第三节　山岭隧道的常规施工方法

一、山岭隧道的常规施工方法

山岭隧道的常规施工方法为矿山法，该方法是因最早应用于采矿坑道而得名。在矿山法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。在矿山法施工中，坑道开挖后的支护方法，目前大致可以分为钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支护两类。作为施工方法，人们习惯上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。

二、隧道施工的基本方法

隧道施工就是要在地层中按照设计要求的尺寸挖出土石，进行必要的支护，尽可能保持坑道围岩的稳定，形成稳定的洞室。

开挖与支护，是隧道施工的两大作业。因此研究隧道施工方法主要是研究隧道的开挖与支护的施工程序及方法。

隧道施工方法的选择，主要取决于隧道的地质条件、隧道长度与工期要求，同时应结合机具设备情况、材料供应情况以及施工技术水平等因素综合考虑。隧道施工方法，按开挖隧道的横断面分部情形来分，可分为全断面法、台阶法、分部开挖法等，见表2-2。

矿山法开挖方法的选择应符合下列规定：

（1）Ⅰ、Ⅱ级围岩一般采用全断面法开挖；其他围岩采用全断面法时，应与辅助工法相结合。

（2）Ⅲ～Ⅴ级围岩一般采用台阶法开挖；中等～特大跨度Ⅳ、Ⅴ级围岩，可采用三台阶七步开挖法开挖。

（3）中等～特大跨度Ⅴ级围岩，可采用中隔壁法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法等分部开挖法。

（4）Ⅵ级围岩在采取辅助施工措施后，可采用分部开挖法或台阶开挖法。

（一）全断面开挖法

全断面一次开挖法就是按照隧道设计轮廓一次爆破开挖成型，然后修筑衬砌的施工方法。

1.施工顺序

（1）测量定位，定出隧道开挖轮廓线，定出各炮眼的位置。

（2）用钻孔台车钻眼，然后装药连线。

（3）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道的断面轮廓。

（4）排除危石，先喷射第一层混凝土，必要时安装拱部和边墙锚杆。

（5）装渣、运渣。

（6）拱、墙喷射第二层混凝土。

（7）按上述工序开始下一轮循环作业。

（8）施作防水隔离层。

（9）通过监控量测，确定围岩和初期支护基本稳定后，施作二次模筑混凝土衬砌及灌注隧道底部混凝土。

2.适用条件

（1）Ⅰ～Ⅲ级整体性好的围岩。用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖后到支护前这一时间内保持其自身稳定的性能。

（2）有大型施工机械。

（3）隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于1km，否则，采用大型机械化施工经济性较差。

采用全断面一次开挖法，必须要注意机械设备的配套，以充分发挥机械设备的效率。隧道机械化施工有三条主要作业线，即开挖作业线、喷锚作业线及模筑混凝土衬砌作业线。

3.施工特点

（1）工序少，便于施工组织和管理。

（2）开挖一次成型，对围岩扰动小，有利于围岩稳定。

（3）开挖断面大，可采用深孔爆破以提高爆破效果，加快掘进速度。

（4）作业空间大，有利于采用大型施工机械设备，实现综合机械化施工，从而提高劳动生产率，减轻施工人员的劳动强度，降低工程造价。

（二）台阶法

台阶法是全断面一次开挖法的变化方法。这种方法对地质的适应性较强。它多用于围岩能在短期内处于稳定的地层中。

台阶法根据台阶长度不同，可划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。

在施工中选用何种台阶，应根据下面两个条件来确定：

其一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩稳定性越差，要求闭合时间越短；

其二是上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备所需空间大小的要求。

在软弱围岩中以前一条件为主并兼顾后者，以确保施工安全。在较好围岩中主要考虑后一条件，其目的是充分发挥机械设备的效率，保证施工中的经济效益。

1.长台阶法

长台阶法适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩。施工时上、下台阶相错距离大于50m；施工中上、下部可用同类型机械平行作业，若机械不足时也可用同一套机械设备交替作业（即在上部断面开挖一个进尺后，再在下部断面开挖一个进尺）；当隧道长度较短或长隧道各区段需尽早贯通时，可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工。

2.短台阶法

上下台阶相错距离为5～50m；初期支护全断面封闭的施作一般在距开挖面30m以内进行，若初期支护变形显著时，要提前闭合；在施工中，台阶的最短长度应保证机械能正常工作。

短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩的变形。适用范围较广，Ⅰ～Ⅴ级围岩中均可适用，尤其适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩。但上部台阶出渣时对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。

3.微台阶法

上、下台阶相错距离为3～5m，采用交替作业施工；由于上半断面施工作业场地狭小，只能使用小型机具施工，可以使用移动式平台为机械施工创造条件。施工时要注意开挖工作面的稳定性，必要时加固地层。

微台阶法的上下断面相距较近，机械设备集中，作业相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。

在上述台阶法施工中，开挖下部断面时应注意以下事项：

（1）下部断面开挖时，应注意上部的稳定。若围岩稳定性较好，则可以分段顺序开挖；若围岩稳定性较差，则应缩短下部掘进循环进尺；若围岩稳定性更差，则可以左右错开，或先拉中槽后挖边帮。

（2）下部边墙开挖后必须立即施作初期支护。

（3）施工量测应及时跟上，当发现围岩的位移速率增大时，应立即闭合仰拱以增加结构的刚度。

（4）要解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。尤其短台阶法干扰较大，要做好作业组织。对于长度较短的隧道，可将上半断面贯通后，再进行下半断面施工。

（三）分部开挖法

1.环形开挖留核心土法

这种方法一般将开挖断面分成环形拱部、上部核心及下部台阶三部分。根据地质好坏，将环形拱部断面分成一块或几块开挖。该法一般在土质及软弱围岩中使用较多。环形开挖进尺一般为0.5～1.0m，不宜过长。

施工时用人工或单臂掘进机开挖环形拱部；架立钢支撑挂钢丝网，喷射混凝土；在拱部初期支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下部台阶；随即接长边墙钢支撑挂网喷射混凝土，并进行封底；根据围岩和初期支护变形情况或施工安排，施作二次模筑混凝土衬砌。

这种方法由于拱部开挖高度较小及地层比较松软，锚杆易失效，所以一般不设置锚杆。环形开挖留核心土法，因上部留有核心土以支挡开挖工作面，且施工时能迅速及时地施作拱部初期支护，所以开挖工作面稳定性好。核心土和下部台阶开挖都是在拱部初期支护保护下进行的，施工比较安全。拱部长度可加长，能减少上、下台阶施工干扰，施工机械化程度较高，能加快施工速度。

2.侧壁导坑法

此法根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法两种。

单侧壁导坑法适用于断面跨度大、地表沉陷难以控制的软弱松散围岩中的浅埋隧道。它的施工顺序为：（1）开挖侧壁导坑，施作初期支护并尽快封闭；（2）开挖上台阶，施作拱部初期支护，使其一侧支承在导坑的初期支护上，另一侧支承在下台阶上；（3）开挖下台阶，拆除侧壁导坑临空部分的初期支护；（4）施作边墙初期支护并尽快施作底部初期支护，使整个断面闭合以提高结构刚度；（5）施作二次模筑混凝土衬砌。

单侧壁导坑法将整个断面分成数块，每块开挖宽度小，封闭型的侧壁导坑初期支护承载能力大。

双侧壁导坑法将整个断面分成四个部分：左右侧壁导坑、上台阶、下台阶。它适用于断面跨度较大，地表沉陷要求严格，围岩条件较差的浅埋隧道。此法施工安全，但施工速度慢。由于采用有两个导坑开挖，故成本较高。

3.中隔壁法

中隔壁法，也称CD工法，它是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧，并在中间部位作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法。中隔壁法一般适用于双线土质隧道以及有特殊沉降控制要求的软岩双线隧道。采用中隔壁法时，宜设置临时仰拱。

中隔壁法施工工序示意图如图2-21所示。

中隔壁法施工工艺流程如图2-22所示。

中隔壁法施工应符合下列规定：

（1）中隔壁法应先施工隧道的一侧，施作中隔壁墙后再施工隧道另一侧。

（2）中隔壁法设置临时仰拱时，临时仰拱宜设为弧形，各部施工应步步成环。

（3）开挖时，同层左、右两侧沿纵向宜错开一倍洞泾，单侧开挖应采用短台阶，台阶长度3～5m。

（4）开挖循环进尺不宜大于初期支护钢架间距。

（5）各分部宜采用机械开挖，周边轮廓应圆顺，避免应力集中。

4.中洞法

中洞法施工就是先开挖中间部分（中洞），在中洞内施作中墙（梁、柱）结构，然后再开挖两侧部分（侧洞），并逐渐将侧洞顶部荷载通过中洞初期支护转移到中墙（梁、柱）上。该法常用于双连拱隧道、半线隧道的喇叭口地段、大跨度地铁车站。双连拱隧道采用中洞法施工常见的横断面形式如图2-23所示。

5.交叉中隔壁法

交叉中隔壁法，又称CRD法，将大断面隧道分成4个或者6个相对独立的小洞室分部施工。交叉中隔壁法施工有利于围岩稳定，保证施工安全，目前主要运用于Ⅳ级围岩浅埋、偏压地段以及Ⅴ级围岩段的隧道施工。

交叉中隔壁法施工就是在隧道等地下工程掘进施工中，通过设置中隔壁和临时仰拱（两者交叉）将开挖断面分成4个部分，先就隧道一侧采用上下两部分分层开挖，施作初期支护、中隔壁和横隔板（临时仰拱）临时支护，再采用相同的方式开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。交叉中隔壁法施工如图2-24所示，施工工艺流程如图2-25所示。

三、辅助坑道

隧道施工，特别是较长隧道的施工，因受工期或其他因素控制，常常要利用辅助坑道增加工作面，将隧道分割成几段同时施工，形成“长隧短做”，确保隧道的修建任务得以如期或尽可能快地完成。

隧道施工辅助坑道有横洞、平行导坑（简称“平导”）、斜井及竖井等几种。

辅助坑道的作用除增加作业面外，还为改善施工环境，减少施工干扰，合理布置施工中的各种管线提供了有利条件。

隧道施工时是否需要采用辅助坑道及采用何种辅助坑道，主要应根据隧道所在位置的具体条件、隧道长度及工期要求等因素全面考虑决定。

隧道建成后，辅助坑道不再利用时，除设计有规定外，宜按下列方法处理：

（1）横洞、平行导坑、斜井的洞口宜用M5浆砌片石封闭，无衬砌时封闭长度宜为3～5m；有衬砌时封闭长度不宜小于2m；竖井的井口宜用钢筋混凝土盖板封闭。

（2）与隧道正洞连接处宜用M5浆砌片石封闭，其长度不宜小于2m。

（3）横洞、平行导坑的横通道、竖井或斜井的连接通道，在靠近隧道15～20m范围内应进行永久支护或衬砌。

（4）竖井位于隧道顶部时，回填高度不应小于10m。

（5）横洞、平行导坑已进行衬砌或喷锚支护的地段以及无衬砌支护但围岩稳定的地段可不作处理，其余地段宜根据地质情况分段做必要的支护。

（6）横洞、平行导坑封闭前应结合排水需要，先做暗沟，并应设置检查通道，竖井、斜井有水时，应将水引入隧道侧沟。