淺談隧道開挖技術(shù)

吳志書

摘要：當(dāng)前，隨著城市的快速發(fā)展，及城市人口數(shù)量的不斷增加，給城市交通造成了越來越大的壓力，地上空間已經(jīng)越來越無法滿足現(xiàn)代人群的交通需求，因此各種地下空間項(xiàng)目得到了充分的發(fā)展與利用。隧道因?yàn)楸旧淼膬?yōu)勢特征在當(dāng)前城市交通中充當(dāng)著越來越重要的角色，與此同時(shí)關(guān)于其開挖技術(shù)及開挖過程中的安全問題也得到了社會愈發(fā)的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：隧道；開挖；技術(shù)；安全

一、隧道開挖技術(shù)方法分析

在隧道施工中，開挖方法是影響圍巖為穩(wěn)定重要因素之一，所以開挖的時(shí)候一定非常注意。在隧道的發(fā)展過程中，隧道開挖方法也漸漸的完善起來，全斷面開挖法，分部開挖法，臺階開挖法是其中應(yīng)用較多的三個(gè)方法，每一種方法都有自己各自的特點(diǎn)，也適合不同圍巖條件，不同地質(zhì)條件的隧道。

1、全斷面開挖

全斷面開挖法就是按照一定設(shè)計(jì)輪廓一次爆破成型，然后支護(hù)再修建襯砌的施工方法，一般來說對于圍巖等級處于較好的隧道應(yīng)用較多。同時(shí)，運(yùn)用全斷面開挖時(shí)要求是有鉆孔車或自制作業(yè)臺車以及較高機(jī)械裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備條件的施工隊(duì)伍，因?yàn)槿珨嗝骈_挖時(shí)機(jī)械化自動(dòng)化很強(qiáng)的一種方法，對機(jī)械設(shè)備要求較高。同時(shí)隧道的長度不能太短，一般不能低于 1km，否則大型機(jī)械設(shè)備的利用率較差。

全斷面開挖法的工作特點(diǎn)是開挖段面與作業(yè)空間大，干擾??；能夠充分使用機(jī)械，減少人力；工序少，便于施工組織和施工管理，改善勞動(dòng)條件；開挖一次成型，對圍巖擾動(dòng)少，有利于圍巖穩(wěn)定的特點(diǎn)。所以對于這種開挖方法，工作效率很高，開挖時(shí)間相對于其他的方法會有縮短，機(jī)械化程度較高，但是對條件要求的也相應(yīng)的較高，尤其是圍巖自身的條件，否則施工時(shí)會出現(xiàn)不可避免的問題。

2、臺階法開挖

臺階法對圍巖的要求相比于全斷面開挖沒有這么苛刻。臺階法可以分為長臺階法，短臺階法和微臺階法。施工中采用哪一種臺階法有兩個(gè)重要的影響因素，第一是對支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖差，要求閉合時(shí)間越短，第二是對上部斷面施工所采用的開挖，支護(hù)，出渣等機(jī)械設(shè)備需要施工場地大小的要求。對于軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全，對較好的圍巖，主要考慮如何更好的發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率，保證施工中的經(jīng)濟(jì)效益，因此只考慮后者。

長臺階法開挖面較小，這樣是為了開挖面的穩(wěn)定，一般來說也是用于圍巖等級較好的巖層，圍巖。這種方法的特點(diǎn)是分為兩個(gè)臺階，分別進(jìn)行開挖，支護(hù)，運(yùn)輸，通風(fēng)，排水作業(yè)，因此此方法臺階長度長。短臺階法使用的條件為一般級別的圍巖，臺階長度小于長臺階法。短臺階法的特點(diǎn)是可以改善初期支護(hù)的受力條件。有利于控制圍巖變形，但是對下部斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。微臺階法是全斷面開挖的一種變異形勢，適合 V-V 的圍巖雙線隧道。中隔墻開挖時(shí)，應(yīng)沿一側(cè)自上而下分為二或三部分進(jìn)行，每開挖一部都要及時(shí)施做錨噴支護(hù)，安設(shè)鋼架，施做中隔壁。之后再開挖中隔墻的另一側(cè)，七分布次數(shù)以及支護(hù)形式與先開挖的一側(cè)相同。

3、分部開挖法

分部開挖法的具體方法有很多，比較常用的是單側(cè)壁導(dǎo)坑法，預(yù)留核心土法，中洞法等方法。下面簡單介紹各個(gè)方法。

（1）單側(cè)壁導(dǎo)坑法，這種方法一般是將斷面分成三塊：側(cè)壁導(dǎo)坑、上臺階、下臺階。側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸應(yīng)本著充分利用臺階的支撐作用，并考慮機(jī)械設(shè)備和施工條件而定。一般側(cè)壁導(dǎo)坑寬度不宜超過 0.5 倍洞寬，高度以到起拱線為宜.這樣，導(dǎo)坑可分二次開挖和支護(hù)。不需要架設(shè)工作平臺，人工架立鋼支撐也較方便。導(dǎo)坑與臺階的距離沒有硬性規(guī)定，但一般應(yīng)以導(dǎo)坑施工和臺階施工不發(fā)生干擾為原則，所以在短隧道中可先挖通導(dǎo)坑，而后再開挖臺階。上、下臺階的距離則視圍巖情況參照短臺階法或超短臺階法擬定。單側(cè)壁導(dǎo)坑法一般是將斷面分成3 塊或 4 塊，每步開挖的寬度較小.而且封閉型的導(dǎo)坑初期支護(hù)承載能力大，所以，單側(cè)整導(dǎo)坑法適用于斷面跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖中。

（2）預(yù)留核心土法，這種方法用于 V 級以上圍巖，施工順序?yàn)椋喝斯せ蛘邌伪劬蜻M(jìn)開挖環(huán)形拱部，架立鋼支撐，掛鋼絲網(wǎng)，噴射混凝土。在拱部初期支護(hù)下，開挖核心土和下半部，隨即接長邊墻鋼支撐，掛網(wǎng)噴射混凝土并進(jìn)行封底。根據(jù)圍巖變形，適時(shí)做好二次襯砌。一般來說施工時(shí)開挖進(jìn)尺為 0.5-2.0m，開挖后應(yīng)及時(shí)施做噴錨支護(hù)，安設(shè)鋼架支撐。

（3）中洞法，中洞法適合雙連拱隧道，采用先開挖中洞并支護(hù)，在中洞內(nèi)施做隧道中墻混凝土，后開挖兩側(cè)的施工方法。中洞法開挖要求開挖高度應(yīng)大于 1m，開挖寬度應(yīng)大于 5m，中洞開挖超前長度根據(jù)隧道的長度，寬度以及地質(zhì)情況綜合考慮，一般為 50-80m，對于短隧道可先貫通中洞，然后再施做兩側(cè)側(cè)洞，中洞開挖后應(yīng)及時(shí)施做初期支護(hù)，再分段灌注中墻混凝土，每一縱向段長度為 4-10m，在中墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可拆模，并進(jìn)行橫向支撐。

二、隧道開挖過程中的安全施工技術(shù)

1、結(jié)合隧道工程的地質(zhì)概況優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇合理的隧道開挖施工方案

在隧道工程開挖施工作業(yè)前，首要工作便是明確隧道工程施工作業(yè)區(qū)域的工程地質(zhì)概況。工程地質(zhì)概況主要包括隧道開挖區(qū)域的地形地貌特征、地質(zhì)巖性、所處區(qū)域的地震烈度以及隧道工程施工區(qū)域的水文特征。對于節(jié)理裂隙較為發(fā)育以及隧道開挖洞口仰坡等對現(xiàn)有隧道山體穩(wěn)定性影響較為嚴(yán)重的隧道開挖工程，應(yīng)該做好隧道的洞門支護(hù)措施并對開挖區(qū)域的坡面采用骨架或者是噴錨等措施進(jìn)行支護(hù)，確保隧道洞口開挖作業(yè)順利開展。

2、盡可能的選用全斷面法，減少部分開挖由于施工工序干擾所帶來的安全事故隱患

對于工程地質(zhì)水文條件較好的施工作業(yè)區(qū)域，應(yīng)該優(yōu)先考慮采用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)，以加快施工效率，確保施工作業(yè)安全。此外，在隧道工程施工作業(yè)中，應(yīng)該盡可能地選用技術(shù)成熟可靠的新的施工工藝與施工材料，以提高施工作業(yè)的安全性。

3、合理選用爆破材料以及爆破方式

對于采用鉆爆法開挖作業(yè)的情況，應(yīng)該根據(jù)隧道工程施工區(qū)域的具體地質(zhì)條件、施工作業(yè)技術(shù)要求以及出渣能力，合理的選用爆破材料以及爆破方式，并盡可能的避免由于鉆爆法施工造成的隧道圍巖的擾動(dòng)，并減少隧道開挖的超挖以及欠挖工程量。

4、做好瓦斯事故的安全防護(hù)工作

如果隧道開挖作業(yè)在瓦斯含量較高的底層，應(yīng)該在開挖施工作業(yè)前將施工機(jī)械設(shè)備更換為防爆安全性的機(jī)械設(shè)備，并利用瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測設(shè)備實(shí)施監(jiān)測隧洞內(nèi)部的瓦斯?jié)舛龋员阌跊Q定是否開展施工作業(yè)，避免瓦斯爆炸等安全事故的發(fā)生。

5、做好事先的支護(hù)工作

對于圍巖破碎或者是節(jié)理發(fā)育的不良地質(zhì)條件路段，隧道的開挖作業(yè)應(yīng)該在做好提前支護(hù)的條件下開展，在隧道開挖后應(yīng)該及時(shí)的噴射混凝土做好圍巖的襯砌工作，對巖面形成良好的封閉。噴射混凝土應(yīng)該分兩次進(jìn)行，在分布開挖后進(jìn)行第一次的初噴，以便于及時(shí)的封閉暴露巖面，在完成錨桿、掛網(wǎng)以及鋼架安裝后應(yīng)該進(jìn)行混凝土復(fù)噴，通過兩次噴射混凝土對圍巖的變位進(jìn)行控制。

三、結(jié)束語

總的來說，不同的開挖方法開挖方式不同，適合的條件也不同，如何運(yùn)用這些方法需要綜合隧道各方面的因素考慮才能確定，利用好每一種方法的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)盡量避免它的缺點(diǎn)，物盡其用，發(fā)揮其最大價(jià)值。而且隨著隧道技術(shù)的逐漸完善，隧道開挖方法也會得到發(fā)展，隨著遇到的問題的增多，為了應(yīng)對不同復(fù)雜多變的地質(zhì)情況，一些新的方法也會被創(chuàng)造出來，隧道開挖方法必定會越來越完善。

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