隧道開挖方法的比較

李國棟

（山西路恒交通勘察設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原 030006）

大王家山隧道位于柳林縣富家垣鄉(xiāng)大王家山村和鴉溝村西北之間，洞頂設(shè)有山西省大型水泥企業(yè)——富龍水泥有限公司，隧道設(shè)計為左右分離式。右洞起止樁號為K7+405～K9+430，全長2 025 m，起點設(shè)計高程887.06 m，終點設(shè)計高程842.12 m，隧道底板最大埋深153.1 m，位于K8+565處。左洞起止樁號為ZK7+485～ZK9+440，全長1 955 m，起點設(shè)計高程885.15 m，終點設(shè)計高程841.8 m，隧道底板最大埋深167.3 m，位于ZK8+570處。左右線均屬長隧道，兩洞內(nèi)側(cè)邊線間距為14～38 m。隧道總體走向約160°～180°。

隧址區(qū)出露地層由老至新依次有奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2S）灰?guī)r、中更新統(tǒng)離石組黃土（Q2al+pl）和上更新統(tǒng)馬蘭組黃土（Q3eol）。隧道圍巖奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2S）灰?guī)r組成，呈中厚層狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙一般發(fā)育，巖體普遍較為完整，洞體走向與圍巖傾向基本一致，對圍巖穩(wěn)定性較為有利。隧道左幅進口黃土覆蓋較薄，右幅相對較厚，土石分界面對圍巖穩(wěn)定性影響較大，隧道出口段埋深較淺，且有人工填石分布，穩(wěn)定性差。

在此案例中，以工程造價和進度為基本點，從經(jīng)濟角度考慮，施工方法的選擇順序為：全斷面法→臺階法→環(huán)形開挖留核心土法→中隔壁法（CD法)→交叉中壁法（CRD法）→雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；從施工安全角度考慮，其選擇順序應(yīng)反過來。根據(jù)實地情況，結(jié)合圍巖類型，進行比選考慮，在以安全為前提，質(zhì)量和環(huán)?？煽?、達標的情況下，產(chǎn)生進度和投資的正比效應(yīng)。

1 全斷面開挖

按照設(shè)計輪廓線整體爆破成形，支護體系形成環(huán)向封閉效應(yīng)的方法。

1.1 適用類別

①Ⅰ~Ⅲ級圍巖。圍巖結(jié)構(gòu)具備從開挖到初支時間內(nèi)保持自穩(wěn)的條件。②自制作業(yè)臺架鉆爆，D-380裝載機，CAT320挖機配合裝渣，12 m3自卸車棄渣。

1.2 施工特點

①作業(yè)面大，交叉作業(yè)過程中干擾較少。②機械化效能發(fā)揮明顯，減少人力投入。③工序簡單，組織與管理協(xié)調(diào)配合程度高。④一次環(huán)向成形，對圍巖擾動少，為圍巖提供了自穩(wěn)條件。

2 二臺階施工

上、下斷面同時并進，邊墻部位交叉并進的施工方法。根據(jù)地質(zhì)條件，分為長、短和超短3種。

2.1 適用類別

①Ⅲ偏弱和Ⅳ無水地質(zhì)段。初期支護形成閉合斷面的時間要求：圍巖越差，閉合時間要求越短。②自制作業(yè)臺架，D-380裝載機，CAT320挖機配合裝渣，12 m3自卸車棄渣。

2.2 施工特點

①工作空間較小，需要搶抓施工速度。②上、下作業(yè)有干擾。③利用臺階支撐作業(yè)面，利于開挖面的穩(wěn)定。上臺階開挖支護后，下部作業(yè)相對安全。④對于較短的隧道，可將上臺階貫通支護完成后，再進行下臺階施工。⑤根據(jù)穩(wěn)定性，控制掘進循環(huán)進尺；邊墻部位必須左右錯開，或者先拉中槽后，交錯挖邊幫。⑥仰拱跟進后及時成環(huán)，盡早形成環(huán)向受力效應(yīng)。

3 三臺階法

3.1 適用類別

①Ⅳ偏弱和淺埋段（無水）、Ⅴ無水圍巖段。②CAT320開挖，D-380裝載機，CAT320挖機配合裝渣，12 m3自卸車棄渣。

3.2 施工特點

①環(huán)形開挖進尺宜在0.5~1.0 m之間，核心土面積應(yīng)不小于整個斷面面積的50%.②開挖后應(yīng)及時施工噴錨支護、安裝鋼架支撐，相鄰鋼架必須用鋼筋連接，并應(yīng)按施工要求設(shè)計施工鎖角錨桿。③圍巖地質(zhì)條件差、自穩(wěn)時間短時，開挖前應(yīng)按設(shè)計要求進行超前支護。④核心土與下臺階開挖應(yīng)再上臺階支護完成后，噴射混凝土達到設(shè)計強度的70%.

4 CD法

4.1 適用類別

①Ⅳ淺埋偏壓段，新、老黃土地質(zhì)，Ⅴ圍巖。②CAT320或人工開挖，D-380裝載機裝渣，12 m3自卸車棄渣。

4.2 施工特點

①軟弱圍巖地段，先開挖一側(cè)，施做中隔壁，形成強度后再開挖另一側(cè)。②待初支完畢，形成強度，施做仰拱時，因地制宜，擇段拆除中隔壁，盡早形成受力環(huán)。

5 CRD法

5.1 適用類別

①Ⅴ偏弱與Ⅵ圍巖段。②人工為主，機械配合開挖，D-380裝載機裝渣，12 m3自卸車棄渣。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑

5.2 施工特點

①根據(jù)地質(zhì)情況，先開挖拱部，分一或二部分，施做部分中隔壁和橫隔板。②開挖隧道另一側(cè)的一或二部分，完成橫隔板施工；延長中隔壁，最后開挖剩余部分。③中隔壁和仰拱把斷面上下、左右分割閉，臨時封閉仰拱斷面。④在全斷面閉合，位移充分穩(wěn)定后，才能拆除中隔壁。⑤左右兩側(cè)導(dǎo)坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15 m。如圖1所示。⑥當開挖形成全斷面時，應(yīng)及時完成全斷面初期支護閉合，模筑臺車跟進襯砌。

如上所述的隧道施工方法，是根據(jù)不同圍巖和地質(zhì)情況進行比較選擇的幾種方法。在實際施工中，各單位均有基本類型上的延伸和擴展，望大家予以推廣和交流，對不足之處予以批評指正。