚、超前锚杆、超前小导管、超前预注浆等辅助施工措施进超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合开挖、人工和机械配合出砟。断面剩余部分开挖时，可适当采用控制爆破一面破坏已完成的临时支护。,三、侧壁导坑法,2、中隔墙法中隔墙法也称CD功法（center Diaphragm),是一台阶法为基础，将隧道断面从中间分成左右部分，使上下台阶左右各分成2或多部分，每一部
11、分开挖并支护厚形成独立的闭合单元。,侧壁导坑法,中隔墙法中隔墙法也称CD工法（工序图）,侧壁导坑法,CD工法工序说明（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁50超前钢花管及导坑侧壁22水平锚杆超前支护。（2）人力配合机械开挖部，高约为6.0m，宽约为7.5m；施作部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土；架立型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管），安装径向锚杆及铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。（3）在滞后于部一段距离后，挖掘机开挖部，人工整修表面；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土；接长型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管）；钻设径向锚杆并铺设钢筋网片，复喷混凝土至设计
12、厚度。（4）在滞后于部一段距离后，挖掘机开挖部，人工整修表面，施作导坑周边初期支护，步骤及工序同部。（5）在滞后于部一段距离后，挖掘机开挖部，人工整修表面，施作导坑周边初期支护，步骤及工序同部。（6）在滞后于部一段距离后，挖掘机开挖部；接长I18临时钢架至隧底，底部垫槽钢。,侧壁导坑法,CD工法工序说明（7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架。（8）利用仰拱栈桥灌筑 部边墙基础与仰拱。（9）利用仰拱栈桥灌筑仰拱填充部至设计高度。（10）利用衬砌模板台车一次性灌注部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。,侧壁导坑法,CD工法工序,侧壁导坑法,CD工法工序说明要点：上导坑、部的开挖循环
13、进尺控制为1榀钢架间距（0.750.8m），下导坑、部的开挖可依据地质情况适当加大。,侧壁导坑法,3、交叉中隔墙（CRD工法)交叉中隔墙法也称CRD工法（Cross Diaphragm)。当CD工法仍不能保证围岩稳定和隧道施工安全要求时，可在CD工法的基础上对各分部加设临时仰拱 ，将原CD工法先开挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环而改进发展的一种工法。CRD工法最大的特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间段，控制早期围岩变形，每个步序受力体系完整。施工大量实例资料的统计结果表明，CRD工法比CD工法减少地表下沉50%。但CRD工法施工工序复杂、隔墙拆除困难、成本高、进度
14、较慢。CRD工法各分部间应拉开一定的距离，距离以保证掌子面稳定为准，一般为11.5倍洞泾（此处的洞泾取分部高度和跨度的大值），但在能保证掌子面围岩稳定的情况下，可适当缩短距离，以保证操作空间要求。,侧壁导坑法,洞泾取值,侧壁导坑法,CRD工法适用于特别破碎的岩石、碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土及黄土组成的级围岩和软塑状黏性土、潮湿的粉细砂组成的级围岩及较差的围岩中的洞口段、偏压段、浅埋段等。为了稳定工作面，采用CRD工法施工时，必须采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆、掌子面封闭等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合出砟。可适当踩空控制爆破，以免破坏已完成的临
15、时支撑和临时仰拱。,侧壁导坑法,CRD工法工序说明（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁50小导管及导坑侧壁22水平锚杆超前支护。（2）机械开挖部，人工配合整修；必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面；施作部导坑周边的初期支护和临时支护，即初 喷4cm厚混凝土，架立型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管），安设I18横撑；安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（3）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修，必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，接长型钢钢架和I18临时钢架，安装锁脚锚杆（管），安设I18横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（4）在滞后于部一
16、段距离后，机械开挖部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同部。,侧壁导坑法,CRD工法工序说明（5）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同部。（6）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修；隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；接长18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。拆除下部横撑，安设型钢钢架仰拱单元，使之封闭成环。（7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及上部临时横撑。（8）利用仰拱栈桥灌筑部边墙基础与仰拱混凝土。（9）灌筑仰拱填充部至设计高度。（10）利用衬砌模板台车一次性灌注部衬砌（拱墙衬砌一次施作）
17、。,侧壁导坑法,CRD工法施工工艺流程,侧壁导坑法,CRD工法施工工工序图,侧壁导坑法,CRD工法施工控制要点（1） 为确保施工安全，上导坑、部的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距（0.60.75m），下部、部的开挖可依据地质情况适当加大，部仰拱一次开挖长度依据监控量测结果、地质情况综合确定，一般不宜大于6m。（2）中间支护系统的拆除中间支护系统的拆除时间应考虑其对后续工序的影响，通过围岩监控量测进行确定。当围岩变形达到设计允许的范围之内，并在严格考证拆除的安全性之后，方可拆除。同时要注意后续作业的及时跟进。如围岩稳定条件满足设计要求，临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除，一次拆除长度依据仰拱浇
18、筑长度确定（一般为46m）。中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土，以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土，临时钢构件采用气焊烧断。,侧壁导坑法,CRD工法现场图片,侧壁导坑法,4、双侧壁导坑法双侧壁导坑法事双侧壁导坑超前中间台阶法的简称，也称眼睛工法，也是变大跨度为小跨度的施工法。先开挖隧道两侧的导坑，并进行初期支护，再分部开挖剩余部分的方法。该方法主要应用于级围岩浅埋、偏压及洞口地段。,侧壁导坑法,双侧壁导坑法工艺流程,侧壁导坑法,双侧壁导坑法施工工序,侧壁导坑法,双侧壁导坑法工序说明（1）利用上一循环架
19、立的钢架施作侧壁50小导管及导坑侧壁22水平锚杆超前支护。（2）机械开挖部，人工配合整修；必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面；施作部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管），安设I18横撑；安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（3）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修；必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土；接长型钢钢架和I18临时钢架，安装锁脚锚杆（管），根据实际地质情况，必要时安设I18横撑；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（4）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修，并施作导坑周边的
20、初期支护，步骤及工序同部。（5）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同部。,侧壁导坑法,双侧壁导坑法工序说明（6）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁50小导管超前支护；机械开挖部，人工配合整修；喷5cm厚混凝土封闭掌子面；导坑周边初喷4cm厚混凝土，架立拱部型钢钢架，安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（7）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修；喷5cm厚砼封闭掌子面。（8）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修；喷5cm厚砼封闭掌子面。（9）在滞后于部一段距离后，机械开挖部，人工配合整修；隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；接长1
21、8临时（10）拆除下部横撑，安设型钢钢架仰拱单元，使之封闭成环。（11）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及上部临时横撑。（12）利用仰拱栈桥灌筑部边墙基础与仰拱混凝土。（13）灌筑仰拱填充部至设计高度。（14）利用衬砌模板台车一次性灌注部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。,侧壁导坑法,双侧壁导坑法现场图片,侧壁导坑法,隧道开挖方法的合理转换，是隧道开挖作业安全的一个重要因素，在接近开挖方法变换里程时，应提前计划，确定合理的临时支撑参数。转换时应不减弱设计支撑参数。1、CD法与CRD法转换：CD法一般应用于黄土隧道级围岩地段，CRD法一般应用于黄土隧道级围岩地段，采用CRD法施
22、工的开挖断面较CD法施工断面大，CRD法施工时设置临时横撑。由CD法转入CRD法施工时，中部增设临时横撑，同时CRD法临时竖撑应较CD法对应竖撑长些，以使临时钢架拱脚置于同一水平面上，便于拱脚的稳定。由CRD法转入CD法施工时，取消临时横撑，根据围岩量测结果尽早拆除CRD法施工时所设横撑，以免影响CD法施工进度。,五、施工工法转换,2、CRD法与双侧壁导坑施工转换：CRD法转为双侧壁导坑施工时，应提前调整CRD法临时横撑安装高度，使其与双侧壁导坑上部横撑位于同一高度上，从而利于后续双侧壁导坑上部的开挖作业。由双侧壁导坑转为CRD法施工时，待施工至设计里程后，继续向前按双侧壁导坑施工，同时将中部
23、竖向临时支撑逐渐靠拢，直到过渡至CRD法。根据监控量测结果，尽早拆除双侧壁导坑施工的竖横向支撑，以免影响开挖进度。,侧壁导坑法,1、隧道开挖断面的中线和高程必须符合设计要求2、隧道开挖应严格控制欠挖。当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌应小于5cm。拱脚和墙脚以上内断面严禁欠挖。3、洞身开挖中，应在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对设计地质情况，判断围岩稳定性。4、光面爆破或预裂爆破钻眼前，应根据钻爆设计图准确标出炮眼位置，钻孔时应按钻爆设计要求严格控制炮眼的间距、深度和角度。掏槽眼的眼口间
24、距和深度允许偏差为5cm。周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角应符合钻爆设计要求，眼底不应超出开挖轮廓线15cm。5、隧底开挖轮廓和底部高程应符合设计要求。隧底范围石质坚硬时，岩石个别突出部分（每1 m2不大于0.1 m2）侵入衬砌应小于5cm。,六、隧道开挖质量控制重点,6、隧底开挖后应及时核对隧底地质情况。当需要进行加固处理时，应符合设计要求。7、光面爆破或预裂爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩不应小于80%，中硬岩不应小于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。8、岩石隧道坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，黄土隧道施工严格按照“先探测、管超前、非爆破、严控水、短进尺、强支护、勤量测、早衬砌”的原则组织施工。,六、隧道开挖质量控制重点,谢谢！,
