淺談隧道施工開挖
摘 要：根據我國目前施工實際情況和國外經驗，將常用的五種公路隧道施工中的開挖方法作簡要論述。關鍵詞：隧道施工；開挖方法；支護形式
在隧道開挖和襯砌施工過程中，圍巖、襯砌的受力和變形情況難以獲得確定解答，施工中開挖方法和支護形式是隧道施工中的關鍵技術，如何選擇合理的開挖方法和支護形式是隧道工作者要考慮的。在隧道現場施工中，一般根據上部地質情況、土層覆蓋厚度、結構受力特征、隧道開挖的時空效應及施工各工序間的相互影響等因素而決定施工方法，精簡施工工序，提高施工效率，一般情況下，還要對經濟情況、工期的影響進行分析，同時結合數值分析來綜合考慮。
1 常用開挖方法
根據我國目前施工實際情況和國外經驗，將常用的五種公路隧道施工中的開挖方法簡述如下：
1.1全斷面法
全斷面法是指將隧道的斷面一次開挖成型，或鉆爆或掘進，開挖后統一進行支護襯砌的施工方法。
它適用Ⅰ~Ⅲ級整體性較的圍巖，有時也用于IV級圍巖，前提是在開挖過程中這種圍巖能自穩。
它的特點是：工序少，對施工組織和管理有利；開挖斷面大大，可以采用深孔爆破，加快開挖進度；輪廓一次成型，擾動圍巖次數少；作業空間大，有利于大型機械作業。
1.2臺階法
臺階法也叫半斷面法，將斷面一分為二進行開挖，是全斷面法的變化方法，它使用的前提是圍巖能在短期內自穩，被國內絕大多數隧道所采用。
臺階法包括長臺階法、短臺階法和微臺階法等三種，其劃分是根據臺階長度確定。采用哪種臺階法，選擇原則有兩個：初期支護從施作到基本能自穩的時間長短；上部臺階施工時所需要的空間大小。對巖性較差的圍巖，主要考慮第一個原則；對巖性較好的圍巖，主要考慮第二個條原則。
1.2.1長臺階法。長臺階法上下兩斷面相距較遠，一般上臺階超前50m以上或大于5倍洞寬。在上下臺階上可同時進行平行作業，也可以先在上斷面開挖一個進尺，瑞在下斷面開挖一個進尺，當隧道長度較短時，也可以先將上斷面全部挖通后，再進行下斷面開挖，相對于全斷面來說，長臺階法一次開挖的斷面和高度較小，只需配備中型鉆孔臺車即可，而且對于維持掌子面的穩定也有利。它適用范圍較全斷面法廣泛，一般適用I-V級圍巖。
1.2.2短臺階法。短臺階法志長臺階法類似，只是兩個斷面相距較近，一般上臺階長度小于5倍洞寬且大于1~1.5倍洞寬，上下斷面采用平行作業，Ⅱ-Ⅴ級圍巖都能采用，是新奧法中采用的主要方法之一。
短臺階法施工中，當初期支護變形、下沉顯著時，要提前閉合，保證在施工機械正常工作的前提下下臺階的最小長度。
1.2.3微臺階法。
微臺階法是全斷面開挖的一種變異形式，適用于V-VI級圍巖，一般臺階長度為3~5m，臺階長度小于3m時，無法正常進行鉆眼和拱部的噴錨支護作業；臺階長度大于5m時，利用爆破將石碴翻至下臺階有較大的難度，必須采用人工翻碴。微臺階法上下斷面相距近，應注意開挖工作面的穩定，必要時進行加固和支護。 1.3保留核心土法
這種方法使用中主要指環形開挖留核心土法，它將開挖斷面分為環形拱部、上部核心和下部臺階三個部分，由短臺階法發展而來。先用人工或小型掘進機開挖環形拱部，進行拱部錨噴；再開挖上部核心土和下部臺階土體，進行邊墻和底部初期支護；向前推進繼續重復開挖上中下部土體；待圍巖和初期支護的變形基本穩定后，施作二襯。
這種方法優點是施工步驟簡單，在遇到短距離圍巖變化時可優先使用，能較快地提高施工的進度；不足是這種方法一次開挖的進尺較短，一般在1m左右，而且頂部空間較小，不易于拱頂部的支護實施。
1.4中隔壁法
這種方法是將斷面從中間隔開，分為兩側，先沿一側自上而下分為二或三部進行，再開挖另一側。斷面每塊開挖和支護后形成閉合單元，有利于圍巖穩定，減小凈空位移及地表深陷。
各分塊縱向間隔距離視圍巖變形情況，參照短臺階法決定。
中隔壁法適用于斷面跨度大，地表沉陷量要求較小的軟弱圍巖中的淺埋隧道。
1.5交叉中隔壁法
交叉中隔壁法也是將斷面從中間隔開，分為兩則，先開挖一側的上部，再開挖另一側的上部，左右兩側交叉進行開挖和支護。在所有支護中，中隔壁及交叉臨時支護在在灌注二次襯砌時逐段拆除。
它適用于軟弱圍巖淺埋的雙線或多線隧道。
2 支護形式分析
在早期，隧道是為礦山為服務的，那時候支護是主要是用鋼木構件支撐，其中木支撐主要用圓木，它可以構成矩形或扇形支撐，不能較好適應隧道斷面形狀，且磨損率高，耐久性差，安全性也不高，一般屬臨時支護，在進行模筑混凝土后需要拆除，現在很少采用。鋼支撐，主要以工字型鋼，鋼筋和舊鋼軌為主，可以構成拱形支撐，可較好適應隧道斷面形狀的要求，且具有較大的承載能力和很好的耐久性，可作永久支護，施工較木支撐簡便且安全。
隨著社會的發展，現在的新奧法主要以噴錨支護為主要手段，這種支護不像早期的剛性支護，它是一種柔性支護，允許圍巖有一定的變形。
在現代隧道支護理論中，也將隧道支護他為永久支護和臨時支護。這兩種支護并沒有嚴格上材料和形式的區別，只是在于臨時支護一般在施作永久支護后在拆除。
臨時支護是為了確保施工安全面設置的支護，其設置情況隨開挖后隧道圍巖的穩定情況而定，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖為先開挖后支護，Ⅳ、Ⅴ級圍巖是邊開挖邊支護，Ⅵ級圍巖是先支護后開挖。
永久支護是隧道支護中必不可少的，不像臨時支護需要時才用，因此永久支護的重要性較高，其結構形式也較多，一般來說主要依據圍巖條件而定，Ⅰ、Ⅱ級圍巖中進行局部錨桿支護，Ⅲ、Ⅳ級圍巖中主要采用錨噴支護，Ⅴ、Ⅵ級圍巖中多采用錨、噴、網支護，必要時加設鋼拱架。
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