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隧道開挖方法的選擇

隧道開挖方法的選擇

初次接觸隧道工程,感觸頗深,在從事隧道試驗檢測工作的同時,我更多的時間是向優秀的工程師們學習具體的現場施工經驗,在學校讀書的時候老師也是大概的講解了一下,而更多的東西還要靠自己去領悟,去學習。自己總結了隧道工程的一些開挖方法,加上具體的現場施工逐漸的了解了隧道的施工工序及技術要求。

在當前的施工實踐中,從施工造價及施工速度考慮,施工方法的選擇順序為:全斷面法台階法環形開挖留核心土法中隔壁法(CD)→交叉中壁法(CRD法)雙側壁導坑法;從施工安全角度考慮,其選擇順序應反過來。如何正确選擇,應根據實際情況綜合考慮,但必須符合安全、快速、質量和環保的要求,達到規避風險、加快進度和節約投資的目的。

1、全斷面開挖法

   全斷面開挖法就是按照設計輪廓一次爆破成形,然後修建襯砌的施工方法。
适用條件:
(1)I~IV級圍岩,在用于級圍岩時,圍岩應具備從全斷面開挖到初期支護前這段時間内,保持其自身穩定的條件。
(2)有鑽孔台車或自制作業台架及高效率裝運機械設備。
(3)隧道長度或施工區段長度不宜太短,根據經驗一般不應小于lkm,否則采用大型機械化施工,其經濟性較差。
 隧道機械化施工,有三條主要作業線,見表

作業線

采用大型機械設備

開挖作業線

鑽孔台車、裝藥台車、裝載機配合自卸汽車(無軌運輸)、裝渣機配合礦車及電瓶車或内燃機車(有軌運輸)

錨噴作業線

混凝土噴射機、混凝土噴射機械手、錨噴作業平台、進料運輸設備及錨杆灌漿設備

模築襯砌作業線

混凝土拌和作業長、混凝土輸送車及輸送泵、施做防水層作業平台、襯砌鋼模台車

全斷面法施工特點
(1)開挖斷面與作業空間大、幹擾小;
(2)有條件充分使用機械,減少人力;
(3)工序少,便于施工組織與管理,改善勞動條件;
(4)開挖一次成形,對圍岩擾動少,有利于圍岩穩定。

2、台階法施工

 台階法是先開挖上半斷面,待開挖至一定長度後同時開挖下半斷面,上、下半斷面同時并進
的施工方法;按台階長短有長台階、短台階和超短台階三種。近年由于大斷面隧道的設計,又有三台階臨時仰拱法,甚至多台階法。至于施工中究竟應采用何種台階法,要根據以下兩個條件來決定:
初期支護形成閉合斷面的時間要求,圍岩越差,閉合時間要求越短;
上斷面施工所用的開挖、支護、出碴等機械設備施工場地大小的要求。
在軟弱圍岩中應以前一條為主,兼顧後者,确保施工安全。在圍岩條件較好時,主要是考慮如何更好的發揮機械效率,保證施工的經濟性,故隻要考慮後一條件。
台階開挖法的優缺點:台階開挖法可以有足夠的工作空間和相當的施工速度。但上、下部作業有幹擾;台階開挖雖增加對圍岩的擾動次數,但台階有利于開挖面的穩定。尤其是上部開挖支護後,下部作業就較為安全,但應注意下部作業時對上部穩定性的影響。
台階開挖時應注意以下幾點:
(1)解決好上、下半斷面作業的相互幹擾問題。微台階基本上是合為個工作面進行同步掘進;長台階基本上拉開,幹擾較小;而短台階幹擾就較大,要注意作業組織。對于長度較短的隧道,可将上半斷面貫通後,再進行下半斷面施工。


(2)下部開挖時,應注意上部的穩定。若圍岩穩定性較好,則可以分段順序開挖;若圍岩穩定性較差,則應縮短下部掘進循環進尺;若穩定性更差,則可以左右錯開,或先拉中槽後挖邊幫。
(3)下部邊牆開挖後必須立即噴射混凝土,并按規定做初期支護。
(4)量測工作必須及時,以觀察拱頂,拱腳和邊牆中部位移值,當發現速率增大立即進行仰拱封閉。






3、環形開挖留核心土法

  1、環形開挖進尺宜為0.5-1.0m,核心土面積應不小于整個斷面面積的50%

 2、開挖後應及時施工噴錨支護、安裝鋼架支撐,相鄰鋼架必須用鋼筋連接,并應按施工要求設計施工鎖角錨杆。

 3、圍岩地質條件差,自穩時間短時,開挖前應按設計要求進行超前支護。

 4、核心土與下台階開挖應再上台階支護完成後、噴射混凝土達到設計強度的70%

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4、中隔壁法(CD法)

 CD 法是在軟弱圍岩大跨度隧道中,先開挖隧道的一側,并施作中隔壁,然後再開挖另一側的施工方法,主要應用于雙線隧道級圍岩深埋硬質岩地段以及老黃土隧道(級圍岩)地段。

5交叉中隔壁法(CRD法)

  是在軟弱圍岩大跨隧道中,先開挖隧道一側的一或二部分,施作部分中隔壁和橫隔闆,再開挖隧道另一側的一或二部分,完成橫隔闆施工;然後再開挖最先施工一側的最後部分,并延長中隔壁,最後開挖剩餘部分的施工方法。采用短台階法難确保掌子面的穩定時,宜采用分部尺寸小的CRD法,該工法對控制變形是比較有利的。
CD 法是“Center Diaphragm”的簡稱,而CRD法則是“Cross Diaphragm” 的簡稱。兩者既有聯系又有區别。它們都用于比較軟弱地層中而且是大斷面隧道的場合。而前者是在用鋼支撐和噴混凝土的隔壁分割開進行開挖的方法;後者則是用隔壁和仰拱把斷面上下、左右分割閉合進行開挖的方法,是在地質條件要求分部斷面及時封閉的條件下采用的方法。因此,CRD法與CD法唯一的區别是在施工過程中每一步,都要求用臨時仰拱封閉斷面。
CRD法或CD法中,一個關鍵問題是拆除中壁。一般說,中壁拆除時期應在全斷面閉合後,各斷面的位移充分穩定後,才能拆除。

 

6、雙側壁導坑法

1、側壁導坑開挖後方可進行下一步開挖。地質條件差時,每個台階底部均應按設計要求設臨時鋼架或臨時仰拱。

2、各部開挖時,周邊輪廓應盡量圓順。

3、應在先開挖側噴射混凝土強度達到設計要求後在進行另一側開挖。

4、左右兩側導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15米。

5、當開挖形成全斷面時應及時完成全斷面初期支護閉合。

6、中隔壁及臨時支撐應在澆築二次襯砌時逐段拆除。

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