浅谈隧道施工开挖
摘 要：根据我国目前施工实际情况和国外经验，将常用的五种公路隧道施工中的开挖方法作简要论述。关键词：隧道施工；开挖方法；支护形式
在隧道开挖和衬砌施工过程中，围岩、衬砌的受力和变形情况难以获得确定解答，施工中开挖方法和支护形式是隧道施工中的关键技术，如何选择合理的开挖方法和支护形式是隧道工作者要考虑的。在隧道现场施工中，一般根据上部地质情况、土层覆盖厚度、结构受力特征、隧道开挖的时空效应及施工各工序间的相互影响等因素而决定施工方法，精简施工工序，提高施工效率，一般情况下，还要对经济情况、工期的影响进行分析，同时结合数值分析来综合考虑。
1 常用开挖方法
根据我国目前施工实际情况和国外经验，将常用的五种公路隧道施工中的开挖方法简述如下：
1.1全断面法
全断面法是指将隧道的断面一次开挖成型，或钻爆或掘进，开挖后统一进行支护衬砌的施工方法。
它适用Ⅰ~Ⅲ级整体性较的围岩，有时也用于IV级围岩，前提是在开挖过程中这种围岩能自稳。
它的特点是：工序少，对施工组织和管理有利；开挖断面大大，可以采用深孔爆破，加快开挖进度；轮廓一次成型，扰动围岩次数少；作业空间大，有利于大型机械作业。
1.2台阶法
台阶法也叫半断面法，将断面一分为二进行开挖，是全断面法的变化方法，它使用的前提是围岩能在短期内自稳，被国内绝大多数隧道所采用。
台阶法包括长台阶法、短台阶法和微台阶法等三种，其划分是根据台阶长度确定。采用哪种台阶法，选择原则有两个：初期支护从施作到基本能自稳的时间长短；上部台阶施工时所需要的空间大小。对岩性较差的围岩，主要考虑第一个原则；对岩性较好的围岩，主要考虑第二个条原则。
1.2.1长台阶法。长台阶法上下两断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞宽。在上下台阶上可同时进行平行作业，也可以先在上断面开挖一个进尺，瑞在下断面开挖一个进尺，当隧道长度较短时，也可以先将上断面全部挖通后，再进行下断面开挖，相对于全断面来说，长台阶法一次开挖的断面和高度较小，只需配备中型钻孔台车即可，而且对于维持掌子面的稳定也有利。它适用范围较全断面法广泛，一般适用I-V级围岩。
1.2.2短台阶法。短台阶法志长台阶法类似，只是两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍洞宽且大于1~1.5倍洞宽，上下断面采用平行作业，Ⅱ-Ⅴ级围岩都能采用，是新奥法中采用的主要方法之一。
短台阶法施工中，当初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合，保证在施工机械正常工作的前提下下台阶的最小长度。
1.2.3微台阶法。
微台阶法是全断面开挖的一种变异形式，适用于V-VI级围岩，一般台阶长度为3~5m，台阶长度小于3m时，无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护作业；台阶长度大于5m时，利用爆破将石碴翻至下台阶有较大的难度，必须采用人工翻碴。微台阶法上下断面相距近，应注意开挖工作面的稳定，必要时进行加固和支护。 1.3保留核心土法
这种方法使用中主要指环形开挖留核心土法，它将开挖断面分为环形拱部、上部核心和下部台阶三个部分，由短台阶法发展而来。先用人工或小型掘进机开挖环形拱部，进行拱部锚喷；再开挖上部核心土和下部台阶土体，进行边墙和底部初期支护；向前推进继续重复开挖上中下部土体；待围岩和初期支护的变形基本稳定后，施作二衬。
这种方法优点是施工步骤简单，在遇到短距离围岩变化时可优先使用，能较快地提高施工的进度；不足是这种方法一次开挖的进尺较短，一般在1m左右，而且顶部空间较小，不易于拱顶部的支护实施。
1.4中隔壁法
这种方法是将断面从中间隔开，分为两侧，先沿一侧自上而下分为二或三部进行，再开挖另一侧。断面每块开挖和支护后形成闭合单元，有利于围岩稳定，减小净空位移及地表深陷。
各分块纵向间隔距离视围岩变形情况，参照短台阶法决定。
中隔壁法适用于断面跨度大，地表沉陷量要求较小的软弱围岩中的浅埋隧道。
1.5交叉中隔壁法
交叉中隔壁法也是将断面从中间隔开，分为两则，先开挖一侧的上部，再开挖另一侧的上部，左右两侧交叉进行开挖和支护。在所有支护中，中隔壁及交叉临时支护在在灌注二次衬砌时逐段拆除。
它适用于软弱围岩浅埋的双线或多线隧道。
2 支护形式分析
在早期，隧道是为矿山为服务的，那时候支护是主要是用钢木构件支撑，其中木支撑主要用圆木，它可以构成矩形或扇形支撑，不能较好适应隧道断面形状，且磨损率高，耐久性差，安全性也不高，一般属临时支护，在进行模筑混凝土后需要拆除，现在很少采用。钢支撑，主要以工字型钢，钢筋和旧钢轨为主，可以构成拱形支撑，可较好适应隧道断面形状的要求，且具有较大的承载能力和很好的耐久性，可作永久支护，施工较木支撑简便且安全。
随着社会的发展，现在的新奥法主要以喷锚支护为主要手段，这种支护不像早期的刚性支护，它是一种柔性支护，允许围岩有一定的变形。
在现代隧道支护理论中，也将隧道支护他为永久支护和临时支护。这两种支护并没有严格上材料和形式的区别，只是在于临时支护一般在施作永久支护后在拆除。
临时支护是为了确保施工安全面设置的支护，其设置情况随开挖后隧道围岩的稳定情况而定，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩为先开挖后支护，Ⅳ、Ⅴ级围岩是边开挖边支护，Ⅵ级围岩是先支护后开挖。
永久支护是隧道支护中必不可少的，不像临时支护需要时才用，因此永久支护的重要性较高，其结构形式也较多，一般来说主要依据围岩条件而定，Ⅰ、Ⅱ级围岩中进行局部锚杆支护，Ⅲ、Ⅳ级围岩中主要采用锚喷支护，Ⅴ、Ⅵ级围岩中多采用锚、喷、网支护，必要时加设钢拱架。
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