山岭隧道标准化工艺工法施工要点

前言    隧道施工技术发展简史

纵观我国隧道修建史，其修建技术的发展大体上经历了三个阶段：

1、中华人民共和国成立前，隧道修建技术落后的时期。这一时期基本上是靠人力开挖，手工操作，机具十分简单。

2、20世纪50～70年代，隧道修建技术有所发展时期。隧道施工由以人力为主转为普遍采用中、小型机械施工，隧道建设能力较低，断面分割一般在10 ㎡左右。如隧道开挖采用上、下导坑法，正、反台阶法，漏斗棚架法、蘑菇形开挖法，等等；隧道衬砌采用先拱后墙法或先墙后拱法。

3、20世纪80年代以后，隧道技术进入大发展时期。由于从国外引进了隧道施工大型专用机械设备和先进技术，隧道施工能力有了较大的提高。在较好岩层里隧道钻爆掘进施工多采用全断面法，半断面法，短台阶法、中导洞法；在软弱地层中隧道开挖施工则采用微台阶法（或加反拱），CD 工法，CRD 工法、单侧洞法、双侧洞法（眼镜法）。

其发展趋势是：掘进分部断面增大以能更好地适应高效率的机械化施工；支护结构骨架的工厂化预制与现场实施相结合以达到及早、快速的安全需求；尽可能实现全断面衬砌施工一次完成以提高工程质量水平。

     

     

     

     

机械化施工设备

     

     

   

   

   

     

     

   

   

   

一、隧道工程的施工特点和原则

1、施工特点

①施工环境恶劣：封闭的作业空间 ，受地下水、 通风、 燥声、 采光等多种因素制约；

②地质条件复杂：隧道处于一个复杂的地质体中，且具有不确定性、变化性。

2、施工原则

根据山岭公路隧道的特点，应严格遵循初支紧跟开挖面、仰拱尽早封闭成环、适时施工二次衬砌的施工原则。

二、洞口工程的施工要点

1、洞口土石方开挖应根据设计要求、洞口地质条件、地形地势等合理选择，宜采用台阶法或环形开挖预留核心土法。

① 洞口土石方开挖前先完善洞口排水系统；

② 洞口土石方开挖至成洞面后，预留成洞面核心土，以核心土体作为工作平台施工暗洞超前支护；

③ 暗洞超前支护施工完成后，挖除部分核心土，开始暗洞开挖。

④洞口段预留变形量宜不小于30cm，加强洞内外的监控量测。

2、为了减少边仰坡开挖，保证边仰坡的稳定，应遵循“早进晚出”的原则，提倡“零开挖”进洞理念，合理确定明暗交界位置。

 洞口断面复测是最重要的手段，应以地表高出洞顶标高30～50cm处作为明暗交界面。

三、洞身施工主要方法

1、目前公路隧道常用的几种施工方法，从工程造价和施工速度考虑，施工方法的选择顺序应为：全断面法→上下台阶法→三台阶法→环形开挖留核心土法→中隔壁（CD）法 →交叉中隔壁（CRD）法→双侧壁导坑法（眼镜法）。

如果从施工安全方面考虑，上述顺序应反过来。

施工工法选择的正确与否关系到隧道施工的安全、质量、工期和效益。

2、施工方法选择的原则

（1）简单根据围岩级别来选择：   

    ①  全断面法适用于Ⅰ～Ⅲ级围岩隧道。

    ②  上下台阶法适用于Ⅲ～Ⅳ级围岩隧道。

    ③  三台阶法、环形开挖留核心土法适用于Ⅳ～Ⅴ级围岩隧道。

    ④  中隔壁（CD）法或交叉中隔壁（CRD）法适用于围岩较差、浅埋隧道的Ⅴ级围岩。

    ⑤  双侧壁导坑法适用于围岩较差、浅埋、大跨度隧道的Ⅳ～Ⅴ级围岩。

（2）考虑施工和管理因素

    ①  利于整个隧道及洞室断面的支护和衬砌及时封闭成环，确有成效地控制围岩及结构的最终位移和变形；如控制台阶距离、增加临时仰拱等。

    ②  便于更多地采用先进机械和机具投入作业，最大限度地减轻工人劳动强度及提高工作效率；

    ③  过多的工法转换不利于施工组织管理和资源配备。

    ④   在分部开挖后能稳定的情况下选择简单的工法，工法施工难度大对技术、管理要求高，如过程控制不严，施工不到位，易留下安全隐患。

3、全断面开挖工艺流程图

4、上下台阶法

上下台阶法实例

 比全断面开挖安全度高，当采用微台阶时可以实现上下台阶平行推进，加快施工进度。

     

     

     

     

     

上下台阶法施工要点：

①上台阶循环进尺宜控制在两榀钢拱架距离内；

②上台阶高度控制在3.5～4.2m；

③台阶长度的控制是关键，对于软弱地层应控制在1～1.5倍洞径。通过受力分析，若过大台阶断面形状不利于受力，造成拱脚附近受力大而失去稳定性，台阶若过短，宜造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定，若一定要采用长台阶法施工，应在上台阶底部施作临时仰拱或架设底部横撑。

④若围岩较稳定，台阶长度可适当缩短至3～5m，上下台阶同时钻眼爆破，以起到加快施工进度、减少资源配置的目的。

⑤下台阶开挖时，宜采用先挖侧槽“接腿”、左右错开向前推进的方法，侧槽一次开挖长度宜控制在两榀钢架内不宜过长，靠近边墙范围应特别注意，避免扰动上台阶初期支护。两侧“接腿”完成后开挖中间土体。

⑥初期支护监控量测数据异常时，宜采用增加锁脚锚杆（管）、扩大拱脚、增设临时仰拱等措施。

5、三台阶法

     

       

三台阶法施工工序横断面及纵断面示意图

三台阶法实例

比上下台阶法安全度高，但施工干扰大，施工进度较慢。

       

       

三台阶法施工要点：

①上台阶循环进尺宜控制在两榀钢拱架距离内；

②上台阶高度宜为2.0～2.5m，中间台阶高度宜为3.0～3.5m，上、中台阶长度宜为3～5m；

③中台阶及下台阶施工参照上下台阶法下台阶的施工要求。

6、环形开挖预留核心土法

     

       

环形开挖预留核心土法施工工序

横断面及纵断面示意图

环形开挖预留核心土法实例

比三台阶法安全度高，适合于土质或采用微爆破开挖的岩层，施工干扰大，比三台阶法进度慢。

     

       

环形开挖预留核心土法施工要点：

①环形开挖每循环长度宜为0.5~1m。

②上部弧形导坑、中部核心土、下台阶等各部各错开3～5m，进行平行作业。

③上部开挖高度控制在4.5m左右，中部核心土离隧道顶部2.0m左右，预留核心土面积不应小于整个断面的50％。

④全断面初期支护封闭距拱部开挖面的距离不大于30m。

7、中隔壁（CD）法

     

       

中隔壁（CD）法施工工序横断面及纵断面示意图

中隔壁（CD）法实例：

优点：施工安全度较高、控制地层变形较好

缺点：施工进度较台阶法慢、临时工程量和造价也是较台阶法大。

       

         

中隔壁（CD）法施工要点：

①左、右侧各工作面每循环进尺控制在1榀拱架的距离。

②左右部上中台阶高度不大于3.5m（如围岩较稳定时分上下台阶），左右各台阶长度3～5m，左右两侧纵向距离小于1～2倍隧道洞径，且不大于15m。当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。

③根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除中隔壁临时支护，中隔壁的拆除应滞后于仰拱，一次拆除长度不超过15m，并加强监控量测，拆除后应立即施作二次衬砌。

8、交叉中隔壁（CRD）法

     

       

交叉中隔壁（CRD）法施工工序

横断面及纵断面示意图

交叉中隔壁（CRD）法实例：

优点：施工安全度较高、控制地层变形较CD法好，特点是步步成环。

缺点：施工进度较CD法慢、临时工程量和造价也是较CD法大。

     

交叉中隔壁（CRD）法施工要点：

①上台阶开挖循环进尺控制在1榀拱架距离，中下台阶控制在1～2榀拱架距离。

②上、中台阶高度宜控制在2.5m，台阶长度为3～5m，左右两侧纵向距离宜小于1倍隧道洞径。当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。

③中隔壁临时支护的拆除参照CD法相关要求。

9、双侧壁导坑法

     

       

双侧壁导坑法施工工序

横断面及纵断面示意图

双侧壁导坑法实例：

优点：施工安全度高、控制地层变形比CRD法好

缺点：施工进度较CRD法慢，临时工程量、造价也比CRD法大。

       

         

双侧壁导坑法施工要点：

①两侧壁导坑和中部上台阶每循环进尺控制在1榀拱架距离（0.5m～0.75m），下台阶可控制在两榀拱架距离内（1m～1.5m）。

②侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面宜为整个断面的1/3 ，导坑跨度不应大于0.3倍隧道宽度；左右导坑施工时，前后错开距离为10～15m，中间土体滞后侧壁10～15m；左右部的台阶开挖高度不应超过3.5米，台阶长度控制在2～3m。

③中隔壁临时支护的拆除参照CD法相关要求。

10、超欠挖控制要点

超欠挖控制是隧道施工的关键，控制不好不仅影响工程质量和安全，更会增加施工成本。

①做好控制点的复测和隧道进出口的联测工作，加强日常施工放样测量工作。

②要根据开挖方法、地质条件等进行动态爆破设计，要有立拱断面采用光面爆破的观念。

③对开挖工进行“定置”管理，熟练的、经验丰富的司钻周边眼和掏槽眼。

④每茬炮均进行断面检查，及时处理，调整爆破参数。

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