隧道的開挖方式精選(九篇)
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第1篇：隧道的開挖方式范文
Abstract: Loess tunnel is a common style in highway construction of Shanbei region. Due to its unique characteristics of loess geological surrounding rock, how to select the excavation supporting method in the construction will directly influence the engineering quality and construction economic benefits. This paper summarizes two different excavation supporting construction methods.
Key words: loess tunnel; excavation supporting; construction
中圖分類號：U45 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）
1 前言
黃土隧道是我國西北地區(qū)高速公路施工中常見的一種隧道類型，在陜西北部黃土高原及山西等地分布較為廣泛。黃土隧道由其獨特的地質(zhì)圍巖特點，施工中采用不同的開挖支護方式將直接影響工程施工質(zhì)量及工程經(jīng)濟效益。下面以作者施工的青蘭高速陜西境某標段黃土隧道為例，對兩種不同的開挖支護施工方式進行總結(jié)分析。
2 工程概況
吉家村隧道為左右分離式隧道，單洞凈寬10.25米，凈高7.0米，建筑限界高度5.0米。隧道左線全長2550m，右線全長2440m，隧道平面進口位于圓曲線上，出口位于直線上。該隧道屬于黃土深埋隧道，其穿越黃土塬面區(qū)，最大埋深145～154m，且隧道埋深在地下水位以下，以V級圍巖為主，隧道工程地質(zhì)問題主要表現(xiàn)為黃土陷穴、落水洞、濕陷性黃土、膨脹土、滑坡、崩塌及隧道淺埋段穩(wěn)定問題等。設(shè)計主要采用復(fù)合式襯砌，按“新奧法原理”，施工中嚴格遵循“短進尺、少擾動、強支護、嚴治水、勤量測、早封閉”的施工原則，緊湊施工工序，精心組織施工。
3 兩種開挖支護施工方式詳解
根據(jù)本隧道設(shè)計圖紙及實際圍巖情況，結(jié)合工程施工進度，施工中先后采用了兩種不同的開挖支護施工方式，分別為“三臺階七步流水施工法”及“兩臺階預(yù)留核心土法”。兩種均采用機械開挖為主、人工開挖為輔的方式進行施工。
下面分別就兩種不同的開挖施工作詳細敘述，總結(jié)兩種施工方式的優(yōu)缺點以供施工參考。
3.1 三臺階七步流水施工法
施工中，將隧道整體斷面由上至下劃分為四個層次，隧道拱腳以上為上、中、下三臺階，拱腳至隧底為仰拱部分，施工順序按照由上而下，左右交錯分臺階開挖支護的方式進行。
首先開挖上臺階拱頂部分，對該部分進行初期支護施工，一般采用鋼拱架及錨桿、鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土襯砌。上臺階開挖高度由拱頂往下約1.5m~~2.0m，以滿足人員操作平臺空間。上臺階掘進5m左右，然后組織中部邊墻跟進開挖支護，按左右順序錯開施工。上、階依次在縱向拉開距離，再跟進下臺階左右邊墻開挖支護施工，拱架支護至拱腳。最后再進行仰拱開挖支護、整個斷面封閉成環(huán)，隧道斷面形成穩(wěn)固的環(huán)狀初支結(jié)構(gòu)。
施工步序圖如下：
圖一：上中下“三臺階七步流水施工法”施工步序圖
3.2 兩臺階預(yù)留核心土法
按該方法施工，隧道拱腳以上總體為上、下兩個臺階，拱腳至隧底為仰拱部分，施工順序仍按照由上而下的順序進行，但在上臺階開挖時，先對隧道環(huán)向部分進行開挖支護施工，預(yù)留掌子面前核心土，核心土預(yù)留不宜過大，環(huán)狀開挖部分寬度約1m，以便于進行挖掘機操作施工，減少人工開挖量。待環(huán)向施工支護完畢，再行挖除核心土，然后分左右邊墻交替開挖支護施工。最后進行仰拱開挖，封閉成環(huán)施工。
施工步序圖如下：
圖二：上下“兩臺階預(yù)留核心土法”施工步序圖
3.3兩種施工方式的異同點分析
這兩種不同的方式，經(jīng)實際應(yīng)用，均能夠有效滿足黃土隧道開挖支護施工需要。其共同的特點是均以機械開挖為主、人工配合為輔的方式進行施工，隧道拱腳以上2~3m范圍的邊墻開挖支護及隧底仰拱開挖支護中，兩種施工方式基本相同。其顯著的不同點在于隧道上半斷面的施工。具體到實際施工中有如下幾點：
⑴三臺階施工法，上半斷面按上下分兩個臺階，開挖分兩次進行，拱架支護及噴射混凝土施工需要施作兩個循環(huán)；而預(yù)留核心土法施工，上半斷面按環(huán)向分內(nèi)外兩個層次，開挖分兩次進行，拱架支護及噴射混凝土施工則在環(huán)向土方開挖后一次完成。
⑵三臺階施工中，單次土方開挖量較小，而預(yù)留核心土施工時，由于邊墻一次開挖至拱腳以上約2~3m位置，故環(huán)向開挖土方量較大，開挖難度亦增大。
⑶三臺階拱架支護在上半斷面分三次進行，單次拱架支護難度小，噴射混凝土施工量小，邊墻部分工序循環(huán)次數(shù)相應(yīng)增多；預(yù)留核心土法施工，一次拱架支護周長增加，支護時間長，噴射混凝土量大，但總體循環(huán)次數(shù)僅一次，總體作業(yè)時間較之前者縮短。
⑷三臺階開挖時能將拱頂至拱腰部位及時進行初期支護施工，有利于隧道拱頂范圍的施工安全，但整體看，由于開挖支護循環(huán)次數(shù)的增加，對隧道土體擾動次數(shù)相應(yīng)增加，由邊墻分次開挖引起的拱頂施工沉降量明顯變大，拱架上下難以連接圓順；而預(yù)留核心土法施工，拱架一次支護加大后，能減少開挖支護循環(huán)次數(shù)，同時拱架連接線形易于控制，其垂直度也較前者有較大提高，同時也避免了多次邊墻土體擾動而形成的施工拱頂沉降。故三臺階施工要求的隧道預(yù)留變形量一般情況下明顯大于預(yù)留核心土法的預(yù)留沉降量。
4黃土隧道開挖施工的控制點
在兩種不同的開挖支護施工中，黃土隧道較之一般巖石隧道，控制點關(guān)鍵在于以下三個方面：
5.1充分考慮預(yù)留沉降變形量
黃土隧道因其圍巖軟弱，絕大部分為老黃土，部分為膨脹土，開挖后，圍巖自穩(wěn)能力差，因此容易產(chǎn)生拱頂下沉，同時邊墻向內(nèi)收斂變形等現(xiàn)象。這就要求開挖支護施工中充分考慮預(yù)留沉降變形量，可以采取擴大開挖輪廓線，加大拱架支護半徑的措施來確保后續(xù)二襯施工空間及支護結(jié)構(gòu)尺寸?？紤]沉降變形量主要分兩個部分，一部分是施工開挖時，由于土體擾動，邊墻拱架與拱頂順接的過程中產(chǎn)生的沉降變形；另一部分是初期支護完成后，二襯施工之前，由于隧道山體圍巖本身的自然壓力，向內(nèi)擠壓產(chǎn)生的沉降收斂變形。
在實際施工中，黃土隧道開挖后至二襯施工前的沉降變形量局部能達到30cm，按正常施工工序，開挖后初期支護要及時，二襯與掌子面距離控制盡量在50m以內(nèi)。因此預(yù)留變形量是關(guān)鍵控制點之一。
5.2初期支護拱架鎖腳錨桿施工
在黃土隧道中，拱架支護一般采用剛性的型鋼拱架，確保型鋼拱架支護作用的關(guān)鍵點在于鎖腳錨桿。一般設(shè)計中，鎖腳錨桿與拱架之間連接采用焊接方式。在實際施工中，鎖腳錨桿可以在外露端頭加工成“L型”，將直角彎鉤部分穿過拱架工字鋼腹板。這樣能有效避免因焊接不到位而導致鎖腳錨桿失效，增強拱架的穩(wěn)定性。經(jīng)噴射混凝土施工后，鎖腳錨桿能與鋼拱架形成有效的整體支護體系，控制初期支護變形。
5.2隧道掌子面排水
黃土隧道在開挖過程中，掌子面的排水施工是重要的控制點之一。在含水量較大的地段，需要進行預(yù)排水及開挖后排水。所謂預(yù)排水，即在開挖之前，將掌子面土體中的水通過插入管預(yù)先導出，一般采用鉆孔花鋼管做導流管。
在二襯施工完成前，掌子面及初期支護段，均可能出現(xiàn)不同程度的滲水，甚至形成細流，可以采用集中導排的方式將其及時引入排水溝，排出洞外。嚴格控制因掌子面及拱腳因積水浸泡而導致圍巖松軟、初期支護變形。
5 兩種施工方式的適用范圍
兩種開挖支護方式均能較好地應(yīng)用于黃土隧道施工中，但也存在一定的差別。具體地講，對于圍巖土質(zhì)含水量較小的地段，預(yù)留核心土法施工既能確保施工安全質(zhì)量，又能減少邊墻支護次數(shù)，單個工作日內(nèi)施工循環(huán)增加，施工進度比三臺階法明顯加快。但對于穩(wěn)定性較差、且含水量較大的地段，三臺階施工一次開挖范圍小、支護時間短，能更好地確保施工過程中的安全。
在筆者所施工的隧道中，上述兩種施工方式都得到了應(yīng)用。比較來看，在施工組織連貫緊湊的前提下，預(yù)留核心土法日均可作3.5個施工循環(huán)，掌子面月進尺最快能達到100米，而三臺階施工月進尺約90米,。因此預(yù)留核心土法更能縮短工期，提高工程經(jīng)濟效益。
6 結(jié)語
黃土隧道的不同于一般巖石隧道，其最大區(qū)別就在于開挖初支施工，分析上述兩種不同的施工方式，目的在于進一步加深其特點認識，希望有助于同類型隧道施工參考借鑒。
參考文獻：
第2篇：隧道的開挖方式范文
【關(guān)鍵詞】隧道；淺埋段；開挖；支護
中圖分類號： U45 文獻標識碼： A
前言
文章對隧道淺埋段開挖技術(shù)進行了介紹，對隧道淺埋段支護方法進行了闡述，通過分析，并結(jié)合自身實踐經(jīng)驗和相關(guān)理論知識，對隧道淺埋段開挖及支護技術(shù)進行了探討。
二、工程概況 以某段地鐵隧道上一隧道建設(shè)工程洞口進洞方案中的洞口開挖及支護為例，隧道長度屬于中長范圍內(nèi)，具體為1151米。隧道洞頂埋深達16米，隧道洞口地段周圍巖體均屬Ⅱ類，地表土質(zhì)含有碎石土、填筑土和低液限黏土，其厚度約為0.5米至3.5米之間，基巖構(gòu)成主要以凝灰?guī)r為主。強風化帶厚度約在4.8至8.0米范圍內(nèi)，由于網(wǎng)狀風化裂隙發(fā)育原因，巖體體現(xiàn)松散，存在風化裂隙發(fā)育現(xiàn)象，巖體外形結(jié)構(gòu)特點為呈碎、塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性不強。隧道地下水形狀大部分為滴水狀，地質(zhì)條件比較單一。
三、淺埋偏壓段支護施工的總體思路 1、地表加固，防止地表土體順坡溜塌，封閉地表裂隙，防止地表水向洞內(nèi)下滲，坡面設(shè)泄水孔將覆蓋層巖體內(nèi)水引排出去，便于固結(jié)土層，增加穩(wěn)定性。其目的是加固拱腰以上土層，減小（弱）圍巖對洞身結(jié)構(gòu)的偏壓荷載。 2、洞內(nèi)加強支護，提高結(jié)構(gòu)的剛度和抗傾覆能力。 3、進行超前預(yù)支護，減少超挖量，防止掌子面的坍塌。 4、針對圍巖地質(zhì)條件改進開挖方法，盡量減少對圍巖的擾動，縮短工序的循環(huán)時間，盡快閉合初期支護鋼架。減少圍巖變形收斂的幅度，提高初支和圍巖共同受力效應(yīng)。 5、偏壓嚴重地帶采取回填反壓措施，減弱圍巖對結(jié)構(gòu)的偏壓力。
四、隧道淺埋段開挖及支護技術(shù)
隧道開挖要遵循確保最大程度不對圍巖造成擾動前提下選擇符合隧道工程特點的開挖以及挖掘的辦法，并有利挖掘施工的快速進行。即不僅對隧道所處位置的地質(zhì)條件、周圍環(huán)境進行了解，還要對隧道周圍巖石堅硬程度進行掌握，在此基礎(chǔ)上，選擇一種既能適應(yīng)隧道地質(zhì)條件及其變化又有利于挖掘進度推進的開挖以及挖掘方式，并盡量不對隧道周圍巖體造成干擾。隧道開挖方法從廣義上來講指的是開挖成形的方法。開挖方法按照隧道橫斷面分布狀況來看，可以分為臺階開挖法，全面開挖法以及留核心土臺階開挖法等。下面我們將會結(jié)合實際案例，主要對臺階開挖的應(yīng)用進行詳細分析。臺階開挖法指的是，將隧道設(shè)計斷面以上半斷面與下半斷面進行劃分，再一個斷面一個斷面的進行開挖成型。對于III、IV級圍巖并且含軟弱夾層帶或節(jié)理發(fā)育地段采用臺階開挖法最為適宜。
1.支護原理
由于隧道開挖斷面大，洞口處巖體風化十分嚴重，土體松散，洞口開挖面極易發(fā)生坍塌，施工進洞困難。采用大管棚超前支護施工技術(shù)對洞口段堆積體進行注漿固結(jié)然后再開挖，這樣可以有效保證洞口邊仰坡穩(wěn)定，而且使開挖輪廓線外圈形成棚幕和一層殼體，從而大大增加了進洞施工的安全性，確保順利進洞。大管棚超前支護技術(shù)支護原理如下：
注漿管棚通過注漿填充圍巖裂隙，提高圍巖的強度和剛度，從而提高圍巖的整體承載能力。通過向圍巖注漿形成的加固圈起到“承載拱”的作用，支承“承載拱”上部的巖層重量，使拱內(nèi)部的圍巖與支護系統(tǒng)處于免壓狀態(tài)，拱內(nèi)部的圍巖與支護系統(tǒng)受到的力僅是由于拱向隧道方向的變形引起的形變壓力，當管棚為慣性力矩較大的厚壁鋼管，且沿隧道開挖輪廓線周密布置時，加固圈的變形較小，因此，隧道支護結(jié)構(gòu)所承受的上部荷載大大減小。另外，在管棚進口端加套拱基礎(chǔ)，另一端深入到隧道圍巖較為完整、堅硬處，這樣可以對上部的破碎軟弱圍巖形成一個穩(wěn)定的“簡支梁”支撐結(jié)構(gòu)，此簡支梁可承受上部松動壓力或者傳遞上部荷載的作用。
2.隧道開挖 隧道開挖的基本原則是在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖的擾動的前提條件下，選擇恰當?shù)拈_挖方法和掘進方式，并應(yīng)盡量提高掘進速度。即在選擇開挖方法和掘進方式時，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式另一方面應(yīng)考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅硬程度，選擇能快速掘進，并能減少對圍巖的擾動的方法和方式。隧道開挖方法實際上是指開挖成形方法。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺階開挖法、留核心土臺階開挖法、分部開挖法等。臺階開挖法，一般是將設(shè)計斷面分上半斷面和下半斷面兩次開挖成型，也有采用臺階上部弧形導坑超前開挖的。臺階法適用于III，IV級圍巖且含軟弱夾層帶或節(jié)理發(fā)育地段。根據(jù)圍巖的破碎程度，臺階法又可分為長臺階法、短臺階法、超短臺階法。分部開挖法是將隧道斷面分部開挖逐步成型，且一般將某部超前開挖，故可稱為導坑超前開挖法。常用的有上下導坑超前開挖法、上導坑超前開挖法、單（雙）側(cè)壁導坑超前開挖法等。
3.隧道支護隧道支護方法有很多，包括錨桿支護、鋼支撐、注漿導管超前支護以及管棚超前支護等，本文主要研究注漿導管超前支護以及管棚超前支護兩種方法。 （1）隧道淺埋段注漿導管超前支護。在超前支護方法上，超前注漿導管與超前錨桿的施工原理以及作用基本相似，其原理可以分為三種，即聯(lián)結(jié)、組合以及整體加固原理；而被灌入地層的漿液將以滲透、填充以及密擠的方式擠走巖石縫隙中的土顆粒以及空氣后而充實巖石縫隙，將原本疏松的土粒膠凝結(jié)形成一個完整的整體，經(jīng)一定時間后原本松散的巖體將變得更加堅固，形成剛度更大、防水性能好的土層加固圈，從而增強了巖土體的穩(wěn)定性。 （2）隧道淺埋段管棚超前支護。管棚施工方法適宜應(yīng)用于較難成拱的巖土體地層。其指的是在對隧道進行開挖之前，在掌子面前方地層里將漿液注入并冷凍，隨后將鋼管、錨桿、鋼板等打入，使拱形連續(xù)體于隧道橫斷面上形成，并對開挖面前面地層起到加固作用，同時通過其自身支撐力為前方土體的穩(wěn)定性提供保障，降低地表沉降量的技術(shù)的總稱。通過相關(guān)研究證明，圍巖注漿加固對其強度以及變模量具有提高的作用，從基本上對圍巖的變形進行改善。
(3)錨桿支護 在巖土體中打入錨桿，能約束巖土體的變形，并通過向圍巖施加壓力，使原來處于二軸應(yīng)力狀態(tài)的洞室內(nèi)表面的圍巖保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，從而阻止了圍巖體剛度的惡化，尤其是松動區(qū)內(nèi)圍巖的剛度。通過在巖土體中的系統(tǒng)錨桿的作用，在巖土體中形成了被約束變形的巖土體加固圈，形成了能夠承受外部荷載的巖土體承載拱，與巖土體共同承受外部荷載，增強了巖土體的穩(wěn)定性。
結(jié)束語
隧道淺埋段開挖及支護施工時一個非常復(fù)雜的工程，要求對于施工中的一些細節(jié)問題有良好的處理，不然將會讓工程質(zhì)量大打折扣，需要施工人員重點注意。
參考文獻
第3篇：隧道的開挖方式范文
關(guān)鍵詞：隧道；開挖；臺階法；錨桿；超前管棚支護
Abstract: the highway tunnel is under complicated geological conditions of engineering, it is formed by natural geological condition such as ground stress, geological and physical parameters, such as groundwater, fault factors and artificial excavation operation such as excavation method, supporting way, has great influence on such factors as supporting time. Because the tunnel geological environment is different, the stability of surrounding rock characteristic is different also, therefore supporting ways and that should be adopted in the excavation way also is different. This article first introduces several methods of tunnel construction, and then, with emphasis on the new Austrian method, discussed in detail the construction technology in tunnel excavation and the supporting points.
Key words: tunnel; The excavation; The steps; Anchor; The pipe roof support in advance
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
常用的隧道施工方法
（一）礦山法
凡采用一般開挖地下坑道方法修筑隧道的都稱為礦山法。礦山法施工的基本原則是：少擾動、早支撐、恒撤換、快襯砌。其基本施工方法有漏斗棚架法、反臺階法、正臺階法、全斷面開挖法、上下導坑先拱后墻法、下導坑先導后墻法、品字形導坑先拱后墻法、側(cè)壁導坑法。
（二）盾構(gòu)法
盾構(gòu)法，是以盾構(gòu)這種施工機械在地面以下開挖隧道的施工方法，盾構(gòu)是一個既可以承受地層的壓力，又可以在地層中推進的活動鋼筒。它能夠一次成型，減少對圍巖體的重復(fù)擾動，全過程可實現(xiàn)機械化。
（三）新奧法
新奧法，即新奧地利隧道施工方法的簡稱，新奧法概念是奧地利學者于20世紀50年代提出的，它是以隧道工程經(jīng)驗和巖體力學的理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的一種施工方法，經(jīng)過一些國家的許多實踐和理論研究，于60年代取得專利權(quán)并正式命名。新奧法施工的基本原則是: 少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉。
本文將主要探討新奧法隧道開挖及支護施工技術(shù)。
高速公路隧道開挖的施工技術(shù)
隧道開挖的基本原則是在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖的擾動的前提條件下，選擇恰當?shù)拈_挖方法和掘進方式，并應(yīng)盡量提高掘進速度。即在選擇開挖方法和掘進方式時，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式另一方面應(yīng)考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅硬程度，選擇能快速掘進，并能減少對圍巖的擾動的方法和方式。采用新奧法，隧道開挖有以下幾種方式：
（一）全斷面開挖法
全斷面開挖法是按設(shè)計斷面將隧道一次開挖成型，再施作做襯砌的施工方法。其施工工藝流程見圖1。
圖1全斷面法施工流程圖
施工中應(yīng)注意以下要點：
1、施工時應(yīng)配備鉆孔臺車或臺架及高效率裝運機械設(shè)備，以盡量縮短循環(huán)時間，各道工序應(yīng)盡可能平行交叉作業(yè)，提高施工進度。
2、使用鉆孔臺車宜采用深孔鉆爆，以提高開挖進尺。
3、初期支護應(yīng)嚴格按照設(shè)計及時施做。
4、為控制超欠挖，提高爆破效果，有條件時可采用導洞超前的方法進行全斷面開挖。
（二）臺階法
臺階開挖法，一般是將設(shè)計斷面分上半斷面和下半斷面兩次開挖成型，也有采用臺階上部弧形導坑超前開挖的。臺階法適用于⋯lV級圍巖且含軟弱夾層帶或節(jié)理發(fā)育地段。根據(jù)圍巖的破碎程度，臺階法又可分為長臺階法、短臺階法、超短臺階法。由臺階法變化而來，上臺階超前倍洞跨，主要應(yīng)用在采用短臺階法開挖遇到土質(zhì)、涌水、掌子面坍塌等段落。其施工流程圖見圖2。
圖2臺階法施工流程圖
施工中應(yīng)注意以下要點：
1、根據(jù)圍巖條件，合理確定臺階長度，一般應(yīng)不超過1倍洞徑，以確保開挖、支護質(zhì)量及施工安全。
2、臺階高度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、隧道斷面大小和施工機械設(shè)備情況確定。
3、上臺階施作鋼架時，應(yīng)采用擴大拱腳或施作鎖腳錨桿等措施，控制圍巖和初期支護變形。
4、下臺階應(yīng)在上臺階噴射混凝土達到設(shè)計強度70%以上時開挖。當巖體不穩(wěn)定時，應(yīng)采用縮短進尺，必要時上下臺階可分左、右兩部錯開開挖，并及時施做初期支護和仰拱。
5、施工中應(yīng)解決好上下臺階的施工干擾問題，下部施工應(yīng)減少對上部圍巖、支護的擾動。
6、上臺階開挖超前一個循環(huán)后，上下臺階可同時開挖。
（三）光面爆破
光面爆破在隧道工程中的應(yīng)用己經(jīng)十分廣泛，它不僅能提高隧道的掘進速度，科學有效的控制爆破還能避免超欠挖，保證后期支護效果。光面爆破的實質(zhì)就是在隧道掘進設(shè)計斷面的輪廓線上布置加密的周邊眼，減小藥包直徑，減少裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以控制炸藥爆破能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值作用，削減它在巖石中引起的應(yīng)力波強度，避免在炮孔周圍產(chǎn)生壓碎區(qū)，而使爆破作用集中到需要爆落的一側(cè)巖體上，減弱對原巖體的破壞作用。光面爆破中的要點如下：
放樣布眼
鉆眼前，測量人員要用紅油漆準確繪出開挖面的中線和輪廓線，標出炮眼位置，其誤差不得超過5cm。
第4篇：隧道的開挖方式范文
關(guān)鍵詞：公路隧道 新奧法 開挖與支護
中圖分類號：X734文獻標識碼： A
引言
隧道是處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的建筑工程，它受天然形成的地質(zhì)狀態(tài)如地應(yīng)力、地質(zhì)物理參數(shù)、地下水、地質(zhì)斷層等因素和人工開挖操作如開挖方式、支護方式、支護時間等因素影響很大。由于隧道所處的地質(zhì)環(huán)境不同，其圍巖穩(wěn)定特性也不同，因此應(yīng)采用的支護方式和開挖方式也就不一樣。目前隧道的開挖方式主要有全斷面開挖方法、臺階法、臺階分部開挖法、導坑法、單側(cè)壁導坑法、雙側(cè)壁導坑法等。本文重點分析了公路隧道的新奧法開挖與支護技術(shù)。20世紀60年代提出的新奧法施工方法，目前已成為地下工程的主要設(shè)計施工方法之一。從70年代以來，我國在地下工程的各個領(lǐng)域中，廣泛推廣淵源于新奧法隧道施工概念而發(fā)展起來的現(xiàn)代支護新技術(shù)―噴錨支護，至今無論在理論研究還是在工程實踐中都己經(jīng)有了長足的進步。
1.1新奧法隧道施工的主要特點有：①隧道施工的概念與傳統(tǒng)的支護理論不同，新奧法的主要原理，可解釋為這樣一種概念，即將隧道斷面周圍巖石從荷載的發(fā)生者轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d者。②既能有效地支護圍巖，同時又允許圍巖變形。新奧法認為，先施做薄的輔助混凝土襯砌，監(jiān)測其變形過程，待變形達到穩(wěn)定狀態(tài)后才可修筑永久性支護。③錨噴支護應(yīng)用于破碎巖體，錨桿支護的傳統(tǒng)概念是錨桿只能用于錨固隧道上部有可能脫落的巖石，而不能用于節(jié)理發(fā)育的破碎巖體之中。④變形動態(tài)與監(jiān)測施工，新奧法通過圍巖壓力釋放來實現(xiàn)二次平衡，因此通過測量圍巖和支護變形動態(tài)，控制隧道穩(wěn)定是新奧法的核心內(nèi)容。
1.2新奧法適用范圍 ① 具有較長自穩(wěn)時間的中等巖體； ② 弱膠結(jié)的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖； ③ 強風化的巖石； ④ 剛塑性的粘土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r； ⑤ 堅硬粘土，也有帶堅硬夾層的粘土； ⑥ 微裂隙的，但很少粘土的巖體； ⑦ 在很高的初應(yīng)力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石； 在下述條件下新奧法必須與一些輔助相配合 ① 有強烈地壓顯現(xiàn)的巖體； ② 膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）； ③ 在一些松散巖體中，要與鋼背板與之配合； ④ 在蠕動性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等配合； 在下列場合中應(yīng)用應(yīng)慎重 ① 大量涌水的巖體； ② 由于涌水會產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的圍巖； ③ 極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體； ④ 開挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。
2 隧道開挖
2.1隧道開挖的基本原則是在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖的擾動的前提條件下，選擇恰當?shù)拈_挖方法和掘進方式，并應(yīng)盡量提高掘進速度。即在選擇開挖方法和掘進方式時，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式另一方面應(yīng)考慮隧道范圍內(nèi)巖體的堅硬程度，選擇能快速掘進，并能減少對圍巖的擾動的方法和方式。
2.2隧道開挖方法實際上是指開挖成形方法。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺階開挖法、留核心土臺階開挖法、分部開挖法等。臺階開挖法，一般是將設(shè)計斷面分上半斷面和下半斷面兩次開挖成型，也有采用臺階上部弧形導坑超前開挖的。臺階法適用于IV、ゼ段а儀液軟弱夾層帶或節(jié)理發(fā)育地段。根據(jù)圍巖的破碎程度，臺階法又可分為長臺階法、短臺階法、超短臺階法。由臺階法變化而來，上臺階超前倍洞跨，主要應(yīng)用在采用短臺階法開挖遇到土質(zhì)、涌水、掌子面坍塌等段落。特點是施工調(diào)整不大，在遇到短距離圍巖變化時可優(yōu)先采用，能較快提高施工的安全性，但工序增多，進尺較短(一般不超過1m)。分部開挖法是將隧道斷面分部開挖逐步成型，且一般將某部超前開挖，故可稱為導坑超前開挖法。常用的有上下導坑超前開挖法、上導坑超前開挖法、單（雙）側(cè)壁導坑超前開挖法等。
2.3光面爆破在隧道工程中的應(yīng)用己經(jīng)十分廣泛，它不僅能提高隧道的掘進速度，科學有效的控制爆破還能避免超欠挖，保證后期支護效果。光面爆破的實質(zhì)就是在隧道掘進設(shè)計斷面的輪廓線上布置加密的周邊眼，減小藥包直徑，減少裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以控制炸藥爆破能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值作用，削減它在巖石中引起的應(yīng)力波強度，避免在炮孔周圍產(chǎn)生壓碎區(qū)，而使爆破作用集中到需要爆落的一側(cè)巖體上，減弱對原巖體的破壞作用。
3 支護方法
3.1 噴射混凝土。向洞室內(nèi)表面圍巖噴射混凝土，能使被裂隙分割的巖塊體粘接起來，保持巖塊體的咬合和鑲嵌作用，通過提高巖塊體的粘接力和摩擦力來有效的防止圍巖松動，并避免或緩和了應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生，而且給圍巖表面以抗力和剪力，使圍巖處于有利于穩(wěn)定的三軸應(yīng)力狀態(tài)，并通過噴混凝土層自身的結(jié)構(gòu)剛度，來阻止不穩(wěn)定體的坍塌。噴射混凝土自身有一定的剛度，能夠抵抗巖土體的坍塌，并且往往和其它支護方法共同作用，承受支護結(jié)構(gòu)的受壓變形，因此噴射混凝土支護方法是現(xiàn)代隧道施工最常用的方法之一。
3.2 錨桿支護。在巖土體中打入錨桿，能約束巖土體的變形，并通過向圍巖施加壓力，使原來處于二軸應(yīng)力狀態(tài)的洞室內(nèi)表面的圍巖保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，從而阻止了圍巖體剛度的惡化，尤其是松動區(qū)內(nèi)圍巖的剛度。通過在巖土體中的系統(tǒng)錨桿的作用，在巖土體中形成了被約束變形的巖土體加固圈，形成了能夠承受外部荷載的巖土體承載拱，與巖土體共同承受外部荷載，增強了巖土體的穩(wěn)定性。
3.3 掛鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)通常是與錨桿連接在一起使用的，由于錨桿布設(shè)有一定的間距，而錨桿約束作用之間的巖土體就非常薄弱，易發(fā)生坍落，為此在錨桿之間用鋼筋網(wǎng)連接，可以使松散的巖土塊體處于三軸應(yīng)力狀態(tài)中，保持穩(wěn)定作用。同時錨桿之間相互連接，減小了由于單個錨桿失效，造成局部坍落的可能性。
3.4 鋼支撐。鋼支撐是利用支撐結(jié)構(gòu)自身的剛度來穩(wěn)定巖土體，控制巖土體的變形，一般在工作面開挖完成后，按設(shè)計間距立刻安裝，這樣能夠充分發(fā)揮鋼支撐的作用，穩(wěn)定巖土體。鋼支撐主要用于巖土體自身穩(wěn)定性極差的地層，通常有兩種形式，一種是用鋼筋制作的格柵鋼架結(jié)構(gòu)，另一種是用型鋼制作的工字鋼支撐。并且鋼支撐經(jīng)常與噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)同時使用，以確保巖土體的穩(wěn)定。
3.5 注漿導管超前支護。超前注漿導管在超前支護方法上其作用類似于超前錨桿，縱向支撐松散的巖體，在隧道開挖的開挖輪廓線施做，由后部的鋼支撐和前方未開挖部分巖土體支撐起中間部分的巖土體，起縱向梁作用。同時由于通過對導管內(nèi)注漿和砂漿錨桿注漿，漿液將進入巖土體的裂隙中，形成剛度較大的土層加固圈，提高了巖土體的穩(wěn)定性。這種方法對于裂隙發(fā)育的塊狀巖體效果為佳，超前注漿導管的對巖土體的注漿加固作用較超前錨桿效果要突出。由于向巖土體內(nèi)注入了漿液，填補了巖土體中裂隙，不但提高了巖上體的力學性能指標，同時起到了防水的作用，地下水往往會降低圍巖等級，易使巖體失穩(wěn)，發(fā)生坍塌，因此，這種方法對于含水地層的支護加固效果尤其顯著。
3.6 管棚超前支護。管棚施工方法主要用于巖土體的成拱效果極差的巖土體地層，這種地層由于地層自重，產(chǎn)生較大的巖土體側(cè)向壓力，隧道內(nèi)會發(fā)生縱向的坍塌，引起前于地層自重，產(chǎn)生較大的巖土體側(cè)向壓力，隧道內(nèi)會發(fā)生縱向的坍塌，引起前方地層的陷落。為確保進洞的安全，首先在洞口部位施工管棚，采用直徑較大的鋼管超前布置在開挖的外輪廓線，超前的距離較大，形成縱向鋼梁的作用，可以有效的減小由于巖土體自重產(chǎn)生的側(cè)向壓力，穩(wěn)定前方地層。
4 結(jié)語
新奧法施工目前己成為地下工程的主要設(shè)計施工方法之一，以其為指導的開挖、支護方式在不同的圍巖級別中有著較大的區(qū)別。新澳法施工在我國推廣以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，通過科研、設(shè)計、施工三結(jié)合，在修建下坑、西坪、大瑤山、軍都山等鐵路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，應(yīng)用新奧法遠離及其相應(yīng)的技術(shù)，取得了較大的成就。本文主要分析公路隧道的開挖與支護，以期能夠促進公路隧道動態(tài)信息化施工發(fā)展。
第5篇：隧道的開挖方式范文
關(guān)鍵詞：市政隧道；上跨地鐵；爆破；減振
1工程概況及地質(zhì)條件
隨著我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，城市將更多的向地下空間發(fā)展，地下鐵路、地下公路隧道的建設(shè)日益增加，地下工程建設(shè)相互影響也越來越嚴重。本工程包含了城市淺埋隧道群的施工，分為管廊隧道、機動車隧道（雙聯(lián)拱）、非機動車隧道。管廊隧道、機動車隧道上跨運營中的地鐵線路，且距地鐵線路最小凈距4.1m，因此對地鐵線路造成多次擾動，工程施工環(huán)境復(fù)雜、施工風險極大。
該段隧道屬丘陵地貌單元，整個場地地勢高低起伏，變化較大，總體是中部高，兩側(cè)和南部低，中部地面高程一般28.3-34.89，場地東、南和西部地面高程一般15.37-17.03m。由地表向下地層依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土、殘積土、強風化閃長巖、中風化閃長巖、強風化角礫狀灰?guī)r、中風化角礫狀灰?guī)r。該隧道處在強風化閃長巖、中風化閃長巖、中風化角礫狀灰?guī)r中，隧道巖性較硬，開挖困難。
結(jié)合隧道實際情況，開挖選用爆破開挖，為保證施工安全，采取了爆破減振技術(shù)確保隧道及地鐵安全。
隧道之間關(guān)系：管廊及機動車隧道在K1+930.7-K1+953.4段范圍與地鐵1號線中心線相交。各隧道與地鐵1號線的平面關(guān)系見圖1-1所示。上跨地鐵段個隧道之間關(guān)系見圖1-2所示。
圖1-1 紅山南路隧道與地鐵1號線平面關(guān)系圖
圖1-2 上跨地鐵段個隧道之間關(guān)系
2采用微震爆破暗挖施工的特點和優(yōu)勢
2.1特點
（1）隧道采用的爆破方法與傳統(tǒng)鉆爆開挖的施工方法有所不同，它利用爆破減振孔技術(shù)，可有效保證已完工（既有）隧道的穩(wěn)定，確保安全。（2）隧道施工中利用隧道底部超前小導管注漿支護+底部減振孔設(shè)置，結(jié)合電子延期微震爆破施工方法，分區(qū)開挖，有效解決了底部圍巖應(yīng)力改變爆破振動對既有結(jié)構(gòu)擾動的問題。（3）采取爆破減振措施，調(diào)整開挖方法，降低了隧道群之間爆破振動過大造成的質(zhì)量隱患，有效降低施工成本，加快工程進度。
2.2優(yōu)勢
（1）采用純爆破開挖，對運營中地鐵線路安全得不到保證，如造成地鐵線路結(jié)構(gòu)受損，影響不可估計。采用爆破減振措施，結(jié)合了爆破+機械開挖的綜合方式，比純機械開挖效率提高1/3，成本降低了20%。（2）隧道群由于埋深淺、主洞斷面大、且上跨運營中地鐵線路，采用明挖法施工土方卸載安全風險較大，采用明挖法施工（土方開挖約11.2萬m?）比采用暗挖法施工（土方開挖約4.5萬m?）土石方工程量增加約2.5倍，深基坑支護工程量大、增加的道路工程造價比暗挖法高約1倍。（3）采用暗挖隧道形式，保護現(xiàn)有山體及綠化不受土方施工破壞，節(jié)省了土方施工機械投入，防止土方開挖破壞周邊環(huán)境，創(chuàng)造綠色施工，環(huán)保施工有著重要意義。
3爆破開挖施工要求
3.1 開挖施工
隧道在K1+926.44—K1+955.05段上方穿過地鐵1號線，且垂直間距僅4.14m（見圖1-2所示）。實際施工中地鐵位置的監(jiān)測爆破振動速度要求在2.0cm/s之內(nèi)，為確保隧道過地鐵段的施工安全，具體開挖施工要求：
（1）合理安排隧道施工順序。先施工一條隧道的初支及二襯，待二襯穿過地鐵后，再進行相鄰隧道的仰拱開挖、初支，相鄰隧道之間開挖掌子面距離不少于2倍洞徑，二襯距離掌子面不少于2倍洞徑。
（2）嚴格按設(shè)計要求在仰拱開挖前施工注漿小導管，待小導管注漿強度達到設(shè)計要求后，再進行開挖洞身施工；后施工隧道側(cè)仰拱超前小導管施工至拱腰位置。
（3）隧道開挖均應(yīng)采用短臺階開挖，嚴格控制進尺并應(yīng)及時封閉成環(huán)。隧道下臺階盡量采用機械開挖，并減少循環(huán)進尺，每循環(huán)進尺0.5m，局部需要爆破的采用微震爆破，盡量減少對仰拱圍巖的擾動，。具體按照要求選擇開挖方式：①若遇隧道掌子面巖體較破碎，則上臺階采用機械掏槽開挖，對于機械施工較困難的周邊采用小藥量的光面爆破進行開挖。下臺階則采用機械開挖方式。②若遇掌子面巖體完整性較好，強度高，機械無法進行開挖時，則上臺階采取如下的施工措施進行爆破松動，下臺階則仍然采用機械開挖方式挖。
（4）及時仰拱封閉及襯砌：隧道開挖應(yīng)遵循“快進洞、早探明、短解除、弱爆破、早成環(huán)、緊二襯”及早穩(wěn)定隧道，具體操作要求：①設(shè)置下臺階減振孔：沿隧道下臺階開挖底部繼續(xù)鉆鑿減振孔，鉆孔直徑一般為100mm，孔中心間距40cm，每次施工長度10m左右，其搭接長度不小于開挖進尺的6倍，即3m，若長度不足3m則繼續(xù)鉆鑿。②設(shè)置上臺階減振孔：隔離上、下臺階巖體。沿上臺階開挖底部增設(shè)3排爆破空孔，孔徑100mm，孔深每次5m左右，呈三角配置，孔中心間距為40cm，排中心間距40cm，在三角區(qū)鉆鑿40mm裝藥孔，孔深1m，該100mm空孔長度搭接長度不小于2倍的開挖進尺，即1m。③減振帶形成：短進尺：按50厘米的循環(huán)進尺考慮；小藥量：每孔裝藥150至200克，即一卷藥；多段別雷管引爆，減少最大段藥量：2-13段共12個段別；分次爆破，減少每次爆破總藥量；采用不偶合裝藥：即采用小直徑藥卷，增大不偶合系數(shù)，降低爆破對巖壁的初始應(yīng)力。利用上臺階底部3排爆破減振空孔，采用小藥量逐孔分段爆破，將空孔爆破連通，形成隔離帶，以減少上臺階爆破的振動對地鐵的影響。④分層剝離：減震帶形成后，以減震帶為基礎(chǔ)，上臺階以減振帶為臨空面，間、排距40厘米進行布孔，采用小藥量逐孔分段分二次爆破上臺階巖體形成龜裂裂紋，以便機械鑿除。由于減振孔設(shè)置及減震帶已經(jīng)形成，爆破地震波傳遞介質(zhì)已經(jīng)消除，在分層剝離爆破作業(yè)的施工速度可適當加快。（注：龜裂也稱網(wǎng)裂，裂縫與裂縫連接成龜甲紋狀的不規(guī)則裂縫，且其短邊長度不大于40cm。）⑤光面爆破：分層剝離后，隧道設(shè)計輪廓線范圍內(nèi)周邊采用設(shè)置減速震孔的微震光面爆破：周邊孔裝藥間距40cm，在兩裝藥孔間增設(shè)一空孔，以增強光爆效果并減小爆破震動。爆破后采用機械配合人工進行周邊清理至設(shè)計位置。
圖3-1 隧道群斷面示意圖及爆破開挖程序圖
圖3-2 工藝流程圖
3.2 爆破實施
為了有效控制隧道開挖時的超欠挖和達到預(yù)期循環(huán)進尺，分部開挖、臺階開挖以及全斷面開挖需有完事詳細的鉆爆設(shè)計。采用工程類比法和理論相結(jié)合的形式，為了減輕對圍巖的擾動以達到理想的爆破效果，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)和圍巖實際情況，及時修改爆破參數(shù)，優(yōu)化爆破施工組織實施計劃?？紤]到隧道施工距地鐵較近，同時為確保地鐵結(jié)構(gòu)及運營的安全，經(jīng)專家論證結(jié)果，鎖定對地鐵頂?shù)谋普饎又蛋床怀^2.0cm/s控制。
①爆破器材的選擇
用Φ32㎜2#巖石乳化炸藥。在施工進根據(jù)情況，將其現(xiàn)場加工成直徑Φ22㎜的細藥卷，隧道爆破采用塑料導爆管和毫秒雷管起爆系統(tǒng)。
②掏槽選用直眼掏槽
通過預(yù)先鉆鑿的減振孔作臨空面，采用直眼進行掏槽。
③典型斷面光面爆破參數(shù)設(shè)計：
1）炮眼深度
L周邊孔=0.5m，L下部孔=10m，L掏=1.0m，L輔=0.5m，L周=0.5m。
2）輔助眼間距
a=40㎝
3）周邊眼間距
E=40㎝
4）抵抗線
W=1×E=40㎝
5）周邊眼裝藥集中度q（V級圍巖取0.2kg/m）
q=0.2kg/m
6）堵塞長度的計算
L0=0.5×40=20㎝
堵塞材料采用黃泥堵塞，避免發(fā)生沖炮。掘進眼可取23～28㎝。
7）裝藥結(jié)構(gòu)
裝藥結(jié)構(gòu)分為偶合裝藥和不偶合裝藥，在施工過程中，采用不偶合裝藥結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點是可以降低大塊率，降低炸藥消耗量。周邊眼均采用間隔裝藥形式，較為完整的軟弱巖層采用集中裝藥形式。
不偶合系數(shù)：
n=D/d=42/22=2
式中：D-炮眼直徑，㎜；d-炸藥直徑，㎜。
8）單孔裝藥量
掏槽眼：Q掏=0.15kg，輔助眼：Q輔=0.2kg，周邊眼：Q周=0.2kg
3.3 爆破安全校核
為確保隧道上方和周邊建筑物的安全，隧道爆破施工時，采用短進尺，弱裝藥爆破開挖，將爆破產(chǎn)生的各種危險因素加以控制把用藥量和爆破振速控制在國家規(guī)定的要求。
爆破震動安全用藥量計算，按照公式：Q=（R/（K/V）1/α）m，進行。
式中：Q—最大一段裝藥量：kg；R—隧道最淺埋深，m；V—爆破地震安全速度：㎝/s，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定，由于隧道上方有磚房、非抗震的大型砌塊建筑物，所以V取2㎝/s；K、α—與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，查《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003），表5，K取300，a=1.9；m—藥量系數(shù)：查《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003），m取1/3。
圖3-3 隧道隔離區(qū)（第一次）爆破示意圖
4 施工監(jiān)測控制
4.1 爆破震動現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果
通過監(jiān)測，掌握爆破對鄰近結(jié)構(gòu)物的影響程度，用以修正鉆爆設(shè)計。我國《爆破安全規(guī)程》中衡量爆破地震效應(yīng)強弱的物理量是爆破質(zhì)點震動速度，因此，采用爆破質(zhì)點震動速度作為觀測物理量。根據(jù)國內(nèi)外實測經(jīng)驗，爆破近區(qū)垂直向震動大于水平向震動；爆破遠區(qū)水平向震動大于垂直向震動。因此，測試布點方法為，近區(qū)以垂直向為主，試爆階段按測線布置點，一般布3～5點。正常施工階段只對重點建筑進行跟蹤監(jiān)測，按監(jiān)測對象選擇最大危險點布置測點，不僅測垂直向，也根據(jù)不同建筑物測水平向震動。為了避免地鐵運行過程中產(chǎn)生振動的誤觸發(fā)，儀器觸發(fā)值設(shè)在0.5cm/s。
4.2 隧道監(jiān)測內(nèi)容
監(jiān)控量測項目可分為必測項目和選測項目，必測項目為開挖施工必須進行的量測，其中包括：地質(zhì)及支護狀況觀察、水平收斂、拱頂下沉、地表下沉量測、地面建筑爆破振動監(jiān)測、錨桿軸力（或拉拔力）、與地鐵相交段的監(jiān)測；選測項目是為未開挖地段的設(shè)計及施工計劃提供數(shù)據(jù)而進行的量測項目，其中包括：錨桿內(nèi)力及抗拔力、襯砌應(yīng)力量測、鋼支撐應(yīng)力量測。
4.3 監(jiān)控信息反饋
監(jiān)測信息主要包括：關(guān)鍵性的施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)；巡視信息（包括周邊環(huán)境巡視信息、支護體系巡視信息、開挖面巡視（地質(zhì)狀況觀察及描述）信息等）；按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042-94）設(shè)立預(yù)警機制，隧道周邊最大允許相對位移（指實測位移值與兩測點間距離之比，或拱頂位移實測值與隧道寬度之比），及時分析各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)異常情況及時反饋，及時采取安全處理措施或調(diào)整開挖方式。
第6篇：隧道的開挖方式范文
關(guān)鍵詞：客運專線；隧道；施工技術(shù)
中圖分類號：U455文獻標識碼：A
隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，為了增加火車的運輸能力，大量建設(shè)客運專線，全面提高了客車和貨車的運行速度。同時客運專線鐵路以其運行速度高、線路要求平直、安全舒適、節(jié)約時間等特點，比其他交通工具有更多的優(yōu)越性。
客運專線穿越山區(qū)，為保證其運營平順性，勢必穿山為隧。近年，客運專線發(fā)展很快，隧道也日新月異，綜合隧道工程的特點，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
一、客運專線鐵路隧道的特點
1、客運專線上的隧道不同于一般的鐵路隧道，當高速列車在隧道中運行時會遇到空氣動力學的問題，主要表現(xiàn)為空氣動力學效應(yīng)所產(chǎn)生的新特點及現(xiàn)象。
2、客運專線隧道的橫斷面較大，受力比較復(fù)雜，且列車運行速度較高，隧道維修有一定的時間限制，由于復(fù)合襯砌和整體式襯砌比噴錨襯砌安全，且永久性好，所以主要采用復(fù)合襯作為支護結(jié)構(gòu)。
3、高速鐵路對隧道底部的強度要求高，且高速鐵路隧道的斷面跨度較大，因此要求高速鐵路隧道鋪底厚度不低于30cm.
二、隧道工程施工
高速鐵路隧道施工復(fù)雜，具有以下施工特點：①除圍巖的整體性外，圍巖自身強度對高速鐵路大斷面隧道施工方法的確定、隧道的穩(wěn)定與安全有較大影響；② “緊支護、勤量測”更為重要； ③對于洞口段、淺埋段、破碎帶、堆積體、黃土隧道應(yīng)堅持“斷面化大為小、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、早封閉、襯砌緊跟”的原則。
隧道施工方法要根據(jù)斷面面形狀、隧道長度、工期、地質(zhì)、涌水、周圍環(huán)境等條件綜合確定。選擇合適的施工方法要注意以下幾方面：、地形、地質(zhì)的特殊性，如洞口段、埋深小的地段等；、是否有限制條件，如對地表下沉的限制等；、必要時要與輔肋工法配合；
、要盡量采用能夠避免圍巖松馳的施工方法，如在泥巖中采用機械開挖等；、因上部斷面扁平不能長時間放置，開挖后要及時用臨時仰拱封閉。
1、洞口邊仰坡施工
首先完成山頂截水溝等防護排水系統(tǒng)，然后根據(jù)施工圖紙進行邊仰坡開挖，開挖以機械開挖為主，困難時輔以小型松動爆破。坡面邊開挖邊施做錨噴掛網(wǎng)支護，開挖至設(shè)計標高時，要及時完成所有坡面防護工作。
2、明洞施工
明洞開挖應(yīng)與仰坡開挖同步進行。明洞襯砌采用鋼模臺車作內(nèi)模，腳手架固定鋼模板作外模，混凝土輸送泵泵送砼。當拱圈混凝土達到設(shè)計強度的70%以上后，拆除內(nèi)外支模。拱圈背部用砂漿找平，按要求施作甲種防水層，敷設(shè)多點復(fù)合EVA防水板并應(yīng)粘貼緊密，相互錯縫搭接良好，搭接長度不少于100mm，并向隧道內(nèi)拱背延伸不少于500mm，伸入甲種防水層20cm，再涂抹水泥砂漿層。
明洞回填采用兩側(cè)對稱法，分層夯實，每層厚度不得大于0.3米,回填至拱頂齊平后，再分層滿鋪填筑至要求高度。拱背回填按設(shè)計要求做粘土隔水層，并與邊仰坡搭接良好，防止地表水下滲影響回填體的穩(wěn)定。
3、洞門施工
洞門基礎(chǔ)開挖采用機械開挖為主，輔以松動爆破，人工配合清底。洞門端墻采用12.5#漿砌片石砌筑，12.5#砂漿勾縫。
4、 隧道洞身施工
（1）主要開挖方法
根據(jù)隧道穿越地層的不同情況和目前隧道施工方法的發(fā)展，鉆爆法仍然是中國目前應(yīng)用最廣、最成熟的隧道修建方法。因施工中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖而得名。從隧道工程的發(fā)展趨勢來看，鉆爆法仍將是今后山嶺隧道最常用的開挖方法。依坑道開挖后的支護方法，大致可以分為鋼木構(gòu)件支撐和錨桿噴射混凝土支護兩類。
人們習慣上將采用鉆爆開挖加鋼木構(gòu)件支撐的施工方法稱為“傳統(tǒng)的礦山法”；而將采用鉆爆開挖加錨噴支護的施工方法稱之為“新奧法”。新奧法施工的基本原則可以歸納為“少擾動、早支護、勤量測、緊封閉”。
（2）主要開挖形式
隧道施工就是要挖除坑道范圍內(nèi)的巖體，并盡量保持坑道圍巖的穩(wěn)定。隧道開挖的基本原則是：在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖的擾動的前提條件下，選擇恰當?shù)拈_挖方法和掘進方式，并應(yīng)盡量提高掘進速度。
隧道施工中，開挖方法是影響圍巖穩(wěn)定的重要因素之一、因此，在選擇開挖方法時，應(yīng)對隧道斷面大小及形狀、圍巖的工程地質(zhì)條件、支護條件、工期要求、工區(qū)長度、機械配備能力、經(jīng)濟性等相關(guān)因素進行綜合分析，采用恰當?shù)拈_挖方法。
隧道開挖方法實際上是指開挖成形方法。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，客運專線隧道開挖常用的方法分為全斷面法、臺階法、CD工法、CRD工法、雙側(cè)壁導坑工法，從工程造價和施工速度考慮，施工方法選擇順序應(yīng)為：全斷面法正臺階法臺階設(shè)臨時仰拱CD工法CRD工法眼鏡工法；從施工安全考慮，順序正好反過來。如何選擇合適的開挖方法，應(yīng)根據(jù)實際情況綜合考慮，在工程造價、施工進度、施工安全等各方面求得平衡。
全斷面開挖法
全斷面開挖法是指將整個隧道開挖斷面一次鉆孔、一次爆破成型、一次初期支護到位的隧道開挖方法。全斷面開挖法施工操作比較簡單，主要工序使用移動式鉆孔臺車或多功能臺架，全斷面一次鉆孔，并進行裝藥連線，然后將鉆孔臺車退后至安全地點再起爆，一次爆破成型，出碴后對整個開挖輪廓進行初噴，鉆孔臺車或多功能臺架再推移到開挖面就位，開始下一個鉆爆作業(yè)循環(huán)，同時，利用支護臺架全斷面施作剩余初期支護工作。斷面開挖適用于I~IV級圍巖，在用于Ⅳ級圍巖時，圍巖應(yīng)具備從全斷面開挖到初期支護前這段時間內(nèi)，保持其自身穩(wěn)定的條件；有鉆孔臺車或自制作業(yè)臺架及高效率裝運機械設(shè)備；隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短，根據(jù)經(jīng)驗一般不應(yīng)小于lkm否則采用大型機械化施工，其經(jīng)濟性較差。
臺階法
根據(jù)臺階長度不同，劃分為長臺階法、短臺階法和微臺階法三種，施工中采用哪一種臺階法，要根據(jù)兩個條件來決定，第一是對初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，要求閉合時間越短，第二是對上部斷面施工所采用的開挖、支護、出渣等機械設(shè)備需要施工場地大小的要求。對軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全；對較好圍巖，主要考慮如何更好地發(fā)揮機械設(shè)備的效率，保證施工中的經(jīng)濟效益，因此只考慮后一條件。
雙側(cè)壁導坑法
雙側(cè)壁導坑法適用于V~Ⅵ級圍巖雙線或多線隧道掘進。由于跨度較大，一般開挖寬度達11m左右，無法采用全斷面或臺階法開挖，采用先開挖隧道兩側(cè)導坑，相當于先開挖2個小跨度的隧道，并及時施作導坑四周初期支護及邊墻襯砌，再根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小，對剩余部分斷面進行一次或二次開挖。雙側(cè)壁導坑法施工要求：側(cè)壁導坑高度以到起拱線為宜；側(cè)壁導坑形狀應(yīng)近于橢圓形斷面，導坑斷面為整個斷面的1/3；側(cè)壁導坑領(lǐng)先長度一般為30~50m，以開挖一側(cè)導坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布不影響另一側(cè)導坑為原則；導坑開挖后應(yīng)及時進行初期支護。
第7篇：隧道的開挖方式范文
關(guān)鍵詞:淺埋暗挖 雙側(cè)壁導坑法 開挖順序 FLAC3D模擬
在地下隧道開挖中，有關(guān)開挖順序的優(yōu)化分析是一重要的研究課題[1]。隨著開挖面的推進，如何盡量保持巖土體的初始狀態(tài)，減少對巖土體初始狀態(tài)的擾動，保持圍巖處于相對穩(wěn)定狀態(tài)及不發(fā)生過大位移是工程中密切關(guān)注的問題。它涉及到地下工程開挖方式的選擇，開挖空間的利用，最佳支護方式、支護參數(shù)及支護時機的確定等因素。因此針對具體的巖土體研究不同的開挖方式下圍巖的應(yīng)力及位移狀態(tài)，對分析圍巖穩(wěn)定性及推動地下工程施工力學的發(fā)展有著重要的意義。在淺埋暗挖地鐵工程施工中，橫斷面多采用分部開挖，其應(yīng)力、位移釋放規(guī)律也比較復(fù)雜[2]，在橫截面上各部分土體不同的開挖順序?qū)Φ乇砑皣鷰r的影響這方面有一定的研究[3，4]，但在橫截面各部分土體開挖順序確定的條件下，各部分土體在縱向的開挖進度對地表及圍巖影響的研究卻比較少。本文結(jié)合天壇東門站站后折返區(qū)間工程實例，模擬計算在縱向上不同開挖進度情況下，地表及圍巖位移變化規(guī)律，以指導隧道工程設(shè)計與施工。
1 工程概況
北京地鐵5號線是一條縱貫京城南北的交通大動脈，天壇東門站位于這條大動脈的南端，周圍古建筑較多，交通比較繁忙，施工方案采用淺埋暗挖法施工，站后折返區(qū)間是兩平行地鐵隧道的連接通道，通過折返區(qū)間，列車可在這兩條隧道上調(diào)換，由于區(qū)間功能的需要，折返區(qū)間跨度較大，最大斷面跨度為23.6m，高8.924m，縱向長32.943m，高跨比為0.378，為扁平結(jié)構(gòu)，見圖1。
2 開挖方案數(shù)值模擬
FLAC(拉格朗日元法)是目前世界上優(yōu)秀的巖土力學數(shù)值計算軟件系統(tǒng)之一，F(xiàn)LAC3D是一種三維顯式有限差分程序，其基本原理和算法與離散元法相似，它運用節(jié)點位移連續(xù)條件，可對連續(xù)介質(zhì)進行大變形，基于顯式差分法求解運動方程和動力方程，F(xiàn)LAC3D提供了梁、樁、錨桿、殼體等多種結(jié)構(gòu)單元，非常適合于研究隧道開挖等巖土工程問題[5]。
第8篇：隧道的開挖方式范文
【關(guān)鍵詞】高應(yīng)力；偏壓；軟弱圍巖隧洞；施工
引言
在高地應(yīng)力作用下的軟弱圍巖中隧道土壓除有松弛壓力外，還有軟巖特有的因隧道開挖及其后隨時間延長、隧道斷面逐漸縮小的“蠕變壓力”。國內(nèi)外隧道工程中所遇到的擠壓大變形問題較多，如國外奧地利的陶恩隧道，國內(nèi)烏鞘嶺隧道等，給隧道設(shè)計施工帶來了一系列的問題：隧道設(shè)計施工中難以控制變形量，洞身開挖后空間效應(yīng)明顯，產(chǎn)生蠕動變形，引起支護破壞，引發(fā)坍塌等。目前，國內(nèi)外尚未建立高地應(yīng)力軟巖地質(zhì)條件下的隧道控制軟弱圍巖大變形機理及處理對策的理論研究體系和施工處理體系。另外，隧道處于軟弱圍巖偏壓地層，國內(nèi)對偏壓隧道的研究也主要局限于地形引起的偏壓隧道。為此，研究地質(zhì)構(gòu)造引起的偏壓隧道的襯砌形式、襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布特征，提出行之有效的快速施工總體思路、技術(shù)方案和工藝方法顯得尤為重要。為此，本文以古城水電站引水隧洞K9+720.00m～K11+815.00m標段為工程背景，對高應(yīng)力條件下軟弱圍巖施工的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)表本人的一些看法。
1工程概況
古城水電站位于阿壩藏族羌族自治州理縣境內(nèi)的雜谷腦河上。雜谷腦河為岷江干流上游的一級支流___雜谷腦河上的第七級梯級電站。引水隧洞全長16361.744m，開挖斷面為統(tǒng)一馬蹄型斷面，開挖頂拱半徑4.9m。本標段引水隧洞地質(zhì)主要以V類圍巖為主，巖性為絹云千枚巖，石英含量較大，巖層走向與隧洞軸線大致平行，偏壓極為嚴重，開挖后風化速度較快，遇水迅速泥化，因此自穩(wěn)性極差。經(jīng)設(shè)計人員踏勘和對隧洞開挖后圍巖變形進行分析后知：（1）水平地應(yīng)力大于鉛垂地應(yīng)力，以水平地應(yīng)力為主；（2）地應(yīng)力表現(xiàn)為壓應(yīng)力，實測未發(fā)現(xiàn)張應(yīng)力；（3）地應(yīng)力分步呈不均勻性；（4）經(jīng)過設(shè)計勘察人員實測，地應(yīng)力值最高達到26.56MPa，為高應(yīng)力。
2高地應(yīng)力順層偏壓地層隧道施工力學行為分析
根據(jù)古城水電站引水隧洞的特點和施工重難點，結(jié)合總體施工方案，采用PLAXISTUNNEL巖土工程分析軟件進行了數(shù)值模擬。分別對高地應(yīng)力順層偏壓地層的隧洞施工力學行為進行了分析，為施工提供了理論依據(jù)。
（1）在高地應(yīng)力環(huán)境下進行隧道施工，由于構(gòu)造應(yīng)力的影響，容易產(chǎn)生擠壓變形，在采用臺階法施工時，上臺階的擠壓變形較大。
（2）在高地應(yīng)力軟巖大變形地段，初期支護結(jié)構(gòu)因承受較大的形變壓力，容易造成初期支護結(jié)構(gòu)破壞，在設(shè)計和施工時可考慮將二次襯砌做為部分承載結(jié)構(gòu)通過合理安排支護結(jié)構(gòu)施作時機，使初期支護和二次襯砌均有較高的安全度。
（3）通過對支護結(jié)構(gòu)安全分析，上臺階拱部內(nèi)力呈現(xiàn)不對稱，且是最容易發(fā)生破壞的部位。因此，施工時應(yīng)加強拱部支護和監(jiān)測。
3高應(yīng)力地段施工的關(guān)鍵技術(shù)
3.1高應(yīng)力地段施工的基本原則
針對高地應(yīng)力順層偏壓軟巖大變形隧洞的特點，結(jié)合施工力學行為分析高應(yīng)力隧洞地段施工應(yīng)遵循“先探測、管超前、短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、早襯砌、勤量測”的原則。以超前預(yù)支護及初期支護為施工重點，及時封閉圍巖；加強初期支護的剛度。為達到穩(wěn)固圍巖的目的，系統(tǒng)錨桿長度應(yīng)稍大于塑性區(qū)的厚度。為了防止噴層變形后侵入二次襯砌的凈空，開挖時即加大預(yù)留變形量，另外采取了不均衡預(yù)留變形量技術(shù)。制定合理的爆破方案和開挖支護工藝，減小對圍巖的擾動。及時封閉底板特別是底板初支，以減小變形、提高圍巖穩(wěn)定性；另外加大底板厚度，增大底板曲率，全幅底板施工，也有利于改善受力狀況。改善隧道結(jié)構(gòu)形狀，加大邊墻曲率，提高二次襯砌的剛度。全過程實施施工地質(zhì)超前預(yù)報工作。
3.2高應(yīng)力作用下主要施工控制點
由于隧道開挖中存在空間效應(yīng)，即隧洞掘進過程中，由于受到開挖面的約束，使開挖面附近的圍巖不能立即釋放其全部瞬時彈性位移，這是在開挖面推進過程中，由于空間變化所引起的一種圍巖變形特性。因此，從開挖、爆破、初期支護到二次襯砌都要嚴格控制，監(jiān)測反饋對隧道施工的安全及為重要。并且要根據(jù)監(jiān)控量測資料，制定了初期支護施工控制標準。
3.2.1開挖斷面選擇
3.2.2開挖方法
目前軟巖隧道常用的開挖方法主要有：CD法、CRD法、側(cè)壁導洞法、三臺階法等，可有效保證施工安全。隧洞的開挖方法對掌子面的穩(wěn)定性、施工工期等有著重要的影響。采用PLAXISTUNNEL對臺階法、CD法、CRD法這3種方案進行了模擬顯示，臺階法開挖后塑性區(qū)分布范圍最大，且掌子面核心存在大片的受拉破壞區(qū)，但是由于合同工期不允許延長，同時要確保長系統(tǒng)錨桿（6m）的施工質(zhì)量，達到既安全又相對快速地組織施工。CD法、CRD法和雙側(cè)壁導坑達到了安全施工的目的，但是要求工期較長，并且需要大量的臨時支護，造價高，且適用于大斷面隧道的開挖，對于本隧洞開挖后也無法提供足夠的作業(yè)空間以施工6m長系統(tǒng)錨桿。盡管臺階法開挖對圍巖擾動較大，但其工期短、造價低，還能保證后續(xù)支護的施工質(zhì)量，因此，工程確定了采用臺階法的開挖方案，即對掌子面實施預(yù)支護后進行開挖，同時做好相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時反饋以指導優(yōu)化開挖參數(shù)，通過試驗段的開挖。
3.2.3掌子面預(yù)支護
3.2.4爆破
爆破是隧道施工的重要工序，爆破的效果直接影響隧道開挖質(zhì)量和進度，同時對圍巖穩(wěn)定也有較大的影響。根據(jù)爆破原理：微差爆破時，地震波具有相互干擾作用，從而使爆破產(chǎn)生的地震波減弱，減少對圍巖的擾動；同樣在開挖鉆孔時增加孔數(shù)，減少每孔裝藥量，采取弱爆破技術(shù)（防止擾動圍巖誘發(fā)坍方而采取的一種輕微爆破方式，即主要是以降低對圍巖擾動和減小松動圈范圍為目的的爆破方式），也可以減輕對圍巖的擾動。因此本引水洞采取微差、弱爆破技術(shù)，周邊眼炮孔（光爆孔）深度不超過1.5m，孔距控制在30cm左右；掏槽孔與光爆孔延時控制在9～12毫秒間，以保證臨空面的形成，降低群洞效應(yīng)，減弱爆破沖擊波對圍巖的擾動。
3.2.5監(jiān)控技術(shù)
4結(jié)論及建議
高地應(yīng)力大斷面軟巖隧道的開挖應(yīng)重視開挖方法、掌子面預(yù)支護、弱爆破、信息監(jiān)測這4個方面。開挖方法應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場施工條件、對圍巖的影響程度、工期及成本等多方面進行考慮，掌子面預(yù)支護是保證順利開挖的關(guān)鍵，微差及弱爆破是手段，同時在開挖過程中應(yīng)結(jié)合多種監(jiān)測結(jié)果進行對比分析以達到優(yōu)化開挖參數(shù)與完善施工方案的目的。通過本引水隧洞的施工，得到以下幾點啟示，可以給類似地質(zhì)條件的隧道施工提供一點參考。
（1）可采取在高應(yīng)力段施做導洞，提前釋放地應(yīng)力，減小高地應(yīng)力對施工的影響。
（2）鋼纖維噴射砼柔性較大，抗裂性也比普通噴射砼大，選用鋼纖維噴射砼可以最大限度抵抗圍巖變形，確保初期支護變形在可控范圍內(nèi)。
（3）高地應(yīng)力軟巖隧道的支護結(jié)構(gòu)采用剛?cè)岵⑴e的支護形式，既可以吸收高應(yīng)力區(qū)圍巖的流變變形又具有一定的剛度防止圍巖變開過大。
（4）為了提高隧道施工的安全性，就開挖而言除規(guī)范規(guī)定的必測項目外，針對軟巖隧道的施工，在條件允許的情況下應(yīng)進行松動圈檢測、爆破振動監(jiān)測及斷面掃描量測，確定地下洞室受爆破開挖的影響而形成的爆破松動區(qū)的深度，以對圍巖穩(wěn)定及開挖質(zhì)量進行評價，驗證支護參數(shù)的合理性。
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第9篇：隧道的開挖方式范文
國內(nèi)隧道及地下工程自20世紀80年代以來得到了前所未有的發(fā)展，21世紀是隧道工程建設(shè)的黃金時期，鐵路隧道、公路隧道、地鐵隧道、水電隧洞以及跨江、跨海通道的建設(shè)都將進人高峰期。與此同時，隧道工程面臨巨大的機遇與挑戰(zhàn)，山嶺隧道工程的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，煤礦巷道向深部不斷發(fā)展，城市地鐵建設(shè)如火如茶，海底隧道與輸油氣工程隧道方興未艾，城市地下管廊隧道悄然興起。大規(guī)模復(fù)雜的隧道工程修建勢必帶來諸如隧(巷)道軟巖大變形機制、長大深隧道的突水突泥機制、深部復(fù)合地層TBM隧道穩(wěn)定性原理與控制、城市地鐵隧道交叉重疊及穿房過河引起的地層與周圍環(huán)境風險等諸多基礎(chǔ)科學與工程技術(shù)問題，這些問題的進一步研究和解決可為未來隧道工程建設(shè)中的設(shè)計和施工提供更加可靠的理論依據(jù)與技術(shù)保障。
本文主要針對當前國內(nèi)隧道工程物理模擬試驗系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢進行了較為全面細致的總結(jié)、分類和闡述，并對當前隧道工程物理模擬試驗系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行了對比分析。最后，提出了以模型體積大小為依據(jù)的試驗系統(tǒng)分類方法，可為隧道工程物理模擬試驗系統(tǒng)的應(yīng)用及后續(xù)建設(shè)提供參考。
1試驗系統(tǒng)分類與特點
隧道工程物理模擬試驗系統(tǒng)的分類對于系統(tǒng)使用與建設(shè)規(guī)模確定、技術(shù)難度分析、建設(shè)周期與費用估算等都具有明確的指導意義，但目前尚無一個權(quán)威或統(tǒng)一的分類標準。試驗系統(tǒng)分類是一個科學問題，需綜合考慮多方面的因素。通過查閱文獻和總結(jié)分析，提出了一種試驗系統(tǒng)分類方法，如圖1所示。即按試驗?zāi)Ｐ腕w積將試驗系統(tǒng)分為小型、中型、大型和超大型4類；按模型體荷載分為自重型和離心型；按加載動力來源分為重力型(含自重)、電機型、液壓型(千斤頂或液壓枕)、氣壓型和復(fù)合型(如氣液結(jié)合)5類；按加載的靜動力狀態(tài)可分為靜力型和動力型；按模型端面加載維數(shù)分為單軸型、雙軸型和三軸型3類。
隧道工程物理模擬試驗系統(tǒng)的研制與應(yīng)用多以大專院校、研究院所和企業(yè)技術(shù)中心為主。
眾所周知，在相似模型試驗分類中，相似比作為一個重要的分類指標，可以用來準確計算模型體積的大小，但相似比為原型與模型尺寸之比，是一個相對概念。在隧道物理模擬試驗中，模型體積越大，所需相似材料越多，費用越高，難度越大，制備周期越長，故模型體積能夠較為全面地反映試驗系統(tǒng)的規(guī)模、試驗實施難度以及費用成本等關(guān)鍵要素，概念更為直觀。
2試驗系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
試驗系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括:相似材料的選取、加載控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、應(yīng)力與應(yīng)變量測的準確性以及開挖支護方式的選擇等。
2.1相似材料
模型試驗成敗的前提條件是相似材料的選取是否合理，材料的性質(zhì)是否能夠準確地反映研究對象的主要物理力學特征。相似材料按功能一般可以分為骨料、膠結(jié)劑和調(diào)節(jié)劑3部分，骨料和膠結(jié)劑對材料性能起“總體控制”作用，調(diào)節(jié)劑對材料某項參數(shù)的性能起“單項調(diào)節(jié)”作用。
2.2加載控制
物理模型試驗的順利進行與加載控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定密切相關(guān)。根據(jù)模型試驗加載邊界條件，加載方式可分為剛性加載和柔性加載2種；根據(jù)加載動力來源可分為重力加載、電機加載、液壓加載、氣壓加載和復(fù)合加載5種。
2.3應(yīng)力與應(yīng)變量測
應(yīng)力與應(yīng)變是隧道物理模型的重要力學參數(shù)，也是試驗中需要獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。應(yīng)力值一般可通過測量元件直接量測，也可利用元器件測得的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系求解得到
2.4位移、變形量測
位移或變形是隧道工程圍巖與其所處應(yīng)力環(huán)境及環(huán)境變化相互作用的結(jié)果，是分析和評價隧道工程安全穩(wěn)定性最常用的指標，也是試驗中最重要的量測內(nèi)容。
5開挖支護
目前，隧道模擬開挖一般有人工和機械2種方式。人工開挖可以比較靈活地調(diào)整隧道形狀，但成型效果差，開挖效率低；而機械開挖操作簡單、成型好、效率高，但形狀多局限于圓形。李利平等研制的由可伸縮式長鏟、錨桿定位器以及混凝土施作器組成的開挖裝置以及李浪等研制的步進電機驅(qū)動切削刀盤，對隧道開挖裝置的研制有著重要的借鑒意義。
3試驗系統(tǒng)研究問題分析
3.1圍巖變形規(guī)律與機制
圍巖變形規(guī)律與機制一直是國內(nèi)外學者研究的主要問題。通過物理模擬試驗系統(tǒng)可以有效研究隧道圍巖變形的時空演化過程與變形模式和機制。
3.2隧道開挖方法優(yōu)化
根據(jù)圍巖條件和環(huán)境控制要求，隧道開挖方法一般有全斷面法、臺階法、分部法、盾構(gòu)法與TBM法等。正確選擇開挖方法是隧道安全施工的前提，試驗研究的主要內(nèi)容是進行方法比選和優(yōu)化工藝參數(shù)。
3.3隧道支護方法優(yōu)化
隧道支護主要包括以錨噴支護或鋼拱架為主的初期支護、以模板混凝土或管片為主的二次支護以及小導管和大管棚超前支護等。合理選擇支護方式、確定支護參數(shù)是確保隧道穩(wěn)定的前提條件。
3.4隧道開挖災(zāi)害問題
如何合理模擬隧道開挖過程中出現(xiàn)的災(zāi)害問題(突水突泥、巖爆、斷層塌方等)也是物理模擬試驗研究的主要內(nèi)容。
3.5“長大深”及海底隧道問題
模型試驗主要用來合理模擬工程所處的高地應(yīng)力環(huán)境影響、大型斷面與超長隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及水環(huán)境下的水壓作用與流一固藕合作用。
3.6隧道施工環(huán)境影響問題
地鐵隧道施工中帶來的環(huán)境問題比較突出，隧道施工過程中如何保證工程本身、地面與地下鄰近建(構(gòu))筑物的安全是物理模擬試驗研究的主要問題。
4存在問題及發(fā)展方向
4.1存在的問題
1)系統(tǒng)規(guī)模。目前，大型、超大型試驗系統(tǒng)模型制作周期長、費用高、所需人員多，且存在一定的閑置問題，利用率較低。
2)試驗?zāi)Ｐ?。采用常用的相似材料制作的試驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)部不可見，難以實現(xiàn)模型內(nèi)部變形的直接觀測，透明巖土材料主要以模擬軟巖、砂土和載土為主，因此需進一步研究拓展巖土材料的模擬范圍。
3)加載控制。剛性加載強度大，屬于“位移加載”方式，即加載面位移保持均勻，應(yīng)力不均勻，使得模型邊界位移一致，與實際受力不符；柔性加載屬于“應(yīng)力加載”方式，即加載過程保持加載面應(yīng)力均勻，位移不均勻，柔性加載有利于提高試驗精度，減小邊界效應(yīng)影響范圍，但其行程小、加載強度低。
4.2發(fā)展方向
1)物理試驗系統(tǒng)精致化。2)物理試驗?zāi)Ｐ屯该骰?)加載控制方式靈活化。4)數(shù)字照相量測標配化。5)開挖支護方式合理化。6)隧道多場藕合模擬法。
5結(jié)論與建議
1)提出了一種基于模型體積大小的隧道工程物理試驗系統(tǒng)分類方法，即將試驗系統(tǒng)分為小型(v<0. 125 m3 )、中型(V = 0. 125~1. 0 m3、大型(V=1.0~8.0 m3)和超大型(V≥8.0 m3)4種類型。該分類可以較好地反映試驗系統(tǒng)的規(guī)模、研發(fā)周期、費用、模型制作及使用率等主要問題。
