大跨度软岩隧道开挖方法对比研究
摘要：大跨度软岩隧道的开挖方法，常用的有台阶法、全断面法、CRD法等。本文对这三种开挖方法的定义及适用条件作了阐述，并以某一隧道为工程背景，运用ANSYS软件建立模型，对这三种方法进行数值模拟研究，分析围岩应力、位移变化规律及支护结构安全性，对比和优选出大跨软岩隧道合理的开挖方法。关键词：大跨度；软弱围岩；隧道开挖方法；对比
1引言
随着我国交通的快速发展，迫切需求修建大量的大跨度隧道，其中不少隧道需要穿越承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的软弱围岩地区。然而随着跨度的增大，高跨比的减小，隧道围岩和支护结构的受力状况将会产生不利影响。支护结构的内力有所增加；围岩变形，特别是拱顶位移增大，严重时可直接危及隧道围岩和支护结构的稳定与安全，因而设计和施工中需兼顾围岩地质和施工、经济等多方面因素来综合考虑[1]。由于软弱围岩自承能力低，施工方法对工程顺利与否起着关键的作用。如果隧道施工方法选择不当，将直接影响到隧道施工进度、施工安全、工程投资、运营养护等[2]。因此，大跨度软岩隧道开挖方法的选择具有十分重要的地位。
2 大跨度软岩隧道开挖方法
目前，大跨度软岩隧道常用的开挖方法有台阶法、全断面法、中隔壁法（CD 法）、交叉中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法等。国内外学者对这些开挖方法进行了大量研究，通过查阅相关资料，本文对台阶法、全断面法和CRD法的定义及适用条件进行了归纳整理。
2.1 台阶法
台阶法开挖是将隧道设计断面分成两次或三次开挖，上台阶超前一定距离，超前长度大于50 m或5倍洞径以上叫长台阶开挖；上下台阶并进，台阶长度仅3～5 m，临时支护或衬砌快速闭合，叫微台阶开挖[3]。
台阶法的适用条件：台阶开挖法是隧道施工中采用最广泛的方法。
Ⅱ、Ⅲ级围岩适用二台阶法开挖，也可采用全断面开挖，究竟采用哪种开挖方法，不仅仅取决于围岩的级别，还需要考虑开挖断面的大小是否与施工设备匹配，围岩的稳定情况，施工进度要求与施工习惯等因素。断面过大对施工设备要
求较高，一次起爆用药量也很大，对围岩的扰动较大，围岩稳定时间短，这种情况一般不采用全断面而采用二台阶开挖。
Ⅳ、Ⅴ级围岩在采用型钢拱架和锚、网喷等有效支护后采用三台阶或微台阶开挖。微台阶开挖法也用在变大跨为小跨的大断面隧道分部开挖施工中。
三台阶和微台阶开挖方法由于受作业空间限制，工序相互干扰大，进度慢，且不适合用大型设备施工，很少有项目采用。
三台阶预留核心土开挖法和三台阶七步开挖法均适合Ⅴ级围岩的土层、沙砾石地层隧道开挖，以人工开挖为主。
2.2 全断面法
全断面开挖法是指按隧道设计轮廓线将其一次爆破成型，再进行下一步工序施工。
全断面法的适用条件：主要适用于较好的围岩级别和适度的开挖断面。而围岩级别低，其自稳性差，若采用全断面开挖必须先行预加固，对施工进度和效益并无益处；断面面积过大，不但对钻爆设备性能有特殊要求，而且起爆顺序复杂，雷管段位多，超过常用段位需要生产厂家特制，费用较高，一次起爆药量大，对围岩的扰动较大。对水工隧道来讲，松动圈过大，不但对结构的耐久性有影响，而且加大固结灌浆费用[4]。
从施工实践来看，只要满足以下两条件即可考虑采用全断面开挖：①隧道围岩为Ⅰ、Ⅱ级；②设计断面不大于120m2。另外断面面积小于60 m2的Ⅲ级围岩隧道也可考虑采用全断面开挖。
2.3 交叉中隔壁法（CRD法）
交叉中隔壁法与中隔壁法相似，是在中隔壁法的基础上改进发展的开挖方法。中隔壁法即将隧道开挖面分为左右两部分，先在隧道一侧自上而下分层开挖，完成初期支护，当喷射混凝土达到设计强度的70 %后，按同样的方法开挖另一侧。交叉中隔壁法核心技术是将隧道左右分部、上下分层循序开挖。上部按台阶法左右循序掘进，再交叉先左后右开挖下台阶，每开挖一部既单独将支护闭合成环，即左右交换，步步成环开挖技术[5]。
交叉中隔壁法的适用条件：主要适用于浅埋、大跨、软弱围岩隧道，对控制变形和地面沉降要求很高的城市地铁暗挖隧道具有较强优势[6]，适合围岩级别为部分Ⅳ级、Ⅴ级。
3 开挖方法对比研究
本文以重庆市某一隧道为工程背景，利用有限元分析软件ANSYS对台阶法、
全断面法和交叉中隔壁法（CRD法）三种开挖方法进行数值模拟研究。通过分析不同开挖方法下围岩应力、位移变化规律及支护结构安全性，对比和优选出大跨度软岩隧道合理的开挖方法，为类似工程的设计和施工提供一定的指导[7]。
3.1 工程概况
该隧道围岩级别为V级，隧道埋深约40米，隧道开挖跨度12.14m，开挖高度9.84m。隧道初期支护采用锚杆、喷射混凝土、钢筋网、工字钢加劲联合支护。喷射混凝土等级为C20，喷层厚度24cm；加劲钢支撑为I18工字钢，纵向间距0.8m；锚杆为B22砂浆锚杆，按照0.8×0.8m的间距梅花形布置。CRD法临时中隔墙及临时仰供采用20cm厚C20喷射混凝土加I18工字钢联合支护，I18工字钢纵向间距0.8m。二次衬砌采用C30防水钢筋混凝土，厚度50cm，抗渗等级不低于S8。
3.2 模型建立
计算区域水平方向左、右两侧均为3B（B为隧道跨度），共计92米，隧道下部同样取3倍的隧道跨度，上部至地表，竖直方向为40米。所施加的约束条件：水平方向约束（两侧边界）；竖直方向约束（底部）。单元选取：模型中，围岩采用平面应变单元，衬砌结构为梁单元，锚杆采用了杆单元。有限元网格：二维三角形单元，系手动划分网格和程序划分相结合的方法。台阶法、全断面法和CRD法施工模型见图1、图2、图3。
图1 台阶法施工模型网格图2 全断面法施工模型网格图3 CRD法施工模型网格
围岩与衬砌的计算参数见表1。
表1 围岩与衬砌计算参数
项目弹性模量
泊松比
粘聚力内摩擦角抗拉强度容重
3
锚杆200×1090.26 - - - 7.85×104
运用ANSYS软件建立计算模型，并模拟分析台阶法、全断面法、CRD法施工对隧道开挖后的应力场和位移场。
3.3 计算结果分析
（1）台阶法
①围岩应力场分析
台阶法开挖最终导致的围岩第一主应力和第三主应力变化过程如图4所示。
a)上台阶开挖第一主应力值b)下台阶开挖第一主应力值
c)上台阶开挖第三主应力值d)下台阶开挖第三主应力值
图4 台阶法开挖围岩应力分布图（单位：Pa）
从上图可以看出：隧道在开挖过程中，因开挖边界的不断变化以及支护结构的影响，隧道围岩的应力状况也是不断变化的。隧道周边围岩的主应力均为压应力，隧道围岩受力条件较好，可以充分发挥围岩的拱效应特征。隧道围岩的应力随着开挖的进行其初始应力也在逐步释放和调整。采用台阶法开挖最大和最小主应力成对称分布，上台阶开挖支护后，围岩应力基本对称分布，洞顶和上台阶底部的竖向围岩应力由于开挖卸载而产生较大的下降，形成低应力区，上半断面拱脚处出现围岩应力集中应力较大；下台阶开挖支护后，拱脚成为新开挖轮廓部位，由于隧道曲线曲率较大产生应力集中，应力增长最快，从拱脚到边墙到拱肩再到拱顶，主应力依次减小。而拱顶的压应力值较上台阶开挖时明显减小。
在上下台阶法的施工过程中，拱脚及上下台阶交接处的拱腰部位都是应力集中较大的部位，在施工过程中要特别注意对这些部位进行处理。
②围岩位移场分析
台阶法开挖施工过程所引起隧道围岩位移场变化如图5和图6所示。
a)开挖上台阶横向位移图b)开挖下台阶横向位移图
图5 台阶法开挖围岩横向位移图（m）
a)开挖上台阶竖向位移值b)开挖下台阶竖向位移值
图6 台阶法开挖围岩竖向位移图（m）
从上图可以看出：采用上下台阶法开挖隧道，当隧道上台阶开挖支护完成后，上台阶拱脚处水平位移较大，最大水平方向位移发生在开挖面拱脚下方，拱脚处的水平位移指向洞内；下台阶开挖支护完成后，拱脚处横向位移最大；当隧道上台阶开挖支护完成后，围岩竖向位移显对称分布，地表处的竖向位移有明显的下沉趋势，说明该段受到隧道的开挖而对地表处的竖向位移影响较明显，下台阶开挖支护完成后，拱顶和两侧拱肩下沉量略有反弹，说明下台阶的开挖对拱顶下沉的影响很小，是因为上台阶开挖后，围岩应力重分布使拱部应力释放，变形已基本稳定。
③支护结构内力分析
隧道开挖、支护完成，支护结构的内力如图7所示。
a)上台阶开挖弯矩图b)下台阶开挖弯矩图
a)上台阶开挖轴力图b)下台阶开挖轴力图
a)上台阶开挖剪力图b)下台阶开挖剪力图
图7台阶法开挖后支护结构内力图
（单位：弯矩/kN·m，轴力/N，剪力/N）
从上图可以看出：隧道采用台阶法开挖完成上台阶后，喷射混凝土层弯矩是对称的，在拱顶部分是内侧受拉，从拱顶向两边渐渐减小，到拱肩部位时弯矩有个突变，由内侧受拉变为外侧受拉，上断面开挖支护后弯矩最大值出现在拱脚上方；喷射混凝土层轴力在上断面拱脚处最小，在拱腰处最大；喷射混凝土层在上断面拱脚处产生最大剪力值。台阶法开挖支护完成后，隧道顶部的喷射混凝土层弯矩明显减小，上断面拱脚处围岩受到的原先由下断面岩体施加的约束转由支护结构承担，支护性能改善，弯矩大大减小，最大弯矩值且转移到下断面拱脚下方；喷射混凝土层轴力在拱底处最小，在边墙中间处达最大；喷射混凝土层在左右拱
脚及仰拱外侧产生较大剪力。
分析主要控制点的内力值，在开挖面的拱脚出现了最大弯矩，最大弯矩值为109 kN·m；初期支护的边墙处所受的轴力最大，最大轴力为4497kN；最大剪应力出现在拱脚和拱腰下部较小的范围内，其值为176 kN。施工中应采取合理的加固措施增强边墙与仰拱交接部位的抗剪强度，以防止其发生剪切破坏。从上下台阶开挖的过程来看，锚杆轴力呈增大趋势，即下台阶开挖后锚杆的轴力大于上台阶开挖时锚杆的轴力。对一个断面开挖完后的锚杆轴力分布来看，拱腰以下的锚杆受力很小，所以锚杆主要以拱部锚杆受力为主，拱脚部位锚杆作用较小。锚杆施工中及时起到了控制围岩压力和塑性应变的作用。
（2）全断面法
①围岩应力场分析
全断面法开挖最终导致的围岩第一主应力和第三主应力变化过程如图8所示。
a)全断面开挖第一主应力值b)全断面开挖第三主应力值
图8 全断面开挖后应力分布图（Pa）
从上图看出：隧道采用全断面法开挖最大和最小主应力成对称分布，在左右拱脚部位由于隧道曲线曲率较大产生应力集中，主应力最大，从拱脚到边墙到拱肩再到拱顶，主应力依次减小。隧道顶部和底部附近在开挖完成后的应力最小。
分析主要控制点的应力值，围岩的第一主应力最小值为-181kPa，出现在拱底附近；最大值为-1243kPa，出现在左右拱脚部位；对于第三主应力分布位置和第一主应力有类似的规律，最小值为-408kPa，出现在拱底附近；最大值为-2660kPa，出现在左右拱脚部位。
②围岩位移场分析
全断面法开挖最终导致围岩位移场变化如图9所示。
a)全断面开挖后围岩横向位移图b)全断面开挖后围岩竖向位移图
图9 全断面开挖后围岩位移图(m)
从上图可以看出：由于受围岩应力重分布的影响，周围的围岩总的移动趋势是拱顶下沉、两侧边墙张开、仰拱向上鼓起。围岩横向位移最大位移值为2.036mm，主要集中在左右拱脚附近；围岩竖向位移成对称分布，竖向位移的最大值为68.367mm，主要集中在地表处，且竖向位移有明显的下沉趋势，说明该段受到隧道的开挖对地表处的竖向位移影响较明显。在隧道开挖过程中，拱顶处的围岩主要在自重作用下向洞内收敛，而拱腰处围岩不仅受重力作用还受到侧向压力的作用，拱底处主要受侧向压力作用，有水平移动趋势受约束后产生向上的位移。
分析主要控制点的横向位移，拱顶和拱底处的横向位移为0，左右拱脚附近的横向位移受隧道全断面开挖的影响最大；分析主要控制点的竖向位移，拱顶处竖向位移最大，最大值为56.588mm，拱底竖向位移最小为35.423mm。
③支护结构内力分析
隧道开挖、支护完成，支护结构的内力如图10所示。
a)全断面开挖后弯矩图b)全断面开挖后轴力图
c)全断面开挖后剪力图
图10 全断面法开挖后支护结构内力图
（单位：弯矩/kN·m，轴力/N，剪力/N）
从上图可以看出：隧道采用全断面法开挖完成后，喷射混凝土层弯矩在拱顶部分是内侧受拉，从拱顶向两边渐渐减小，从拱肩开始弯矩为外侧受拉，向两边渐渐增加，到两边边墙下部时弯矩有个突变，由外侧受拉变为内侧受拉，再变为外侧受拉。仰拱弯矩分部均为内侧受拉，只两边角上是外侧受拉，中间弯矩最小，向两边渐增大；喷射混凝土层轴力在拱顶处最小，向两边渐渐增大，到边墙中间处达最大，然后减小至到拱脚。相应的喷射混凝土层在左右拱脚及仰拱外侧产生较大剪力。
分析主要控制点的内力值，当隧道开挖、支护完成后喷射混凝土层承受最大正弯矩为111kN·m，发生在左右拱脚处；喷射混凝土层承受最大轴力值为-4599kN，发生在左右边墙处。最小轴力值为-2179kN，发生在拱底附近；喷射混凝土层承受最大剪力值为181kN，发生在左右拱脚处。
（3）CRD法
①围岩应力场分析
CRD法开挖最终导致的围岩第一主应力和第三主应力变化过程如图11、图12所示。
a)先行导坑上台阶开挖支护后b)先行导坑下台阶开挖支护后
c)后行导坑上台阶开挖支护后d)后行导坑下台阶开挖支护后
图11 洞周围岩第一主应力云图（单位:Pa）
a)先行导坑上台阶开挖支护后b)先行导坑下台阶开挖支护后
c)后行导坑上台阶开挖支护后d)后行导坑下台阶开挖支护后
图12 洞周围岩第三主应力云图（单位:Pa）
从上图可以看出：采用CRD法开挖隧道，由第一主应力云图知，当隧道先行导坑上台阶开挖支护完成后，隧道上台阶拱脚处隧道顶部中间产生应力集中；先行导坑下台阶开挖支护完成后，下台阶右侧拱脚部位应力集中同时隧道顶部中间产生应力变大；后行导坑上台阶开挖支护完成后，围岩应力集中区域主要出现在左侧拱脚以及后行未开挖导坑的隅角位置；后行导坑下台阶开挖支护完成后，左右拱脚位置产生应力集中。由第三主应力云图知，当隧道先行导坑上台阶开挖支护完成后，隧道上台阶拱脚下方产生应力集中；先行导坑下台阶开挖支护完成后，下台阶右侧拱脚部位应力集中同时隧道顶部中间产生应力变大；后行导坑上台阶开挖支护完成后，围岩应力集中区域主要出现在左侧拱脚以及后行未开挖导坑的隅角位置；后行导坑下台阶开挖支护完成后，左右拱脚位置产生应力集中。
分析主要控制点的应力值，围岩的第一主应力最小值为-282kPa，出现在拱底附近，左右拱脚部位应力集中，第一主应力最大值为右拱脚的-1162kPa。第三主应力最小值为-439kPa，出现在拱底附近，右拱脚部位第三主应力最大，最大值为-2647kPa。
②围岩位移场分析
CRD法开挖施工过程所引起隧道围岩位移场变化如图13、图14所示。
a)先行导坑上台阶开挖支护后横向位移值b)先行导坑下台阶开挖支护后横向位移值
c)后行导坑上台阶开挖支护后横向位移值d)后行导坑下台阶开挖支护后横向位移值图
图13 CRD法开挖围岩横向位移图（m）
a)先行导坑上台阶开挖支护后竖向位移值b)先行导坑下台阶开挖支护后竖向位移值
c)后行导坑上台阶开挖支护后竖向位移值d)后行导坑下台阶开挖支护后竖向位移值图
图14 CRD法围岩竖向位移图（m）
从上图可以看出：采用CRD法开挖隧道，由横向位移图知，当隧近产生较
大的水平位移；先行导坑下台阶开挖支护完成后，右拱肩水平位移值略有增大，右侧壁水平位移增大并向中间靠拢，同时在右侧仰拱外侧位置有较大水平位移；后行导坑上台阶开挖支护完成后，拱脚下方横向位移最大，拱顶和拱肩位置的横向位移值减小；后行导坑下台阶开挖支护完成后，左右拱脚位置产生横向位移值最大。由竖向位移图知，当隧道先行导坑上台阶开挖支护完成后，隧道拱顶右侧到右拱肩位置附近产生较大的竖向位移；先行导坑下台阶开挖支护完成后，产生最大竖向位移的区域向左移动至拱顶右侧到左拱肩附近位置；后行导坑上台阶开挖支护完成后，产生最大竖向位移的区域进一步扩大至左侧拱腰，隧道底部的竖向位移值进一步减小；后行导坑下台阶开挖支护完成后，竖向位移成对称分布，在左右拱肩到拱顶的范围内竖向位移最大。
分析主要控制点的横向位移，左右两侧拱脚处的横向位移最大分别为1.949mm和2.171mm，右拱脚处的横向位移大于左侧拱脚处的横向位移值，说明隧道拱脚附近的横向位移受隧道开挖的影响最大。拱顶和拱底的横向位移值最小分别为0.168mm和0.103mm；分析主要控制点的竖向位移，拱顶处竖向位移最大，最大值为55.763mm，从拱顶到拱底竖向位移值依次减小，拱底竖向位移最小为36.562mm。
③支护结构内力分析
隧道开挖、支护完成，支护结构的内力如图15所示。
a)开挖后的弯矩图b)开挖后的轴力图
c)开挖后的剪力图
图15 CRD法开挖后支护结构内力图
（单位：弯矩/kN·m，轴力/N，剪力/N）
从上图可以看出：隧道采用CRD法开挖完成后，喷射混凝土层弯矩在拱顶部分是内侧受拉，从拱顶向两边渐渐减小，从拱肩开始弯矩为外侧受拉，向两边渐渐增加，到两边边墙下部时弯矩有个突变，由外侧受拉变为内侧受拉，再变为外侧受拉。仰拱弯矩分部均为内侧受拉，只两边角上是外侧受拉，中间弯矩最小，向两边渐增大；喷射混凝土层轴力在拱底和拱顶靠右侧轴力最小，向两边渐渐增大，到边墙中间处达最大，左侧边墙轴力值大于右侧。相应的喷射混凝土层在左右拱脚及仰拱外侧产生较大剪力。
分析主要控制点的内力值，在开挖面的右拱脚出现了最大弯矩110 kN·m；初期支护的左边墙处所受的轴力最大，最大轴力为-4035kN；最大剪应力出现在左右拱脚处，右拱脚承受剪力偏大其值为174 kN，左拱脚剪力值为150kN。施工中应采取合理的加固措施增强拱脚部位的抗剪强度，以防止其发生剪切破坏。
3.4 开挖方法的比较
分析三种开挖方法的数值模拟结果，包括主要控制点的竖向位移、主应力和支护结构内力值可以得出以下结论：
①围岩在拱脚处受到的主应力值最大，也是应力集中的主要部位。隧道在开挖过程中要注意拱脚处围岩的稳定，避免隧道发生失稳破坏。同时应力集中还发生在开挖轮廓线与隧道两侧围岩的交接处。因此，在施工过程中，应特别注意对这些部位进行加固和及时施作初期支护，加强对这些部位的监测，及时作好安全措施，确保洞室围岩的稳定性的施工的安全。
②对竖向位移比较可知，在拱顶处，不同开挖方法引起的隧道围岩变形从全断面到台阶法到CRD法依次减小，但采用CRD法开挖，施工为不对称开挖，引起的地表沉降中心线和隧道中心也就不重合，CRD法开挖是先从右侧开挖，右侧开挖后，初期支护的及时施作快速封闭，限制了这部分的移动，而左侧未开挖围岩由于约束不够，沉降位移相对较多，当左侧围岩开挖后，产生的累积位移也比左侧多。
③对应力比较可知，CRD法单步开挖跨度相对较小，施工过程临时拱脚处围岩的屈服接近度较小，可为初期支护提供较强的支撑，能有效地控制拱顶下沉、抑制围岩过度松弛，有利于围岩的稳定。同时由于中曲壁的存在造成了初期支护在中曲壁支撑结点处的应力集中，施工中容易造成结点处初期支护的破坏。采用CRD法施工时，要选用有适当刚度和曲率的中曲壁。
④对于本工程，隧道软弱围岩段应采用上下台阶法开挖施工，即可以减少初期支护闭合所用时间，改善初期支护的受力条件，同时有利于控制隧道收敛速度和量值，保证围岩稳定，也能有效地控制成本。
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146-150
隧道围岩大变形阶段报告 1．概述 深埋隧道通过软岩和断层带时，在高的地应力和富水条件下通常产生大变形。这种隧道围岩变形量大，而且位移速度也很大，一般可以达到数十厘米到数米，如果不支护或支护不当，收敛的最终趋势是隧道将被完全封死，如果发生在永久衬砌构筑以前，往往表现为初期支护严重破裂、扭曲，挤出面侵入限界。这种大变形危害巨大，严重影响施工工期或者线路正常运营，而且整治费用高昂。 在国内外相继出现了大量的隧道围岩大变形工程实例，并且在治理这些问题中取得了很多经验。 日本的岩手隧道，长25.8km，采用新奥法施工。地质条件为凝灰岩及泥岩互层，单轴抗压强度为2~6MPa。施工中净空位移和拱顶沉降都是很大的，上断面的净空位移100~400mm，最大到411mm；下断面的净空位移最大为200mm，拱顶下沉为10~100mm。 日本惠那山隧道，长8.635km，围岩以花岗岩为主，其中断层破碎带较多，局部为粘土，岩体节理发育、破碎，岩石的抗压强度为1.7~3.0MPa，隧道埋深为400~450m，原始地应力为10~11MPa。施工时产生了大变形，在地质最差的地段，拱顶下沉达到930mm，边墙收敛达到1120mm，有600cm2面积的喷射混凝土侵入模筑混凝土净空。最后采用9.0m和13.5m 的长锚杆，并重新喷护20cm厚的钢纤维混凝土后，结构才得以基本稳定。 陶恩隧道长6400m，开挖断面面积90-105m2，位于显著变质的岩带内，如片岩、千枚岩等，主要岩层为绢云母、千枚岩夹绿泥石，抗压强度R=0.4-1.7MPa，洞内无地下水活动，隧道埋深为600-1000m，原始地应力为16.0-27.0 MPa，侧压力系数近似为1.0，围岩强度比为0.05-0.06。陶恩隧道采用台阶法施工，在设计时，由于对在挤压性围岩隧道施工缺乏经验，采用的初期支护参数较小，导致拱顶发生1.2m的位移。而后把锚杆改为6m，并初次采用纵向伸缩缝，缝宽20cm，间隔3m，支撑也是可缩的，并在隧道底部增加了隧底锚杆，喷射混凝土厚度保持25cm不变。上述补强措施对大变形起到了一定的控制作用，但已完成段，其洞壁已严重侵入二次衬砌净空，只能采取扩挖的办法处理，增加了施工的难度，同时又具有一定的危险性。此时的净空收敛大约是20-25cm。要再大时，要增打9m以上长度的锚杆。 奥地利阿尔贝格隧道隧道长13980m，开挖断面面积90-103m2，岩石主要为千枚岩、片麻岩，局部为含糜棱岩的片岩、绿泥岩，岩石强度为1.2~1.9 MPa，隧道的埋深平均为350m，最大埋深为740m，原始地应力为13.0 MPa，围岩强度比为0.1~0.2。隧道采用自上而下的分布开挖法，先开挖弧形导坑，施作初期支护，然后再开挖台阶(分左、右两次分别进行)，最后检底。由于阿尔贝格隧道是在陶恩隧道之后施工的，该隧道设计时的初期支护就比较强，喷射混凝土厚20~25cm，锚杆长6.0m，同时安设了可缩刚架。但是由于岩层产状不利，锚杆的长度仍不够，施工中支护产生了很大变形，拱顶下沉量达到15~35cm，最大水平收敛达70cm，变形速度达11.5cm/d，后来采取将锚杆的长度增加到9.0~12.0m的办法，才是变形得到了控制，变形速度降为5.0cm/d，变形收敛时间为100~150d。 家竹箐隧道隧道全长4990m。隧道位于盘关向斜东翼，属单斜构造，岩层产状N20°～35°E/18°～30°NW。由于距向斜轴部较远，故皱褶、断层不发育，只在隧道中部煤系地层中发育有一正断层F1，其破碎带宽15～20 m。隧道横穿家竹箐煤田。隧道南段为玄武岩，北段为灰岩，北段为灰岩，中部3890 m为砂、泥岩及为钙质、泥质胶结的砂岩夹泥岩的煤系地层。隧道掘进进入分水岭之下的地层深部后，在接近最大埋深(404m)的煤系地层地段，由于高地应力的作用，锚喷支护相继发生严重变形。在一般地段，拱顶下沉为50-80cm，
隧道开挖施工方法及施工要点讲解 1、全断面开挖法 全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。 适用条件： (1)I~IV级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。 (2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。 (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lkm，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。隧道机械化施工，有三条主要作业线，见表 施工特点: (1)开挖断面与作业空间大、干扰小； (2)有条件充分使用机械，减少人力； (3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件； (4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。 施工工序流程图：隧道全断面开挖施工工序流程见图1－1
施工要点： (1)配备钻爆台车或多功能台架及高效率装运机械设备，由于开挖断面大，围岩相对稳定性降低，且每循环相对工作量较大，要求具有较强的开挖、出碴和相应的支护能力。 各工序使用的机械设备务求配套。以缩短循环作业时间，合理采用平行交叉作业工序，提高施工进度。 (2)利用深孔爆破增加循环进尺，控制周边眼间距及角度改善光面爆破效果，减少超欠挖。 (3)及时施做初期支护，摸清开挖面前方地质情况，及时准备好应急措施，围岩条件变化时及时调整施工方法，以确保施工安全。 (4)有条件时采用导洞超前的开挖方法，合理组织施工保证隧道施工安全。 (5)二次衬砌及时施作，Ⅰ～Ⅱ级围岩二次衬砌距掌子面距离≤200m，Ⅲ级围岩≤80m。 (6)在软弱破碎围岩中使用全断面开挖时，应加强辅助施工方法设计与检查，加强动态量测与监控。 施工图片：
隧道开挖方法选择附图文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
隧道开挖方法的选择 初次接触隧道工程，感触颇深，在从事隧道试验检测工作的同时，我更多的时间是向优秀的工程师们学习具体的现场施工经验，在学校读书的时候老师也是大概的讲解了一下，而更多的东西还要靠自己去领悟，去学习。自己总结了隧道工程的一些开挖方法，加上具体的现场施工逐渐的了解了隧道的施工工序及技术要求。 在当前的施工实践中，从施工造价及施工速度考虑，施工方法的选择顺序为：全断面法→台阶法→环形开挖留核心土法→中隔壁法（CD法)→交叉中壁法（CRD法）→双侧壁导坑法；从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。如何正确选择，应根据实际情况综合考虑，但必须符合安全、快速、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。 1、全断面开挖法 全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。 适用条件： (1)I~IV级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。 (2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。 (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lkm，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。 (1)开挖断面与作业空间大、干扰小； (2)有条件充分使用机械，减少人力； (3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件； (4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。 2、台阶法施工 台阶法是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进 的施工方法；按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设
隧道开挖方法的选择 初次接触隧道工程，感触颇深，在从事隧道试验检测工作的同时，我更多的时间是向优秀的工程师们学习具体的现场施工经验，在学校读书的时候老师也是大概的讲解了一下，而更多的东西还要靠自己去领悟，去学习。自己总结了隧道工程的一些开挖方法，加上具体的现场施工逐渐的了解了隧道的施工工序及技术要求。 在当前的施工实践中，从施工造价及施工速度考虑，施工方法的选择顺序为：全断面法→台阶法→环形开挖留核心土法→中隔壁法（CD法)→交叉中壁法（CRD法）→双侧壁导坑法；从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。如何正确选择，应根据实际情况综合考虑，但必须符合安全、快速、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。 1、全断面开挖法 全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。 适用条件： (1)I~IV级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。
(2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。 (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lkm，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。隧道机械化施工，有三条主要作业线，见表 全断面法施工特点 (1)开挖断面与作业空间大、干扰小；
(2)有条件充分使用机械，减少人力； (3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件； (4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。
2、台阶法施工 台阶法是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进
2、台阶法施工 台阶法是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进 的施工方法；按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定： ⑴初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短； ⑵上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。 在软弱围岩中应以前一条为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要是考虑如何更好的发挥机械效率，保证施工的经济性，故只要考虑后一条件。 台阶开挖法的优缺点：台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度。但上、下部作业有干扰；台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但应注意下部作业时对上部稳定性的影响。 台阶开挖时应注意以下几点： (1)解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。微台阶基本上是合为—个工作面进行同步掘进；长台阶基本上拉开，
对这几天对软岩变形论文的收集做了些归纳、总结，希望能提供给你们些许方向。由于时间仓促，没有做系统的深入研究，对某些论文中的观点未作验证。 一、国内外工程实例 1、南昆线家竹箐隧道[1] 隧道于1996年建成，全长约4990m，发生大变形段落全长390m，拱顶最大下沉量为160cm，周边最大位移量为240cm，隧底最大隆起量100cm。围岩为煤系地层，以煤、泥岩、砂质泥岩、和钙质细砂岩为主，最大主应力19.62Mpa，最大水平主应力16.09Mpa，最大垂直主应力8.57Mpa。采用8m长锚杆加固围岩等措施整治。 2、兰新二线乌鞘岭隧道 隧道于2005年建成，全长20050m。隧道穿越F4~F7等4条区域性大断层组成的宽大挤压构造带，线路长度为7587m，其中岭脊段志留系板岩夹千枚岩和F7断层泥砾带等软弱围岩发生大变形。岭脊段最大水平收敛达1209mm，最大拱顶下沉367mm，平均累计变形F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几个区段分别为90mm~120mm、300mm~400mm、200mm~400mm、150mm~550mm。最大变形速率F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几个区段分别可达73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/d。165mm/d；F7断带累计变形150~550mm、最大变形速率167mm/d。最大水平主应力约22Mpa。 3、奥地利的陶恩隧道[1] 隧道于1985年建成，全长6400m，最大位移速度20cm/d，最大变形量120cm，围岩为绿泥石、绢云母千枚岩，地应力16~27Mpa。采用6~9m长锚杆整治。 4、奥地利的阿尔贝格隧道 隧道于1979年建成，全长13980m，最大变形速度11.5 cm/d，最大变形量70cm，围岩为以千枚岩为主，地应力13Mpa。采用9~12m长锚杆整治。 5、日本的惠那山隧道 隧道于1985年建成，全长8635m，边墙最大变形56cm，拱顶最大下沉93cm，围岩为风化花岗岩组成的断层破碎带，地应力为10~11Mpa。采用9m和13.5m的长锚杆整治。 二、软岩大变形机理研究 1、关于大变形定义的讨论 隧道围岩大变形是软岩地质中常见的一种地质灾害。大变形是一种塑性破坏和塑性流动。20世纪初期以来，国内外许多学者从形成机制、预测方法、防治措施等诸多方面对大变形进行广泛地研究。然而，迄今为止，国内外学术界对大变形的定义、分级、形成机制、位移控制等问题尚未形成统一的认识。 目前工程界和学术界对软岩隧道大变形尚无统一的定义。徐则明从大变形的6个特征对大变形进行了概况描述，何满潮认为软岩的大变形是个塑性大变形，卞国忠从围岩变形量上（变形量>400mm）给大变形做了界定。 2、软岩大变形机理 软岩大变形的成因比较复杂，一般可归为两大类：一是开挖形成应力重分布超过围岩强度而发生塑性化；二是岩石中某些矿物和水反应而发生膨胀。从各个大变形的工程案例上，发生大变形的地段，岩体具有一些共同的特性，如：岩体受区域性构造影响较大，普遍节理很发育，完整性差；岩石的强度和模量较高，同时岩体的强度和模量较低；高地应力环境；隧道内有少量地下水。 ①高地应力对软岩变形的贡献 研究表明，当强度应力比（Rb/σmax）小于0.3~0.5时，即能产生比正常隧道开挖大一倍以
中交第一公路工程局有限公司 建兴高速公路 隧道洞身开挖施工方案 编制： 复核： 审核： 中交一公局海威工程建设有限公司 建兴高速公路项目经理部 2012年11月1日
分部分项施工技术方案审批单 HWGS-JL-07-01 编号：
一．工程概况 1.工程简介 灰窑子隧道位于建昌县灰窑子村附近，呈北东向展布，为两条分离式单行曲线隧道，左线长1000米，右线长1005米，属长隧道，具体桩号位于ZK3+020～K4+020（左线）、K2+985～K3+990段（右线）。 本隧道左、右线两端洞口纵断面均位于凸型竖曲线上，中间段均位于直线段上；左线洞身直坡段纵坡-2.05%,．右线洞身直坡段纵坡为-2.06%。隧道最大埋深约112m。 2.气象水文及区域地质构造 项目区属半干旱大陆性气候带，夏季炎热，冬季寒冷，风沙干旱，雨量很少。多年平均降水量450～591mm，约有70%集中在六月至八月，多年平均蒸发量1512.4～929.3mm。年平均气温8.3～9.2℃，极端最高气温40.8～43.3℃，极端最低气温-27.5～29.5℃，最冷月为1月，最冷月平均气温-9.8℃，年平均风速2.2-2.6m/s，无霜期140天左右，标准冻深为1.2m。经地表调绘及钻探，隧道区未发现
地下水。 区域地层：隧道区地层岩性主要为第四系全新统冲洪枳碎石、块石，白垩系义县组凝灰岩，火山角砾岩及安山岩。 区域构造：设计带处于阴山纬向构造体系中、东段与大兴安岭太行山新华夏构造体系东缘的交接部位，地质构造十分复杂，按构造体系可分为东西向构造、北东向构造、北北东向构造、南北向构造。受构造影响，区内断裂较为发育，以东西向和北东向断裂为主。据区域断裂位置可知，设计带中断层F28从隧道区K3+500～K4+000右侧沟谷中通过。其性质不明，走向北55～75度东，断层西侧为白垩系义县组地层，东侧为蓟县系雾迷山组地层。 3.施工平面布置图 灰窑子隧道进口平面布置图
隧道开挖方法总结 1、全断面法 全断面开挖法是指将整个隧道开挖断面一次钻孔、一次爆破成型、一次初期支护到位的隧道开挖方法。全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序使用移动式钻孔台车或多功能台架，全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车退后至安全地点再起爆，一次爆破成型，出碴后对整个开挖轮廓进行初喷，钻孔台车或多功能台架再推移到开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时，利用支护台架全断面施作剩余初期支护工作。 由于全断面法一次开挖成形，开挖跨度较大，高度较高，隧道周边围岩出现更大范嗣的塑性化和更大的变形，隧道拱脚和墙脚处的应力集中更严重，隧道拱顶更不稳定。对于硬岩隧道，由于其自身强度一般比较高，所以围岩自身强度并小是影响隧道稳定与安全的决定因素。但对于软岩隧道，由于其自身强度一般偏低，往往成为影响隧道稳定与安全的控制因素。对于按照《铁路隧道围岩分级削定标准》判定的围岩等级，在确定隧道开挖力方法时成允分考虑围岩自身强度。硬岩隧道可通过采取超前铺杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进超前预加固，从而提高围岩的整体性，而对于软岩隧道，各种超前预加固措施对围岩自身强度提高幅度有限。 综合上述各种因素考虑，结合以往类似工程施工经验，对于高速铁路大断面隧道，全断面法主要适用于非浅埋I～Ⅲ级硬岩地层和IV～Vl级软柑地层。当隧道处于非浅埋Ⅳ级硬岩地层时，在采取超前锚杆、超前小管棚、超丽预注浆等辅助施工措施加固后，也可采用全断面法施工，但应根据具体围岩情况适当缩短开挖进尺。浅埋段、偏压段和洞口段不适宜采用全断面开挖全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套施工机械，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理，较分部开挖法减少了爆破震动次数。但由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大，每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。 2、台阶法
隧道开挖施工方法 一、全断面施工 Ⅱ级围岩整体性较好，采用全断面光面爆破开挖（开挖顺序见II围岩开挖示意图），锚喷初期支护，采用凿岩机钻孔，Ⅱ级围岩开挖进尺3.5m。出渣采用装载机或挖掘装载机装渣，采用带废气净化装置的自卸汽车运渣。全断面液压衬砌钢模台车衬砌。 全断面法施工工艺见“Ⅱ级围岩全断面法施工工艺流程图”。 Ⅱ级围岩全断面法施工工艺流程图 二、台阶法施工 Ⅲ级围岩采用台阶法开挖，台阶法施工将断面分为上下两部分（见III级围岩开挖示意图）。上台阶长度30m，下台阶长度为10m，为了保证开挖轮廓圆顺、准确，维护围岩自身承载能力，减少对围岩的扰动，拱部及边墙采用光面爆破。上台阶断面采用简易工作台架、YT28风钻钻孔；下台阶断面采用 凿岩机钻孔，Ⅲ级围岩开挖进尺3.1m。
采用装载机装渣，自卸汽车运渣。全断面液压衬砌钢模台车衬砌。 台阶法施工工艺见“台阶法施工工艺流程图”。 台阶法施工工艺流程图 三、台阶法施工 Ⅳ级围岩采用三台阶法开挖，台阶法施工将断面分为上中下三部分（见Ⅳ级围岩开挖示意图）。上台阶长度5m，中台阶长度6m，下台阶长度为6m，为了保证开挖轮廓圆顺、准确，维护围岩自身承载能力，减少对围岩的扰动， 拱部及边墙采用光面爆破。上台阶采用简易工作台架、YT28风钻钻孔；Ⅳ级围岩开挖进尺2.1m。 采用挖掘机装渣，自卸汽车运渣。全断面液压衬砌钢模台车衬砌。
三台阶开挖法施工工艺流程图 三、大拱脚台阶法施工 V级围岩地段采用大拱脚台阶开挖法施工，尽量采用人工风镐配合长臂挖掘机开挖，侧翻式挖掘机装碴，自卸汽车运输。必要时采用微振动爆破，YT28风钻钻眼，非电毫秒雷管起爆，每循环进尺0.8m。
铁路隧道施工方法及选择
隧道全断面法施工月掘进速度表4一13 单口月成洞在100米以上的隧道表
单口月成洞在100米以上的隧道表表4—14 注:以上各隧道均无横洞、斜井与竖井。
浅埋隧道常用施工方法的适用条件及特点 施工方法台阶法中隔墙法(CD) 交叉中隔墙法(CRD) 大管棚法双侧壁导洞法(眼镜工法) 示意图 适用条件 适用于较好地层的中小 型断面 适用于软弱地 层的中小型断面 适用于软弱地层且地面 沉降控制严格的中型断 面 适用于软弱地层的中 小型断面,尤其就是短 隧道,如穿越铁路、公 路 适用于软弱地层的大中 型断面,尤其就是地面沉 降控制严格的大型断面 特点施工方便,速度较快,可 增设临时仰拱与锁脚锚 杆,对控制下沉有利 施工方便,速度 较快,对控制地 面沉降有利 施工复杂,速度慢,有利 于控制地面沉降,但成本 较高 适用性强,结构形式 简单,有利于控制沉 降,但技术要求高 施工复杂,速度慢,有利 于控制地面沉降,但成本 较高
浅埋暗挖法修建隧道及地下工程主要开挖方法 重要指标比较 施工方法示意图 初期支护 造价 适用条件沉降工期防水 拆除量 1、全断面法 地层好,跨度≤8m 一般最短好无低 2、正台阶法 地层较差,跨度≤12m 一般短好无低 3、上半断面临时封 闭正台阶法地层差,跨度≤12m 一般短好小低 3、正台阶环形开挖 法地层差,跨度≤12m 一般短好无低 4、单侧壁导坑正台 阶法地层差,跨度≤14m 较大较短好小低 5、中隔墙法 (CD工法) 地层差,跨度≤18m 较大较短好小偏高 6、交叉中隔墙法 (CRD工法) 地层差,跨度≤20m 较小长好大高 7、双侧壁导坑法 小跨度,连续使用可扩成大 (眼镜工法) 大长效果差大偏高 跨度 8、中洞法 小跨度,连续使用可扩成大 小长效果差大较高 跨度 9、侧洞法 小跨度,连续使用可扩 大长效果差大高 成大跨度 10、柱洞法 多层多跨大长效果差大高 11、盖挖逆筑法 多跨小短效果好小低
高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案
八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与 软岩大变形专项方案 一、工程概况 1、概况 城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。 城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。 八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。属特长隧道。其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。 2、地形地貌 八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。 隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相
对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。 3、工程地质 八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。由洞口向洞身地质条件依次为: （1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。角砾状结构、岩溶发育。 （2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形及小塌方，进而发展为中～大塌方，有明显的塑性流动变形和挤压破坏；构成V级围岩的地层岩性以页岩、炭质页岩、泥质粉砂岩为主，呈薄～中厚层状。岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5米或更小时，可稳定数日。 （3）不良地质： ①岩溶 八台山隧道主洞K46+560～K47+990段、避难通道K46+560～ K47+990段为富水地段且岩溶特别发育，极易发生突水、突泥情况。 ②煤层、煤线与瓦斯 隧道穿越二叠系上统吴家坪组含煤地层，该区域煤层厚0.3～
软岩大变形 软岩大变形问题从20世纪60年代就作为世界性难题被提了出来，在地下工程的建设过程中，软岩问题一直是困扰工程建设和运营的重大难题之一。特别是“九五”期间，我国10个能源建设基地有8个都相继出现了软岩问题，造成多对矿井的停产建设。每年有大量的隧洞在软弱围岩中开挖，随着开挖深度的增加，软岩问题愈趋严重，直接影响着工程安全以及人身安全。随着人类工程活动的不断增强， 软岩隧洞系指塑性大变形工程岩体有关的岩体工程，而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程软岩的定义不仅重视软岩的强度特征，而且强调软岩所承受的工程力荷载的大小，强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。 1.软岩大变形破坏特征 软岩隧洞的大变形破坏特征不仅受围岩的力学性质影响，而且受隧洞所处的地应力环境和工程因素控制。我国许多煤矿在采深不大的情况下，坑道的变形破坏并不强烈，常规支护即可维护隧洞稳定。加大采深后，这些煤矿坑道额稳定性降低，变形破坏趋于强烈，常规支护难以维护坑道稳定，因此，软岩隧洞的变形破坏特征受多种因素控制。一般来说，软岩隧洞的破坏具有以下特征： (1) 变形破坏方式多 除一般隧洞中常见的变形破坏方式拱顶下沉、坍塌外，还有片帮和底鼓、底围隆破，隧洞表现出强烈的整体收敛和破坏。变形破坏表现的形式既有结构面控制，又有应力控制型，尤以应力控制型为主。 (2) 变形量大 拱顶下沉大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入在20~80cm之间，底鼓非常强烈，在常规无仰拱支护的情况下，强烈的底鼓往往将整个隧洞封闭。 (3) 变形速度高 软岩隧洞初期收敛速度可以达到3cm/d，即使施作了常规锚喷支护以后，软岩隧洞的收敛速度依然很高，可达2cm/d，而且其变形收敛速度降低缓慢，因此，在不长的时间内其变形收敛就很大，多则一年，少则几个月就将隧洞封闭。 (4) 持续时间长 由于软岩具有强烈的流变性和低强度，因此，软岩隧洞开挖以后，围岩的应力重分布持续时间很长，软岩隧洞变形破坏持续很长时间，往往长达1~2年。 (5) 因位置而异
目录 一.工程概况 (1) 二.施工方案 (1) 1．施工参数 (1) 2．施工方法 (2) 3．施工注意事项 (7) 三.人员机械组织 (8) 1.机械设备 (8) 2.劳动力组织 (9) 四.质量控制 (9) 1.质量控制标准 (9) 2.质量检测 (10) 3.质量保证措施 (10) 五.安全、环保措施 (12) 1.安全保证措施 (12) 2.环保措施 (12)
CD法开挖施工方案 一.工程概况 马家坡隧道出口位于渭源县七圣乡境内，隧道起讫里程DK116+137～DK119+052，全长2915米，为双线隧道，洞内线路为-0.3%、-1.28%、-1.3%、-1.28%的单面下坡，隧道除洞身DK115+303.216～DK117+329.375两段位于直线上外，其余均位于R=4500米的曲线上。由于马家坡隧道出口处于浅埋段，在目前施工中围岩级别较差导致在施工过程中围岩变形较大，拱顶下沉最大值达到 1.6m，因此经建设单位、设计单位、监理单位、施工单位现场勘查后 将从目前掌子面DK118+649至DK118+629由原设计开挖工法大拱脚加临时仰拱法变更为CD法。 二.施工方案 CD法又称中隔壁法，用于浅埋及比较软弱地层中，而且是大断面隧道的开挖。CD法是在用钢支撑和喷射混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法，是在地质条件要求分部开挖及时封闭的条件下采用。CD法适用于双线Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级围岩隧道，地质条件困难，围岩软弱，覆盖层薄，含水量大，基底承载力低等条件。采用CD法开挖，减小软弱围岩隧道及大跨度隧道分部开挖跨度和开挖高度，通过增加中壁墙等临时支护构件，形成分部开挖初期支护快速封闭环，使分部开挖环环相扣，最后完成全部断面开挖与初期支护 1．施工参数 ①超前支护：拱部采用双排小导管超前预支护，并注水泥浆。
1.1.1盾构法 盾构法是在地表以下的土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。自1818年法国工程师Brunel发明盾构法以来，经过100多年的应用与发展，从气压盾构到泥水加压盾构以及后出现的土压平衡盾构，已经使盾构法能适用于大多数水文地质条件下的施工，无论坚硬还是松软或者有无地下水的暗挖隧道工程都可以采用此方法施工。 盾构法之所以被广泛应用于现代城市地下工程中，除了发展的客观需要外，还以为其具备几点优越性： A.施工安全。在设备的掩护下掘进，可以起到稳定开挖和支护土层的作用。 B.开挖方式（暗挖）。该方法在施工时基本不影响地面交通，在城市交通繁忙或城市中心地段采用该方法有明显优势。 C.对外界环境干扰小。可通过监控量测及时控制地表沉降，对周围环境影响小，不会扰民。 1.1.2明挖法 明挖法是先从地面向下开挖基坑或者沟壕至设计高程，再在开挖好的既定位置修筑地下结构，最后在修建好的地下结构周围及其上部回填，并将地面恢复成原貌的一种地下工程施工方法。 明挖法施工技术简单、快速、经济，所以经常被首先考虑。明挖法施工顺序一般可分为4步： 1.1.3新奥法 新奥法是浅埋暗挖法的一种，是由奥地利学者1948年最早提出来的。其开挖作业强调尽量减少对围岩的扰动，对完全的土质隧道可以采用机械或人工挖掘，对石质隧道多采用爆破开挖，在支护手段的选择上则是该施工方法的关键之所在，一般采用喷射混凝土和锚杆作为初期支护，把喷锚衬砌和围岩看做是一个相互作用的整体，既可以发挥围岩的自承能力，又可以使喷锚衬砌起到加固围岩的作用。
本设计题目为“成都地铁二号线羊西二环站--白果林站区间隧道设计”，结合近年来我国大规模开展城市地下工程建设的情况，在大多数城市已完成的地下工程中，由于受到施工场地，道路交通等城市环境因素的影响，使得传统的隧道施工方法很难具有普适性。在这样的前提下，对城市影响较小的施工方法即盾构法得到了大多数施工单位的青睐，在修建地铁中得到了广泛应用。 1.3盾构机型确定 1.3.1国内外盾构机发展现状 最初的盾构机是手掘式与机械开挖式。经过多年的研究，现在已经进化为土压平衡式和水压平衡式两种。目前，我国大多数城市修建地铁都采用盾构法修建，如上海地铁采用泥水盾构，广州地铁采用土、气压平衡的新型复合式盾构机。在南京、北京、深圳几座城市，根据不同的水文地质条件进行相应改变，盾构法也都取得成功。 1.3.2盾构机的基本构造与分类及适用条件 盾构壳体除为了满足特殊开挖断面外一般为钢制圆筒体。圆形有利于承受地压。盾构壳体由切口环、支撑环和盾尾三部分组成。 切口环位于盾构机的最前端，施工时负责切入地层掩护开挖作业。切口环前端制成刃口，以减少切土时的阻力和对地层的扰动，切口环的长度取决于工作面的支撑形式、开挖方法及人员活动和挖土机所需要的空间等因素。 支撑环位于盾构中部，为一具有较强刚性的圆环结构。所有地层的土压力、千斤顶的支撑力切口、盾尾、衬砌拼装的施工荷载均传递到支撑环并由其承担。 盾尾一般由盾构外壳钢板延伸构成，主要用于掩护隧道衬砌的安装工作。为了防止水，土及压浆材料由盾尾与衬砌之间的间隙进入盾构，盾尾末端设有密封装置。 盾构机还包含有推进系统和衬砌拼装系统，都是盾构机的重要组成部分。 盾构的形式比较多，其分类方法也比较多。以人工、机械等挖掘方式可分为手掘式和机械式。以工作面的档土形式可分为敞开式和密闭式。每一类盾构都有自己的特点，适用于不同的地层条件和不同的开挖环境，每个城市都应该结合自身水文地质条件，选择最合适性价比最高的盾构机型。盾构机型具体分类方式如
软岩大变形隧道初期支护钢拱架纵向锁定工法 1 前言 兴源隧道位于黑龙江省穆棱市兴源镇境内，起讫里程DK409+090～DK412+517，全长3427m，为双线隧道。隧道所处地质条件十分复杂，有断层、软岩破碎带等不良地质体存在，在隧道施工过程中，由于地质条件的影响，工程的掘进速度受到一定的影响；能否通过厚度较大的软岩断层破碎带，对于初期支护结构的变形控制提出了很高的要求。由中铁二十二局、兰州交通大学等合作单位针对该项目难点成立专门的课题研讨组，形成了一种新型的初期支护中钢拱架纵向连接结构，改变以往连接筋的受力偏弱的状态，提高钢拱架的抗扭性能，从而增强初期支护对围岩变形的约束能力的研究成果。经过鉴定达到了国内领先水平，形成了一系列关键施工技术，申请了一项实用型专利（软岩隧道大变形控制初期支护中钢拱架纵向连接结构），并结合施工工艺、组织管理等，编写了《软岩大变形隧道初期支护钢拱架纵向锁定工法》。 2 工法特点 2.0.1采用这种新型的软岩隧道大变形控制初期支护中钢拱架纵向连接结构，增大了纵向连接构件与钢拱架腹板焊接的有效面积，提高了相邻两榀钢拱架之间的纵向连接能力，增加了钢拱架体系的抗扭能力和整体稳定性，使隧道初期支护对围岩变形的约束能力有了较大的提高。 2.0.2 能有效地控制围岩变形，与围岩形成一个整体，充分发挥围岩的自承能力。 2.0.3能应用量测监控等信息化管理方法指导施工，使整个施工过程均处于受控状态。 2.0.4 施工作业简便，不需用特殊的施工机械和设备。 2.0.5 适用于各种不同的软弱围岩地层，适用范围广。 3 适用范围 本工法适用于各类在初期支护中配置钢拱架的软弱破碎围岩隧道施工，也适用于其它类似的地下工程。 4 工艺原理 通过采用14a号槽钢代替Φ22或Φ25螺纹钢筋进行初期支护中钢拱架的纵向连接，增加了焊接有效面积，加强了钢拱架的纵向连接，提高了初期支护中钢拱架的整体抗扭能力，增加了钢拱架的整体稳定性，提高了隧道初期支护对围岩变形的约束能力，有效的抑制了围岩的变形。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺 参见图5.1.1-1和图5.1.1-2，本实用新型是软岩隧道大变形控制初期支护中钢拱架纵向连接结构，包括钢拱架（1）、钢拱架（2）、纵向连接槽钢（3），其特征在于：采用槽钢（3）将钢拱架（1）和钢拱架（2）沿着环向相隔一定距离在纵向连接在一起，纵向连接槽钢（3）的两端分别焊接在钢拱架（1）和钢拱架（2）
高地应力软岩大变形隧道施工技术 中铁十四局集团第四工程有限公司石贞峰 摘要：堡镇隧道为宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一，也是全线施工难度最大的隧道之一。堡镇隧道围岩属于高地应力软岩，在施工中发生高地应力软岩大变形。结合 软岩的岩性分析情况，采用科研引导、稳扎稳打的方针，制定了详细的施工方案，在施工过程中探索、研究出了控制软岩大变形的施工技术。 关键词：堡镇隧道高地应力软岩大变形施工技术 1 工程概况 堡镇隧道左线全长11565m，右线全长11599m，线间距30m, 右线初期设计为平导，作为左线辅助施工通道，后期再将平导扩挖形成右线隧道。是宜万铁路第二长隧、七大控制工程之一，也是全线唯一的高地应力软岩长隧。十四局承担左线进口段5641m、右线进口段5622m的施工任务。 隧道穿越岩层主要为粉砂质页岩、泥质页岩，呈灰黑色，多软弱泥质夹层带，白色云母夹层，强度极低。大部分页岩呈薄层状，层厚3～10cm，分层清晰,产状扭曲，挤压现象明显，岩体破碎，强度很低，手捏呈粉末状，遇水膨胀；顺层发育，有光滑顺层面，层间多夹软泥质夹层，节理、层理发育、切割严重，围岩整体性很差，隧道左边拱存在顺层软弱面，右侧边墙有楔形掉块，爆破后滑坍、掉块严重。根据国标《工程岩体分级标准》，该区属高应力区，产生大的位移和变形。洞内初期支护局部开裂，顺层坍塌，节理发育，软岩变形等，凡专家预测的复杂地质均已出现。在施工中发生多次高地应力作用下较大变形中，仅8#横通道处拱顶沉降最大就达15cm，收敛32.5cm，超过预留变形量，并侵入二次衬砌。 2 施工方案 针对高地应力软岩大变形的特点，我们制定了“超前支护、初支加强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的整治原则和总体方案，配合平导超前等辅助方案较好的解决了此项难题。 2.1 总体方案介绍 (1)采用超前小导管支护，开挖后及时封闭围岩；加强初期支护的刚度，采用型钢拱架封闭成环；为达到稳固围岩的目的，系统锚杆采用中空注浆锚杆加固地层，锚杆长度应稍大于塑性区的厚度。 (2)加大预留变形量。为了防止喷层变形后侵入二次衬砌的净空，开挖时即加大预留变形量，另外采取了不均衡预留变形量技术。 (3)施工支护采用“先柔后刚，先放后抗、刚柔并济”原则，使初期支护能适应大变形的特点。 (4)及时封闭仰拱、特别是仰拱初支，是减小变形、提高围岩稳定性的措施之一；另外加大仰拱厚度，增大仰拱曲率，也有利于改善受力状况。 (5)改善隧道结构形状，加大边墙曲率，根据围岩实际和监控量测数据，采用受力结构最为合理的“鸭蛋”型断面；改善结构另一措施是提高二次衬砌的刚度，即加大二次衬砌厚
八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与 软岩大变形专项方案 一、工程概况 1、概况 城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。 城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。 八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。属特长隧道。其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。 2、地形地貌 八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。 隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相
对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。 3、工程地质 八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。由洞口向洞身地质条件依次为: （1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。角砾状结构、岩溶发育。 （2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形及小塌方，进而发展为中～大塌方，有明显的塑性流动变形和挤压破坏；构成V级围岩的地层岩性以页岩、炭质页岩、泥质粉砂岩为主，呈薄～中厚层状。岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5米或更小时，可稳定数日。 （3）不良地质： ①岩溶 八台山隧道主洞K46+560～K47+990段、避难通道K46+560～ K47+990段为富水地段且岩溶特别发育，极易发生突水、突泥情况。 ②煤层、煤线与瓦斯 隧道穿越二叠系上统吴家坪组含煤地层，该区域煤层厚0.3～
2016（市政）图解隧道工程开挖方法的选择 图解隧道工程开挖方法的选择 初次接触隧道工程，感触颇深，在从事隧道试验检测工作的同时，我更多的时间是向优秀的工程师们学习具体的现场施工经验，在学校读书的时候老师也是大概的讲解了一下，而更多的东西还要靠自己去领悟，去学习。自己总结了隧道工程的一些开挖方法，加上具体的现场施工逐渐的了解了隧道的施工工序及技术要求。 在当前的施工实践中，从施工造价及施工速度考虑，施工方法的选择顺序为：全断面法→台阶法→环形开挖留核心土法→中隔壁法（CD 法)→交叉中壁法（CRD法）→双侧壁导坑法；从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。如何正确选择，应根据实际情况综合考虑，但必须符合安全、快速、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。 1、全断面开挖法 全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。 适用条件： (1)I~IV级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。 (2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。 (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lkm，
否则采用大型机械化施工，其经济性较差。 隧道机械化施工，有三条主要作业线，见表 全断面法施工特点 (1)开挖断面与作业空间大、干扰小； (2)有条件充分使用机械，减少人力； (3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件； (4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。
2、台阶法施工 台阶法是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进 的施工方法；按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定： ⑴初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短； ⑵上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。在软弱围岩中应以前一条为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要是考虑如何更好的发挥机械效率，保证施工的经济性，故
表A.0.1 施工组织设计(方案)报审表 监理合同段：DRBRJL-1 施工合同段：DRBRTJ-1 编号：
新建大理至瑞丽铁路保瑞段怒江至龙陵段站前工程土建1标 高黎贡山隧道 软质岩大变形施工方案 编制： 审核： 审批： 中铁十八局集团有限公司 大瑞铁路怒江至龙陵段项目经理部 二〇一四年十月
目录 1．编制依据 (1) 1.1编制依据 (1) 1.2编制范围 (1) 2．工程概况 (1) 3．设计中软质岩大变形段以及相关设计参数 (2) 3.1软质岩大变形段 (2) 3.2.软质岩大变形段衬砌类型及支护措施 (3) 4．综合分析 (3) 5．施工方法及处理方案 (4) 5.1施工方案 (4) 5.2超前地质预报 (6) 5.3开挖施工 (7) 5.4支护结构确定 (8) 5.5仰拱施工 (9) 5.6二次衬砌 (9) 5.7软质岩大变形风险控制 (9) 6施工领导小组的分工及领导干部带班制度 (10) 6.1成立领导小组 (10) 6.2领导小组成员分工 (12) 6.3施工期间领导干部带班制度 (12) 6.4项目部分部巡查制度 (13) 6.5险情上报制度 (13) 7.隧道工程软质岩大变形应急预案 (13) 7.1应急物资与装备保障 (13) 7.2应急预案 (14)
7.3应急逃生预案 (14)
高黎贡山隧道进口软质岩大变形专项施工方案1．编制依据 1.1 编制依据 1.国家法律、法规和原铁道部规章制度； 2.国家对本项目的批复文件； 3.本项目采用的标准、规范、规程等； 4.科学研究及试验成果； 5.云桂公司编制的指导性施工组织设计、招标文件以及本单位的投标文件等。 6.怒江至龙陵段DRBRTJ-1标实施性组织设计，高黎贡山隧道实施性施工组织设计； 7.高黎贡山隧道施工图及相关参考标准图； 8.云桂公司隧道风险管理相关文件； 9.新建大瑞铁路怒江至龙岭段DRBRTJ-1标段风险管理实施细则； 10.我单位实地核对资料、施工能力、类似工程施工工法及为完成本工程拟投入的管理、专业技术人员、机械设备等资源。 1.2 编制范围 编制范围为高黎贡山隧道进口正洞、平导，正洞起止里程D1K192+302～D1K198+193，平导PDK192+245～PDK197+840。软质岩大变形高风险施工段。 2．工程概况 高黎贡山隧道全长34586.468米，其中进口正洞全长5891m，全隧道均位于直线上。D1K192+302～D1K198+337为三线隧道，D1K192+337～D1K192+800