隧道施工方法汇编.docx

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隧道施工方法汇编

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目录

1全断面法2

2台阶法3

3下导洞超前后部扩大钻爆法6

4双侧壁法6

5CRD法8

6CD法10

7三台阶七步法11

1、全断面法

全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。

全断面法工序简单，能够充分发挥大型机械设备的优势，提高机械设备的施工效能，从而加快施工速度，因此成为坚硬围岩隧道中最常用的施工方法。

全断面开挖法的施工顺序是：

A．用钻孔台车，钻眼，然后装药、联接导火线；

B．退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；

C．排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；

D．用装碴机将石碴装入出碴车，运出洞外；

E．安设边墙锚杆和喷混凝土；

F．必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；

G．开始下一轮循环；

H．在初期支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。

全断面法掘进正规循环作业工序如下图所示。

采用全断面一次开挖法，必须注意机械设备的配套，才充分发挥机械设备的效率，提高施工速度。

隧道长度或施工区段长度不宜太短，否则采用大型机械化施工的经济性差，根据经验，这个长度不应小于1km。

根据围岩稳定程度亦可以不设锚杆或设短锚杆。

也可先出碴，然后再施作初期支护，但一般仍先施作拱部初期支护，以防止应力集中而造成的围岩松动剥落。

全断面法的优点是：

工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于组织大型机械化施工，因此，施工进度高。

采用全断面法应注意下列问题：

摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施（包括改变施工方法等），以确保施工安全；各种施工机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的效率；加强各项辅助作业，尤其加强施工通风，保证工作面有足够新鲜空气；加强对施工人员的技术培训，实践证明，施工人员对新奥法基本原理的了解程度和技术熟练状况，直接关系到施工的效果。

2、台阶法

根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种，如图2所示。

施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定，第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短，第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。

对软弱围岩，主要考虑前者，以确保施工安全；对坚硬围岩，主要考虑如何更好地发挥机械设备的效率，保证施工中的经济效益，因此只考虑后一条件。

（1）长台阶法

这种方法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，上、下断面相距较远，一段上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。

施工时上下都可配属同类机械进行平行作业，当机械不足时也可用一套机械设备交替作业，即在上半断面开挖一个进尺，然后再在下断面开挖一个进尺。

当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工，即为半断面法。

长台阶法的作业顺序为：

1）对于上半断面。

用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可用挖掘机开挖。

安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土。

用铲斗为1．6m3的推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外。

根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下半断时再将临时底拱挖掉。

但从经济观点来看，最好不这样做，而改用短台阶法。

2）对于下半断面。

用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破。

装碴直接运至洞外。

安设边墙锚杆（必要时）和喷混凝土。

用反铲挖掘机开挖水沟。

喷底部混凝土。

开挖下半断面时，其炮眼布置方式有两种：

平行隧道轴线的水平眼；由上台阶向下钻进的竖直眼，又称插眼，如图3所示。

前一种方式的炮眼主要布置在设计断面轮廓线上，能有效地控制开挖断面。

后一种方式的爆破效果较好，但爆破时石碴飞出较远，容易打坏机械设备。

图3台阶法下半断面炮眼布置

3）待初期支护的变形稳定后，或根据施工组织所规定的日期敷设防水层（必要时）和建造内层衬砌。

长台阶法的纵向工序布置和机械配置如图10.2.3所示。

相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且，对维持开挖面的稳定也十分有利。

所以，它的适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。

（2）短台阶法

这种方法也是分成上下两个断面进行开挖，只是两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于1~1.5倍洞跨。

上下断面采用平行作业。

短台阶法的作业顺序和长台阶相同。

由于短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，所以适用范围很广，Ⅱ~Ⅵ类围岩都能采用，尤其适用于Ⅱ、Ⅲ类围岩，是新奥法施工中主要采用的方法之一。

短台阶法的缺点是上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。

为解决这种干扰可采用长皮带机运输上台阶的石碴；或设置由上半断面过渡到下半断面的坡道，将上台阶的石碴直接装车运出。

过渡坡道的位置可设在中间，亦可交替他设在两侧。

过渡坡道法在断面较大的三车道隧道中尤为适用。

采用短台阶法时应注意下列问题：

初期支护全断面闭合要在距开挖面30m以内，或距开挖上半断面开始的30天内完成。

初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合，要研究在保证施工机械正常工作的前提下台阶的最小长度。

（3）微台阶法

这种方法也是分成上下两部分，但上台阶仅超前3~5m，只能采用交替作业。

用一台停在台阶下的长臂挖掘机或单臂掘进机开挖上半断面至一个进尺。

安设拱部描杆、钢筋网或钢支撑。

喷拱部混凝土。

用同一台机械开挖下半断面至一个进尺。

安设边墙锚杆、钢筋网或接长钢支撑，喷边墙混凝土（必要时加喷拱部混凝土）。

开挖水沟、安设底部钢支撑，喷底拱混凝土。

灌注内层衬砌。

如无大型机械也可采用小型机具交替地在上下部进行开挖，由于上半断面施工作业场地狭小，常常需要配置移动式施工台架，以解决上半断面施工机具的布置问题。

由于微台阶法初期支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形。

在城市隧道施工中，能更有效地控制地表沉陷。

所以，微台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。

当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。

微台阶法的缺点是上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大，生产效率较低，施工速度较慢。

采用微台阶法施工时应注意以下问题：

在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管，对开挖面进行预加固或预支护。

最后还应指出，在所有台阶法施工中，开挖下半断面时要求做到以下几点：

1）下半断面的开挖（又称落底）应在上半断面初期支护基本稳定后进行，或采用其它有效措施确保初期支护体系的稳定性；采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧同时悬空；又如，视围岩状况严格控制落底长度，一般采用1~3m，并不得大于6m。

2）下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护。

3）量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大，应立即进行底（仰）拱封闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面等。

3、下导洞超前后部扩大钻爆法

下导洞超前后部扩大钻爆法开挖断面如下图所示，下导洞可超前5-6m以争取临空面，为后部扩大加快速度、节约炸药、减少超欠挖、减少振速提供条件，导洞超前也可利用平导投入正洞只打导坑而不增设工作面，反而施工速度更快。

图4下导洞超前法开挖步骤图

下导洞超前后部扩大钻爆法可采用如下机械配套，以加快施工速度：

下导洞采用二臂凿岩台车钻眼，垂直楔形掏槽，全断面一次光面爆破，ITC312装碴机装碴，8t自卸汽车运输。

下导洞每循环进尺2.5m，超前正洞5～10m。

正洞采用RPJ-D型三臂凿岩台车钻眼，全断面一次光面爆破，ITC312装碴机装碴，20t自卸汽车运输。

正洞全断面每循环进尺4.5m。

为提高下导洞的开挖速度，下导洞也可采用小直径的TBM（3-4m）。

4、双侧壁法

双侧壁法支护封闭的意义主要体现在横撑的架设上，当其两侧导坑封闭后可提供较强的整体支护刚度。

因此，双侧壁法开挖阶段对软弱围岩的扰动程度小，控制偏压地层变形能力强，尤其对地表沉降的控制效果显著，在上述单层支护的工法试验中控制地表沉降的实际效果最好。

总体上，在各种大断面顺序施工方法中，双侧壁法是一种具有优异控制围岩变形能力的施工方法。

双侧壁法施工中需耗费大量时间和材料用于架设和拆除临时支撑，施工速度比较慢（一般铁路双线隧道平均为30m，郑西高铁大断面软弱围岩隧道平均月进尺15～25m），成本比较高。

双侧壁施工空间分割比较狭小，在采用需要回转空间的挖掘机开挖时，不利于上横撑的及时跟进，施工中往往造成上横撑架设滞后，带来净空位移控制不力的问题。

因此，在确保横撑及时架设情况下，双侧壁法可适用于对地表沉降有严格控制要求的地层、埋深≤1.5倍隧道开挖宽度的软弱围岩地层、显著偏压地层以及难以自稳的饱和黄土地层。

图5.2双侧壁导坑法开挖支护图

表5.1双侧臂导坑法开挖的施工工序表

代号

代表部位

工作内容

①

左侧臂导坑上台阶

（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁超前支护及导坑侧壁φ22水平锚杆超前支护；

（2）弱爆破开挖①部；

（3）喷8cm厚混凝土封闭掌子面；

（4）施作①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，安设I18横撑；

（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

②

左侧臂导坑下台阶

（1）滞后①3～5m弱爆破开挖②部；

（2）喷8cm厚混凝土封闭掌子面；

（3）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土；

（4）接长型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I18横撑；

（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

③

右侧臂导坑上台阶

开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同①。

④

右侧臂导坑下台阶

滞后③3～5m开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同②。

⑤

左侧臂导坑隧底

（1）在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖⑤部；

（2）隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；

（3）接长型钢钢架和I18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。

⑥

右侧臂导坑隧底

（1）在滞后于④部一段距离后，弱爆破开挖⑥部；

（2）隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；

（3）接长型钢钢架和I18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。

⑦

（1）利用上一循环架立的型钢钢架施作超前支护；

（2）开挖⑦部；

（3）喷8cm厚混凝土封闭掌子面；

（4）拱部喷4cm厚混凝土，安设型钢钢架，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

⑧

（1）滞后⑦3～5m开挖⑧部；

（2）喷8cm厚混凝土封闭掌子面；

⑨

（1）滞后⑧3～5m开挖⑨部；

（2）喷8cm厚混凝土封闭掌子面；

⑩

（1）开挖⑩部；

（2）导坑底部初喷4cm厚混凝土，安设型钢钢架使钢架封闭成环，复喷混凝土至设计厚度。

⑾

仰拱施工

（1）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架和临时横撑；

（2）灌注⑾部边墙基础与仰拱及隧底填充（仰拱与隧底填充分次施工）。

⑿

拱、边墙二次衬砌

利用衬砌模板台车一次性灌注⑧部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

5、CRD法

CRD法在先行导坑横撑架设后同样可提供较强的整体支护刚度，相对台阶法可有效控制浅埋软弱围岩中的拱部整体下沉。

由于一侧导坑先封闭，因此处理偏压地层变形的能力同样比较强。

CRD法控制围岩变形的效果不如双侧壁，但临时支撑比双侧壁省，施工速度相对比较快（一般铁路双线隧道平均为40m，郑西高铁大断面黄土隧道平均月进尺可达到35m），成本相对较低。

CRD法施工空间较双侧壁大，但受横撑分割施工空间的高度仍比较受限，采用挖掘机开挖时同样存在上横撑架设容易滞后的问题。

因此，在确保横撑及时架设情况下，CRD法可适用于对地表沉降有控制要求的地层、埋深≤1.5倍隧道开挖宽度的软弱围岩地层以及偏压较显著地层。

图5.4CRD法开挖支护图

表5.2CRD法开挖的施工工序表

代号

代表部位

工作内容

①

左上台阶

（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁超前支护及导坑侧壁φ22水平锚杆超前支护；

（2）弱爆破开挖①部；

（3）喷8cm厚混凝土封闭掌子面；

（4）施作①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，安设I18横撑；

（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

②

左下台阶

（1）滞后①3～5m弱爆破开挖②部；

（2）喷8cm厚混凝土封闭掌子面；

（3）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土；

（4）接长型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I18横撑；

（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

③

右上台阶

开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同①。

④

右下台阶

滞后③3～5m开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同②。

⑤

左隧底

（1）在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖⑤部；

（2）隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；

（3）接长型钢钢架和I18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。

⑥

右隧底

（1）在滞后于④部一段距离后，弱爆破开挖⑥部；

（2）隧底周边部分初喷4cm厚混凝土；

（3）接长型钢钢架，复喷混凝土至设计厚度。

⑦

仰拱施工

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，灌注⑦部边墙基础与仰拱及隧底填充（仰拱与隧底填充分次施工）。

⑧

拱、边墙二次衬砌

利用衬砌模板台车一次性灌注⑧部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

6、CD法

相对台阶法，CD法多了一道中隔墙，断面被划分成两半按先后导坑顺序开挖，对开挖面的控制较台阶法断面有利。

由于CD法没有横撑，它只有在先行导坑仰拱封闭后才能形成较强的整体支护刚度。

在此之前，CD中壁的稳定性容易受开挖影响，尤其是在承载力较弱的围岩中。

因此，CD法控制净空位移的能力较双侧壁和CRD弱，尤其是在净空高度比较大的高铁160m2超大断面软弱围岩隧道场合，一侧导坑仰拱未封闭就开挖另一侧导坑很容易造成中壁失稳。

CD法临时支撑较双侧壁和CRD省，而且由于没有横撑，施工空间较CRD更为宽裕，尤其是在施工空间高度上对挖掘机的使用不再受限。

但在软弱围岩中施工，CD法先行导坑仰拱必须及时封闭。

因此施工速度相对CRD提高并不明显，据试验段推算平均月进尺可在40m左右。

因此，在先行导坑仰拱及时封闭情况下，CD法可适用于偏压地层以及埋深＞1.5倍隧道开挖宽度的软弱围岩地层。

图5.5CD法开挖支护图

表5.3CD法开挖的施工工序表

代号

代表部位

工作内容

①

左上台阶

（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁超前支护及导坑侧壁φ22水平锚杆超前支护；

（2）弱爆破开挖①部；

（3）施作①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HW钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆；

（4）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

②

左下台阶

（1）滞后①3～5m弱爆破开挖②部；

（2）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土；

（3）接长HW型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆；

（4）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

③

左隧底

（1）在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖③部；

（2）接长I18临时钢架；

（3）隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。

④

右上台阶

开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同①。

⑤

右下台阶

滞后④3～5m开挖⑤部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同②。

⑥

右隧底

（1）在滞后于⑤部一段距离后，弱爆破开挖⑥部；

（2）隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。

⑦

仰拱施工

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，灌注⑦部边墙基础与仰拱及隧底填充（仰拱与隧底填充分次施工）。

⑧

拱、边墙二次衬砌

利用衬砌模板台车一次性灌注⑧部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

7、三台阶七步法

三台阶七步开挖法溯源于中铁十二局2000年被铁道部确定为部级工法的《大跨度软沿公路隧道短台阶七步平行流水作业工法》（TLEJGF-99.00-36），按三台阶留核心土方法开挖，适用于开挖面积为100～180m2、具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。

铁路大断面隧道三台阶七步开挖法是以弧形导坑开挖为基本模式，分上、中、下三台阶留核心土和七个开挖面，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。

三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100～180m2，具备一定自稳条件的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段隧道的施工。

该法具有以下特点：

（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，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。

图5.6三台阶七步开挖法

表5.4三台阶七步开挖法的施工工序表

代号

代表部位

工作内容

①

上部弧形导坑

施作超前支护后，开挖拱部弧形导坑，预留核心土，施作拱部初期支护；核心土长度3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。

开挖循环进尺根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖后立即初喷3～5cm混凝土。

上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后及时架设初期支护钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

②

左侧中台阶

开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，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混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

③

右侧中台阶

④

左侧下台阶

开挖左右侧下台阶并施作初期支护。

开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，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混凝土，及时接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

⑤

右侧下台阶

⑥

核心土土

上、中、下台阶预留核心土开挖，各台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

⑦

隧底开挖

每循环开挖长度宜为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。