隧道開挖方式
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隧道開挖方式范文第1篇
為了更快地實現我國交通運輸的高速化和重載化，就必須首先要加快基礎設施建設的步伐，然后對隧道的建設采用正確的開挖方法，最后要在隧道施工的過程中把握好施工技術的要點。只要做到了以上幾點就一定能實現我國交通運輸的高速化和重載化。本文首先介紹了幾種常見的隧道開挖方法，接著闡述了如何確定隧道工程實施前的準備工作以及工程實施的技術方案，最后從工程在我們建設當中的施工技術處理方面的情況進行了比較透徹的剖析。希望對相關人士能夠有所幫助。
【關鍵詞】隧道開挖、工程施工方案、工程施工技術
中圖分類號：U45 文獻標識碼：A
1、前言
隧道施工中，開挖方法是影響圍巖穩定的重要因素之一。隧道開挖常用的方法有全斷面法、環形開挖留核心土法、臺階法、交叉中隔墻法和雙側壁導坑工法。從工程造價和施工速度考慮，施工方法選擇順序應為：全斷面法正臺階法交叉中隔墻法雙側壁導坑法。本文主要介紹了全斷面法、環形開挖留核心土法和雙側壁導坑工法這三種開挖方法。
2、隧道施工的基本技術原則 因為圍巖是隧道的主要承載單元，所以要在施工中充分保護和愛護圍巖。避免過度破壞和損傷遺留圍巖的強度，使暴露的圍巖盡量保留既有的質量，是最重要最基本的原則。 為了充分發揮圍巖的結構作用，應容許圍巖有可控制的變形。變形的控制主要是通過支護阻力(即各種支護結構)的效應達到的。
3、隧道開挖的三種方法
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，然后修建襯砌的施工方法。全面開挖法適用于以下施工條件：一是I~IV級圍巖，在用于Ⅳ級圍巖時，圍巖應具備從全斷面開挖到初期支護前這段時間內，保持其自身穩定的條件。二是有鉆孔臺車或自制作業臺架及高效率裝運機械設備。三是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1km，否則采用大型機械化施工，其經濟性較差。
2、環形開挖留核心土法環形開挖留核心土開挖法適用于以下施工條件：一是環形開挖進尺宜為0.5-1.0m，核心土面積應不小于整個斷面面積的50%；二是圍巖地質條件差，自穩時間短時，開挖前應按設計要求進行超前支護；三是核心土與下臺階開挖應再上臺階支護完成后、噴射混凝土達到設計強度的70%。
3、雙側壁導坑法 雙側壁導坑法開挖施工應注意以下幾點：一是側壁導坑開挖后方可進行下一步開挖。地質條件差時，每個臺階底部均應按設計要求設臨時鋼架或臨時仰拱。二是各部開挖時，周邊輪廓應盡量圓順。三是應在先開挖側噴射混凝土強度達到設計要求后在進行另一側開挖。四是左右兩側導坑開挖工作面的縱向間距不宜小于15米。
4、確定公路隧道工程實施的準備工作和施工的技術方案
我們在對公路的穿山隧道的建設中，各種管道的布置非常的多，而且在施工中很容易受到現場實際情況的局限，因此，我們在施工中時，必須要遵循相關的規定同時符合相關標準，從而，我們要制定最為合理的管道安裝方案，保證我國公路交通隧道建設的安全健康發展。 1、如何安排施工的作業線。通常情況下，公路交通隧道是利用導洞先行的方式的，澆筑中墻的深度一般是掘進45米，這種方式的依據是公路隧道設計的結構和工程施工現場的地質情況，在這里值得強調的是，在中墻的混凝土必須要大于百分之七十的時候才能夠進入左洞，而對于右洞來說，它的掘進面必須要晚于左洞十米才可以。我們必須要在周圍的巖石變形已經基本穩定后在進行左洞或右洞的第二次模筑襯砌，一旦出現早期我們的支撐強度小或者是周圍巖層變化過大時，則我們必須要首先增強早期的支撐強度，而且還要對二次襯砌設計的參數進行修改。我們一般把掘進面和左洞及右洞的間距控制在25-35m范圍內。因為，這樣我們就可以在進口和出口處就建立了中墻、中導洞、右洞開挖、左洞開挖以及第二次模筑襯砌五道并行的作業流水線，這樣既增加了隧道的施工工作面，這樣同樣可以剪短我們的工程時間。 2、如何做好我們施工當中的通風和防塵工作。一旦在隧道內需要進行爆破，我們則一定要使用濕式鑿巖的工程施工辦法，我們在工程建設時尤其是爆破后必須要進行灑水，目的是盡可能的降低施工環境內的粉塵數量。對于洞內的通風方式我們一般采用壓入式，我們必須同時向左右洞以及中導洞內送風，所以建議使用三臺軸流風機，軸流風機的送風口與工作面的距離不能大于15米。
5、應對公路隧道建設時期的技術處理 1、超前小導管在隧道建設中的技術
（1）制作管道。超前小導管必須使用管道壁厚為5毫米，管道外徑為50毫米的熱軋無縫鋼制作，小導管長度一般我們設計5米。我們一般是把無縫鋼管的一頭上焊上鋼箍，然后把另外一頭壓制成鍛頭，應留400mm作為止漿段，之后再鉆四排注漿孔，注意應沿管壁的四周鉆孔，并且排孔位是要相互錯開的。
（2）鉆孔。確定孔眼的位置時應嚴格的遵照設計的環向間距并以臨近開挖面的鋼支撐作為支點。外插腳應沿鋼支撐的外側進行鉆孔，孔深約為500cm，左洞和右洞約為250cm，中導洞約為320cm。
（3）導管注漿的安裝。鉆孔完成后，應用高壓風進行清孔，安裝完小導管之后應使用牛角泵壓注30號的水泥漿，注漿的壓力應在0.7到1.0MPa的范圍內，當達到壓力時應繼續工作15分鐘再停止注漿。 2、爆破技術。工藝質量是影響隧道施工的關鍵因素，而防排水質量以及開挖和初期的防護又影響著工藝質量，這其中最重要的影響因素就是開挖的質量，開挖的質量取決于鉆爆的質量，因此鉆爆的質量就是影響隧道質量的最重要的因素了。進行石方的開挖作業時，應先在主爆區爆破前爆破出一條貫穿裂縫，并且此裂縫應具有一定的寬度，從而控制爆破對巖體的破壞影響，并且緩沖因爆破所引起的振動波，這樣就能獲得最為憑證的開挖輪廓，這種技術就是預裂爆破技術。 3、特殊地質條件的技術處理
（1）塌方的處理。治理隧道塌方時，應堅持防治結合的方針，預防為主，及時的預報施工現場的地質情況，施工時嚴格的按照設計規范要求進行施工，確保各道工序的施工質量，應根據圍巖的實際情況，控制各道工序間的步序拉開長度，對于地質條件不佳的邊仰坡地段，必須及時的進行量測監控并采取相應的防護措施。
（2）涌水和滲水的處理。洞內治水最重要的原則應是防水和排水相結合。首先應將涌出的水排除處洞外，但是不能影響正常的施工環境，一般反坡的排水方式主要是采用挖積水以及排水泵等機械排水管路排水的方式，而順坡的排水方式則是采用挖臨時排水溝自然排水的方式，其中圍巖處涌水和滲水的治理應是最關鍵的治理步驟。
（3）環境的影響。當前，國家日益重視環境保護與環保，對于我們的公路建設來說，也要順應這個時展的趨勢與潮流，在過程中注重環境問題，在工程設計與方案確定的時候，必須注重對環境的維護與保護工作。 4、設置止水帶并采取相應的控制措施。對于襯砌防水混凝土空隙進行灌注施工的時候，一般會預留防水混凝土的施工縫，這個施工縫要有相應的防排水措施。對于在復合式襯砌中，常用的止水措施就是使用塑料或者橡膠性質的止水帶。在后續的二次澆筑之前，對于上層澆筑的混凝土應該用鋼絲刷進行刷毛處理，或者可以在上層混凝土澆筑后4- 12小時內，使用高壓水把混凝土表面沖擊干凈平整，在過程中必須保證止水帶的接頭處理良好，在混凝土的澆筑施工中要避免對止水帶找出破壞，時刻檢查是否造成止水帶的位置變化，一旦發生接頭不緊密、割破或者位置變化等，一定的及時處理與調整，盡量保證止水帶作用的最良好的發揮。要保證止水帶有專業的固定和防止位移的措施或者設備，同時接頭的大小也要符合相關標準要求同時要保證止水帶有專業卡環固定并延伸到兩端混凝土中去，在施工檢查過程中要做好詳細的記錄，對于存在和發現的問題，要及時處理與補救 。
【結束語】在公路工程建設中，隧道工程是公路工程中最關鍵且難度最大的建筑部分，尤其是近些年來，隨著西部的不斷開發與發展，堅持國家西部開發的戰略，順應著這種趨勢與潮流，高等公路工程不斷從沿海地區向西南西北山嶺地帶延伸與發展，我國的公路總量不斷增加，涉及的廣度與范圍越來越大，相應的，這對于公路隧道的建設有了新的更高的要求與標準。論文主要就公路隧道開挖方法，施工的準備工作以及技術方面的進行詳細的探討與論述，并對相應的現實的施工技術狀況進行分析與闡述。希望對相關人士能夠有所幫助 。
隧道開挖方式范文第2篇
關鍵詞：隧道；開挖；石方爆破；
1工程概況
1.1工程簡況
本工程起點位于機場高速公路平沙立交北側，至江村水廠圍墻止。管線樁號里程長度約5.4km。采用一條DN2400，主管管材為鋼管，主要以開挖埋管方式敷設。工程內容包括管道敷設及相關附屬設施（頂管井、排氣閥井、排泥閥門井等）建設。本工程施工中遇到中風化紅砂巖，頂管無法頂進，亦無法采取人工進行開挖需要采用爆破對巖石進行爆破開挖。
1.2爆區環境
頂管隧道埋深約7.0m，東面距離機場高速約20米，南北向上方分布有110kv嘉龍線，其中03號塔位于頂管隧道一側，水平距離約5米，西面距離石馬變電站圍墻約15米。
2爆破方案選擇
本工程隧道爆破開挖直徑為2.5米，根據地質資料該段隧道所處地層巖石主要為中風化紅砂巖，人工掘進較為困難。為盡量減少施工對電力設施的影響，控制地表沉降，隧道開挖施工中盡量采用人工配合風鎬進行施工，在掘進較為困難時，采用“微振光面爆破技術”進行開挖施工。每循環鉆孔前，打3.0m超前鉆，探明前方地質，后后續工作做好充分準備。
3爆破參數設計
因隧道通過的圍巖大部分為IV類，因此本方案鉆爆設計按IV類考慮。
1）鉆孔直徑Φ
根據手風鉆的鉆孔特點和爆區的地形地質條件，鉆孔直徑取Φ42mm。
2）鉆孔形式
為了便于施工和準確控制鉆孔方向，采用水平鉆孔形式。
3）炸藥、雷管選型
為了便于裝藥和防水，選用乳化炸藥，結合鉆孔直徑，藥卷直徑選用Φ32或Φ20兩種。
雷管采用毫秒導爆管雷管，孔內微差爆破。
4）布孔方式
首先選擇掏槽方式和掏槽孔的位置，然后布置周邊孔，最后根據斷面大小布置輔助孔。
掏槽孔比其它炮孔深200mm左右；幫孔和頂孔一般布置在掘進斷面輪廓線上，并符合光面爆破的要求，孔底應超出設計輪廓線100mm左右；底孔孔口要高出底版設計水平150mm左右；孔底應達到底版水平下100mm～200mm，孔深宜與掏槽孔相同，以防欠挖；孔距和抵抗線與輔助孔相同。
從能量均勻分布的觀點和本工程的實際要求，輔助孔和掏槽孔采用環形布孔，掏槽孔采用楔形、菱形等布孔方式，輔助孔采用梅花狀均勻布孔，所有周邊孔一律為光爆孔。光爆孔間距取400mm，最小抵抗線取450mm；輔助孔間距取500mm～600mm，排距取600mm～700mm；掏槽孔間距取600mm～800mm。布孔方式及相關爆破參數如下圖表所示。具體參數在試爆后作進一步調整。
本工程隧道全為圓形標準斷面，開挖內徑為2.5米。
隧道爆破鉆孔布置示意圖
隧道爆破參數表
炮孔名稱 孔數（個） 孔深（米） 孔距（米） 雷管段數選擇 單段裝藥量（kg） 總裝藥量
（kg）
掏槽孔 3 1.0 0.6 1 1.2 1.2kg
輔助孔 9 0.8 0.6 5、6 1.5 2.7kg
周邊孔 20 0.8 0.4 7、8、9 2.1 6.0kg
小計 32 9.9
正式爆破作業前進行試爆，根據試爆結果進一步調整爆破參數。
5）起爆網路。
設計爆破網絡為孔內微差，導爆管雷管一般跳段使用，使段間間隔時間大于50ms，防止地振波相疊加而產生較大的振動。
隧道爆破時，為了避免雜散電流的影響，采用電雷管起爆非電網路。網路采取孔內微差，孔外大把扎的形式。用電雷管起爆導爆管網絡時，單發電雷管起爆的導爆管數不宜超過20根，并且導爆管應均勻分布在雷管周圍，綁扎緊，而且雷管的聚能穴方向與導爆管傳爆方向相反。
6）裝藥結構和填塞
掏槽孔和輔助孔采用反向耦合連續裝藥（如圖示），周邊孔采用正向不耦合間隔裝藥（如圖示）為了確保爆破效果炮孔的填塞長度一般不得小于炮孔長度的1/3。
掏槽孔和輔助孔裝藥結構示意圖
周邊孔裝藥結構示意圖
7）起爆方式及順序
起爆方式采用微差爆破，先起爆掏槽孔，接著起爆輔助孔和周邊光爆孔。
4安全校核
4.1、爆破震動
根據《國家爆破安全規程》規定：一般磚房安全震速2-3cm/s，鋼筋混凝土框架結構樓房為5cm/s．為了確保鄰近建造物的安全，爆破地震速度必須小于上述規定數值，對在建筑物附近爆破施工時，進行建筑物至爆區在不同的距離條件下的最大一段裝藥量的計算，以防爆破地震效應。
根據公式V=k(Qm/R)α
V-----爆破地震安全速度，cm/s。
Q-----微差爆破最大一段裝藥量，kg
R-----爆破區至被保護物距離，m
m-----藥量指數，取m=1/3
k-----與爆破場地條件有關系數，取k=150
-----衰減指數，本工程取=1.8。
以2 cm/s作為最大安全震速，最大裝藥量與最大安全距離詳見下表：
距爆點距離 15M 20M 25M 30M
最大單段藥量 2.53 5.99 11.71 20.24
本工程距離周邊建筑物最近的爆破施工點為距離爆區15米外的石馬變電站廠房，施工時最大單段起爆藥量＜2.1Kg，所產生的爆破振動不會對其造成破壞。
4.2 空氣沖擊波
根據公式： R=K(Q)1/2，m
式中： R----爆破空氣沖擊波安全距離，m
Q----裝藥量，kg
K----與裝藥量條件和爆破程度有關的系數
爆破時應保證炮孔有合理的回填，即可大減弱空氣沖擊波的危害。在隧道開挖時，認真做好人員的疏散工作，遠離隧道口。就可防止空氣沖擊波的危害。五、 施工方法
針對爆破工作技術性強，工序多，為了保證爆破工作有條不紊地進行，必須有良好的施工組織。
首先對鉆孔工人進行技術交底，將布孔原則，鉆孔允許偏差等技術要求傳達給所有施工人員。
設計及有關人員事先將炮孔中心位置按設計圖用鋤頭挖小孔準確標在爆區內。
安排有經驗的鉆工，打水鉆進行鉆孔，同時必須佩戴防塵口罩，嚴格按炮孔布置設計圖鉆孔，嚴禁在殘孔上鉆孔。
炮孔鉆好，由技術人員驗收，偏差不大于20cm為合格 ,抵抗線偏差大的孔應廢棄，驗收合格后方可裝藥施工。
為了現場機械設備及施工人員的安全，裝藥爆區范圍內必須初步警戒，甲方須協助現場清理工作。
裝藥前用壓風吹孔，將炮孔泥砂吹凈，由專業爆破作業人員將炸藥送到相應的孔位，放好雷管；藥卷要裝到底，藥卷間不留空隙、泥砂，然后堵塞。堵塞用木質炮棍堵粘土，嚴禁使用鐵器沖擊炮孔內藥包，雷管，裝藥由專業技術人員指導，由熟練的炮工持證上崗作業。
以上工作全部完工后，由有經驗的操作人員聯網，經反復檢查后無誤開始警戒。
5施工安全管理
(1) 施工前對有關人員進行技術培訓和安全教育，認真學習《爆破安全規程》的有關規定及《爆破設計方案》。
(2) 施工前應張貼爆破“安民告示”。
(3) 嚴格按炮孔布置圖鉆孔、驗收、裝藥。
(4) 分臺階裝填的炮孔數，以一次爆破為限。
(5) 起爆網路采用普通毫秒電雷管作為起爆元件來激發導爆管，導爆管傳遞沖擊波激發起爆元件（即非電毫秒雷管）。網路連接是通過卡口塞將激發元件（雷管）、傳爆元件（導爆管）和起爆元件連接起來。用雷管起爆導爆管時，單發雷管起爆的導爆管數不宜超過20根，并且導爆管應均勻分布在雷管周圍，綁扎緊，而且雷管的聚能穴方向與導爆管傳爆方向相反。
(6) 電雷管腳線和連接線、腳線和腳線，連接線與母線，接頭都必須懸空，不得同任何物體相接觸或被水淹沒。爆破前，爆破母線必須扭接短路。
(7) 用起爆器起爆，起爆器的鑰匙必須由爆破員隨身攜帶，不得轉交別人，不到爆破通電時，不得把鑰匙插入起爆器，起爆后必須立即交鑰匙拔出，摘掉母線扭結成短路。爆破母線連接腳線，檢查線路和通電工作，只準爆破員一人操作。
(8) 通電以后裝藥炮孔不響時，爆破員必須先取下鑰匙，并將爆破母線從起爆器上摘下，扭結成短路，至少等15分鐘后，方可沿線檢查，找出不響的原因。爆破后也要等30分鐘后，經充分通風后，人員方可到達爆破地點。
(9) 處理盲炮必須遵守下列規定：
1)由于連線不良造成盲炮，可以重新連線起爆；
2)在距盲炮至少0.3米處另打同盲炮平行新炮孔，重新裝藥爆破；
3)嚴禁用風鎬，鏟蝕或從炮孔中取出原放置的引藥或從引藥中拉出雷管，嚴禁將炮孔殘底(無論有無殘余炸藥)繼續加深；嚴禁用打孔方法往外掏藥；嚴禁用壓風吹這些炮孔；
4)處理盲炮的炮孔爆炸后，爆破員和清渣工必須詳細檢查炸落矸石，收集未爆電雷管。
5)在盲炮處理完畢以前，嚴禁在盲炮點附近進行同處理盲炮無相關的工作。
(10) 施工中及時清除臺階和圍巖邦壁浮石，防止掉渣石片打傷人，工作臺階不得留有傘檐。
(11) 保險柜儲存當天所需火工品，火工品運輸、儲存、領用、登記、退回按《爆破安全規程》和廣州市公安局的規定執行。
(12) 爆破員、倉管員必須持證上崗。
6結語
隧道開挖方式范文第3篇
關鍵詞公路隧道 進洞支護開挖方案比選確定
1、 工程概況
磨河村隧道位于陜西省安康市漢濱區關家鄉境內，為雙向四車道高速公路分離式長隧道，出口洞門形式為明洞式，左線全長：2090m，右線全長：2115m。建筑限界：寬度10.25m，高度5.0m。
整座隧道，圍巖破碎，穿越地質斷層帶，地質情況復雜，容易發生塌方、突泥、涌水等地質災害，施工難度較大。隧道洞口處位于磨河村九組附近，地表為第四系殘坡粉質粘土，夾雜碎石，局部露巖體為強風化云母片巖。巖質較軟。埋深較淺，開挖跨度較大，圍巖自穩能力差，本工程工期要求較緊，為十天高速公路全線的控制性工程，所以確定正確的安全的進洞方案和軟弱圍巖的安全掘進是本隧道施工的關鍵。
2、 隧道進洞方案及采取措施
本隧道洞口段均屬于V級軟弱云母片巖，洞頂為覆蓋層膨脹性土體，山坡面植被茂密。結合現場實際情況，按十天高速公路安康東管理處的要求，將十天高速公路建成交通部要求的西部生態樣板工程。決定洞口“零開挖”進洞。洞口“零開挖”是在隧道洞口施工中，通過采取一定的輔助工程措施或改變施工方法等手段，以最大限度少開挖山體，保持山體穩定、保護原生植被和自然生態。“零開挖”不僅僅具有工程上的意義，而且更重要的是環保意義，即通過減少開挖，不僅要保證山體穩定以及運營安全，還要保護原生植被與原始生態，實現工程對自然的最小破壞，達到工程與自然環境協調、和諧發展的目標。
2.1超前大管棚
隧道設計在出口左線ZK99+018-ZK99+048、右線K99+076-K99+106范圍內設置超前大管棚，以加強圍巖穩定性，保證進洞安全。
洞口段φ108*6大管棚注漿, 管棚鋼管采用熱扎無縫鋼管；鋼管分6米和5米的節段，每節鋼管一端預加工成外絲扣，另一端加工成內絲扣，以便互相連接, 絲扣長度為15cm。隧道進口進洞大管棚一環共計29根，每根32m長 ,間距40cm,設計外插角度1-2°(不含設計縱坡)，方向與線路方向平行。
管棚搭設時通過套拱定位，套拱內設Φ127*4導向管；套拱內設3榀Ⅰ20a工字鋼拱架，導向管與鋼拱架焊接在一起。
鋼管上按梅花形間距10cm鉆6-8mm的小孔，打設后在鋼管中壓注水泥漿，注漿初壓0.5-1MPa，終壓1.5-2.5Mpa；注漿結束后在鋼管內放入由3根Φ22鋼筋制成的鋼筋籠，然后用30號水泥砂漿充填，以增強鋼管的強度和剛度。超前大管棚套拱拱腳處地基承載力應不小于450Kpa,當不能滿足要求時應采用擴大基礎進行處理。
管棚注漿孔大小φ6-8，間距10cm，交錯布置，見下圖。
⑴鉆孔平臺
⑴在明暗分界線處，施工大管棚前測量人員準確測設出隧道中心線及開挖輪廓線，平臺長約7m預留核心土，因管棚鋼管為4米、6米互節，作為管棚施工的操作平臺。
⑵護拱鋼架安裝
根據測量明暗分界線2米處各安設3榀鋼拱架，拱架安裝保證拱架中線的準確位置，其安裝的垂直度、內凈空尺寸應控制在允許誤差范圍內。每一榀拱架間距0.75米，焊接Φ22鋼筋作為縱向聯接筋，使兩榀拱架形成整體，拱腳處打設鎖腳錨管。
⑶導向鋼管
在聯接好的每榀鋼拱架上安設管棚Φ108導向鋼管（導管長度為2m,管徑應大于管棚直徑20～30mm），導向鋼管數量、環向間距和外插角與大管棚一致。測量精確定位導向鋼管，使大管棚鋼管位置、方向也準確無誤，導向鋼管與鋼拱架焊為整體，隨后立模灌筑導拱，導拱施作完畢，噴射砼封閉周圍仰坡面。
⑷注漿工藝
安裝管棚機，管棚機從導向管內鉆孔，管棚鋼管由機械頂進，頂進時采用6m和5m節長的管節交替使用，以保證隧道縱向同一斷面的接頭數不大于50%，管棚鋼管頂到位后，管棚鋼管與導向鋼管間隙用錨固劑封堵，以防注漿時冒漿。
3 軟弱圍巖大斷面開挖與支護技術
3.1施工方法：
大斷面隧道軟弱圍巖開挖與支護是分步驟進行的，每一步都和下部施工相互影響。開挖方法和順序的不同，關系到施工效率、施工安全、支護體系的安全和變形的大小。所以針對具體的隧道，選擇安全可靠又經濟合理的施工方法是十分重要和必要的。
大斷面軟弱圍巖開挖方法常用的有：臺階法、臺階分部開挖法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法，但在應用過程中均有不同程度的弊端，本隧道在比照優化的基礎上，提出了正臺階預留核心土開挖與支護的施工方案。
3.2 施工方案的選擇與優化
3.2.1 臺階法施工
臺階法施工雖然在施工工序少，施工難度底，施工進度快，但安全性差，穩定性差，適用于自穩能力較好的巖層，不適用于泥巖等穩定性差的圍巖開挖。
3.2.2 臺階分部開挖法
臺階分部開挖法施工工序多，雖然第一步開挖施工臨空面小，但下幾步開挖對前部支護的穩定性有很大的影響。由于支護體系分幾步成型，較難形成閉合的受力體系，且施工干擾大，施工速度慢，不能滿足大型施工機械的施工要求。
3.2.3 單側壁導坑開挖法
單側壁導坑開挖法較安全，穩定性較好，但施工難度大，施工工序較多，施工速度慢，較難形成一個閉合的支護受力體系。且會造成較大的成本投入。
3.2.4 雙側壁導坑法
雙側壁導坑開挖較安全，支護較穩定，但施工難度較大，施工工序很多，施工速度慢，不滿足大型機械施工要求，且會造成很大的成本投入。
3.2.5 正臺階預留核心土法
正臺階預留核心土法是將開挖斷面分成環形拱部，上部核心土與下部臺階三部分，上部形成環形拱部開挖，使開挖臨空面減小，便于初期支護體系一次施作成型，形成閉合受力體系，結構合理。上部預留核心土以擋護開挖工作面，對掌子面起到很好的穩定作用，且施工時能迅速及時地施作拱部初期支護，使開挖作業面穩定。核心土和下部臺階開挖都是在拱部初期支護完成后進行，施工速度快，便于大型機械施工，也最大可能地節約了成本。磨河村隧道軟弱圍巖段采用正臺階預留核心土施工方案。
4結束語
綜上所述；作者通過對該工程一段時間的施工實踐，對軟弱圍巖大斷面推進支護有以下幾點建議：
⑴在進行施工前，必須通過比選得出較合理的施工方案，盡量減少開挖次數，使初期支護盡早形成封閉的支護體系。在確保安全的前提下，力求節約成本和加快施工進度，且施工方案要在施工過程中進行針對性的調整優化，使之趨于更合理。
⑵為確保洞口段的安全，在上部開挖后，可設置臨時仰拱，以確保洞口段的臨時安全，并盡可能早地施做洞口段下部工程和仰拱，使支護形成閉合環，防止暴雨等不利因素對洞口段造成破壞。
隧道開挖方式范文第4篇
關鍵詞：隧道工程 淺埋偏壓 施工技術 數值模擬分析
中圖分類號：U459.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0075-04
新建鐵路合福線合肥至福州段HFZQ-2標段起訖里程為DK32+058～DK122+089，線路長度為90.031 km，位于安徽省境內，標段起點至巢湖主要為江淮沖積平原壟崗地貌區，崗地坳谷相間，地形開闊，地勢略有起伏，地面標高21～50 m；局部地段為一級階地，低山丘陵地形起伏較大，相對高差80～150 m，植被較發育；河流一級階地地勢平坦，地面標高5～10 m。巢湖一帶為巢湖湖積平原區及清溪河、裕溪河一級階地，地勢較平坦，地面標高6～8 m；局部地段為剝蝕低山區，地形起伏較大，相對高差50～100 m，植被發育。標段內地形平坦、開闊，區內城鎮較多，交通便利。本標段共分布隧道4座，均為雙線隧道，隧道總長2.631 km。其中1 km
1 擬采用的施工方案分析
在建合福高鐵安徽段萬山隧道位于合福線合肥至福州段，隧道全長520 m，隧道進出口里程分別為：DK60+787、DK61+307。隧道穿越向斜構造，地貌屬于剝蝕低山區，地勢起伏小，自然坡度約15°～25°，右側存在偏壓問題。出口DK61+215～DK61+272段原設計是Ⅴ級圍巖，建議采用六步CD法在57 m長的隧道范圍內開挖施工。現場勘查得出，里程為DK61+215的掌子面是強風化淺黃色泥巖，存在為基巖裂隙水的地下水，一般發育。為確保隧道的施工安全，對隧道該段采用不同施工隧道的適用性進行系統分析，以期在此基礎上確定隧道該段的施工方案，指導該隧道的施工。
1.1 施工方案的初步比選
各擬采用施工方案分別為中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、雙側壁導坑法、底部雙洞法、三臺階仰拱法與新意法。CD法施工步序如圖1所示，施工步序如下：首先縱向接長鋼架，施做超前支護，開挖1分部巖體，及時施做初期支護與臨時支護，施做鋼拱架鎖腳錨桿；當1分部掌子面超前2分部掌子面適當距離后，開挖2分部巖體，橫斷面上接長初期支護與臨時支護，如此，按序號排列，施工3、4、5、6分部；然后逐段拆除仰拱區域內的臨時支護，拆除長度由現場監測結果分析來定，一次拆除長度要小于10 m，拆除臨時支護后要及時施做仰拱部二襯及仰拱回填；然后再逐段拆除余下來的臨時支護；最后借助襯砌模板臺車一次性施做余下來的二次襯砌。
CRD法施工步序如圖2所示，施工步序如下：首先縱向接長鋼架，施做超前支護，開挖1分部，及時施做初期支護及臨時支護，施做鋼拱架鎖腳錨桿；當1分部掌子面超前2分部掌子面適當距離后，開挖2分部，橫斷面上接長鋼架，及時施做初期支護及臨時支護，如此，按序號排列，施工3、4、5、6分部；然后逐段拆除仰拱區域內的臨時支護，拆除長度由現場監測結果分析來定，一次拆除長度要小于10 m。拆除臨時支護后要及時施做仰拱部二襯及仰拱回填；然后再逐段拆除余下來的臨時支護；最后再借助襯砌模板臺車一次性施做余下來的二次襯砌。
雙側壁導坑法施工步序如圖3所示，施工步序如下：首先縱向接長鋼架，施做超前支護，開挖1分部，及時施做初期支護及臨時支護，施做鋼拱架鎖腳錨桿；其次當1分部掌子面超前2分部掌子面適當距離后，開挖2分部，橫斷面上接長鋼架，施做初期支護及臨時支護，如此，按照序號排列，施工3、4、5、6、7分部；然后逐段拆除仰拱區域內的臨時支護，拆除長度由現場監測結果分析來定，一次拆除長度要小于10 m，拆除臨時支護后要及時施做仰拱部二襯及仰拱回填；然后再逐段拆除余下來的臨時支護；最后借助襯砌模板臺車一次性施做余下來的二次襯砌。
三臺階仰拱法施工步序如圖4所示，施工步序如下：首先縱向接長鋼架，施做超前支護，開挖1分部，及時施做初期支護，施做鋼拱架鎖腳錨桿；其次當1分部掌子面前進適當距離后，開挖2分部土體，橫斷面上接長鋼架，施做初期支護，如此，按照序號排列，施工3、4分部；然后根據監測結果的分析，在適當的時候，施做仰拱二襯及隧底填充；最后借助襯砌模板臺車一次性施做二次襯砌。
新意法施工工序如下：首先采用適當數量、適當長度的玻璃纖維構件加固超前核心土；其次全斷面開挖，每循環長度0.7～1 m；待開挖至被加固超前核心土剩余適當長度后，停止開挖，再采用適當數量、適當長度的玻璃纖維構件加固超前核心土，然后再開挖。在開挖過程中，一旦出現新的掌子面或者隧道開挖輪廓面，要立即對其噴適當厚度的噴射混凝土，以保護掌子面與邊墻，開挖后要立即架設鋼拱架，并要確保新架設的鋼拱架與已架設的鋼拱架連接牢固，架設拱架完畢后，噴射鋼纖維混凝土，完成初期支護的施做，厚度約40 cm；在距掌子面大于1倍洞徑的地方施工邊墻和仰拱，并且澆筑邊墻與仰拱；在距掌子面大于5倍洞徑的地方澆筑二次襯砌。
2.1 各施工方案施工適應性對比
萬山隧道圍巖地質條件復雜，圍巖軟弱，施工難度大，工程地質主要以砂巖、砂礫巖、灰巖夾頁巖為主。隧道為大斷面隧道，隧道整個斷面面積約為140 m2，跨度為14.8 m，高為13.2 m，因此它算得上是大斷面隧道。在隧道施工中，斷面面積大會造成很多的施工風險，圍巖形變壓力大，擠壓變形很嚴重。
采用中隔壁法（CD法）施工時大斷面被分割成6個小斷面，只是2分部與5分部交界處無臨時橫撐，4分部與6分部交界處也無臨時橫撐，各分部掌子面錯開一定距離后同時開挖，各分部開挖斷面小，掌子面的穩定易得到保證；同時，各分部斷面面積小，施工作業循環快，開挖后支護可及時施做；若地質狀況發生變化，該方案可迅速轉變為CRD法或三臺階仰拱法等；對大斷面隧道的拱頂沉降起到一定的控制作用；但該方法臨時支護多，施做與拆除均較麻煩，不便于大型機械化施工。采用交叉中隔壁法（CRD法）施工，大斷面被分割成6個小斷面，與CD法不同的是，2分部與5分部交界處有臨時橫撐，4分部與6分部交界處也有臨時橫撐，各分部掌子面錯開一定距離后同時開挖，各分部開挖斷面較小，掌子面的穩定易得到保證；同時，各分部開挖斷面面積小，施工作業循環快，開挖后支護可及時施做；且該方法可隨著地質變化改變成三臺階仰拱法、CD法等，對地質變化的適應性較強，對大斷面的拱頂沉降與周邊水平收斂能起到抑制作用；但與CD法相比，臨時支護較多，施做與拆除更麻煩，施工作業空間更加狹窄，不便于大型機械化施工。
采用雙側壁導坑法施工，大斷面被分割成7個小斷面，斷面分割更細，掌子面的穩定更易得到保證；1、2分部組成一個超前導坑，3、4分部組成一個超前導坑，兩側超前導坑可準確預知前方地質，及時采取必要措施改良不良地質；由于超前導坑的開挖與及時支護，隧道邊墻水平收斂易得到抑制；但當地質發生變化后，轉變為其它施工方法比較困難；且各分部斷面小，不便于大型機械化施工。新意法全斷面一次性開挖，便于大型機械化施工，施工速度極快；必須做足地質勘查，制定出非常詳細的支護方案后方可施工；加固超前核心土，需要大量的玻璃纖維構件；時刻監測掌子面的擠出變形，一旦有異常，立即加強超前核心土的加固；比起前幾種施工方案，新意法有著更為復雜的勘查工作、診斷工作與監測工作。當地質條件變好后，轉變為其它施工方法較易。
采用三臺階仰拱法施工，大斷面被分割成4個斷面，斷面分割較粗，但初期支護連接較易，較牢靠。施工循環快，整個大斷面隧道初期支護封閉一次，需要花費的工序較少；當地質變化后，轉變為其它施工方法較易；且便于大型機械化施工，施工速度快；同時無臨時支護，施工作業較為簡便。
通過以上分析可知：（1）針對萬山隧道的圍巖自穩能力差，為了避免萬山隧道一出現異常就出現大的異常，甚至會到無法控制的局面，萬山隧道適合采用小斷面施工，適合采用人工開挖或小型機械化施工，因此，新意法不便于被采用。（2）針對隧道中已完成施工的支護易開裂的情況，在隧道施工中要及時封閉大斷面初期支護結構，尤其施工中要盡可能保證大斷面隧道拱部初期支護的一次性施做，避免施工中大斷面隧道拱部出現偏壓現象，因此，三臺階仰拱法較為適合。根據萬山隧道本身所特有的工程特性，結合以上的分析，初步選出三臺階仰拱法為隧道的初定施工方案。
3 大斷面客運專線隧道三臺階施工穩定性分析
3.1 有限元模型及參數
依據萬山隧道Ⅴ級圍巖洞身段的地質條件，并且隧道結構開挖地域屬于淺埋位置，所以在計算分析時應該把自重作用下的初始應力場著重考慮，先不考慮構造應力的對其影響，在Ⅴ級圍巖設計方案中考慮了超前支護進行初始地應力的計算，超前支護是在隧道頂部預先施工的頂管棚。根據圣維南原理，對于山嶺隧道，數值模擬中的圍巖尺寸一般取隧洞開挖斷面的3～5倍洞徑（或洞跨），模型邊界沿模型x方向取50 m，沿負x方向也取50 m，沿負y方向取40 m，沿y方向取至平均地表，沿負z方向取60 m，整個隧道模型建成后的大小為100 m×100 m×60 m，隧道開挖軸線方向2 m一個網格，模擬施工中的步距。圍巖采用solid單元模擬，初期支護與臨時支護采用shell單元模擬。（表1）
3.2 各施工方案數值模擬步驟
三臺階仰拱法施工模擬步驟中各分部情況如圖5所示，施工模擬步驟為：首先建立三維實體模型，施加重力加速度和邊界條件，求解；其次開挖上臺階土體，縱向開挖至2 m處，及時施作初期支護，求解；保持上臺階土體繼續開挖以及繼續及時施做初期支護，開挖步距為2 m，開挖一步，求解一步，當上臺階開挖至4 m時，同時開挖階土體至2 m處，及時施作初期支護，求解；保持上、階同時開挖以及同時及時施做初期支護，開挖步距為2 m，開挖一步，求解一步，當階開挖至6 m時，同時開挖下臺階土體至2 m處，及時施做初期支護，求解；保持上、中、下臺階同時開挖以及同時及時施做初期支護，開挖步距為2 m，開挖一步，求解一步，當下臺階開挖至12 m時，同時開挖底部仰拱部分土體至2 m處，及時施做初期支護，求解；保持各分部同時向前開挖，開挖步距為2 m，開挖后及時施作初期支護，求解，開挖一步，求解一步，直至隧道全部挖通為止。
3.3 數值模擬結果分析
取模型中Z=-30 m斷面為研究斷面，斷面Z=-30 m～斷面Z=-32 m的模型為研究模型。研究斷面上圍巖第一次被施工一直至研究斷面上大斷面隧道的初期支護封閉成環，這一施工階段被取為關鍵施工階段。在關鍵施工階段，研究模型中研究斷面上圍巖累計沉降位移場如圖6所示，由此圖可以看出：（1）上臺階穿越研究斷面后，研究斷面上拱部上側附近出現了較大的累計沉降區域，最大沉降點出現在拱頂。上臺階底部全部向上隆起，最大隆起點為上臺階底部中點。這是因為研究斷面上上臺階突然被開挖，圍巖向隧道內移動，應力釋放，導致出現了較大的沉降與上隆。（2）階穿越研究斷面后，研究斷面上拱部上側附近出現了更大的累計沉降區域，最大沉降點還是拱頂點。階底部出現了更大的圍巖隆起區，隆起現象更加嚴重。（3）下臺階穿越研究斷面后，研究斷面上拱部上側附近圍巖大規模大位移沉降現象得到緩解，但拱頂附近沉降仍在繼續增加。下臺階底部圍巖大規模大位移隆起現象也得到緩解。（4）底部穿越研究斷面后，研究斷面上初期支護得以封閉成環，拱部附近圍巖沉降已基本上得到控制，仰拱底部圍巖上隆也一樣，沒有產生過大的異常變形。這說明初期支護封閉成環后，整個結構已基本上趨于穩定。
關鍵施工階段圍巖主應力場分析：在關鍵施工階段，研究模型中研究斷面上圍巖最大主應力場如圖7所示。由圖可看出：（1）當上臺階穿越研究斷面后，研究斷面上圍巖中上臺階底部靠近左右拱腳處出現了較小的拉應力集中，最大值為1.13 MPa，上臺階底部出現方形拉應力區，應力值都很小，隧道附近圍巖除此處拉應力區外，其余皆為壓應力區。原因在于，研究斷面上上臺階被開挖，造成了相當大的臨空面，拱頂附近圍巖在豎向壓力作用下向隧道內移動，迫使拱腳分別向隧道兩側圍巖內移動，使得上臺階底部出現拉應力區，尤以底部靠近拱腳處為最大。（2）當階穿越研究斷面后，研究斷面上圍巖中階底部出現了弓形拉應力區，階底部靠近拱腳附近出現了拉應力集中，最大值為0.597 MPa，比上臺階穿越研究斷面后圍巖產生的最大拉應力值小了47%，但拉應力區域有所增大。階拱腳處出現了較大的壓應力集中，最大壓應力值為0.92 MPa。（3）當下臺階穿越研究斷面后，研究斷面上圍巖中下臺階底部雖出現了拉應力區，但比起階穿越研究斷面后圍巖產生的拉應力區，不僅區域變小，最大拉應力值也小了10.5%。階拱腳處有較大的壓應力區域，但比起階穿越研究斷面后圍巖產生的階拱腳處壓應力區域要小很多。（4）當底部穿越研究斷面后，研究斷面上隧道附近圍巖中均出現了壓應力區域，從整體上看，隧道附近圍巖中并未出現應力集中現象。
施工完成后初期支護結構主應力分析：施工完成后初期支護結構的最大與最小主應力場如圖8所示，由圖可看出：（1）就最大主應力場來說，初期支護拱頂外側大部分區域受壓，只在洞口處出現小范圍的拉應力區，最大壓應力值為0.465 MPa。初期支護結構拱頂內測區域全部受拉，洞口處部分區域發生拉應力集中，其最大值為24.6 MPa，此區域在施工中要特別注意，及時加強此區域的初期支護，必要時要加一些臨時支護來確保此區域的初期支護不被拉裂。隧道邊墻初期支護內側均受拉，拉應力不大，外側均受壓，壓應力也不大。隧道底部仰拱初期支護外側受壓，內側受拉，應力值都不大。（2）就最小主應力場來說，初期支護拱頂外側全部受壓，拱頂內側也是全部受壓，只是壓應力值普遍小于外側的，隧道邊墻初期支護外側均受壓，洞口處部分區域出現壓應力集中，最大值為22.9 MPa，此區域在施工中也要特別注意，及時加強此區域的初期支護，必要時要加一些臨時支護來確保此區域的初期支護不被壓碎，隧道邊墻初期支護內側大部分區域受壓，壓應力值小于外側的壓應力值，洞口處部分區域初期支護內側出現拉應力集中，最大拉應力值也不大。隧道仰拱初期支護內側全部受拉，外側有的區域受拉，有的區域受壓，最大拉應力值出現在仰拱初期支護內側，其值為0.0298 MPa。
4 大斷面客運專線隧道三臺階臨時仰拱法
4.1 開挖施工工藝及注意事項
萬山隧道洞口段Ⅴ級復合段、Ⅳ級加強段以及部分隧道Ⅴ級加強段采用臺階加臨時仰拱法施工，施工步序如下：（1）上部臺階開挖，開挖①部臺階；施作①部洞身結構的初期支護，即噴射4 cm厚混凝土，架立鋼架；鉆設系統錨桿后復噴混凝土至設計厚，底部噴10 cm混凝土封閉。（2）中部臺階開挖：上臺階施工至適當距離后，開挖②部臺階，接長鋼架，施作洞身結構的初期支護及封底，參見工序①進行。（3）下部臺階開挖：第一步：開挖③部臺階，及時封閉初期支護。參見工序②進行。（4）二次襯砌：第一步：灌筑該段Ⅳ部仰拱。第二步：灌筑該段Ⅴ部隧底填充。第三步：利用襯砌模板臺車一次性灌筑二次襯砌（拱墻襯砌一次施作）。
隧道該段初期支護采用中空注漿錨桿、砂漿錨桿、鋼筋網、格柵鋼架、型鋼鋼架、噴射混凝土。支護緊跟開挖面及時施作，盡量減少圍巖暴露時間，抑制圍巖變形，防止圍巖在短期內松弛剝落。鋼架、鋼筋網和錨桿在洞外構件廠加工，人工安裝鋼架，掛設鋼筋網，錨桿臺車或風動鑿巖機施作系統錨桿，噴射機械手濕噴混凝土或濕噴機噴射混凝土。施工注意事項如下：（1）在軟巖土層中施作時，環向隔開一定距離隔孔鉆進，避免巖體注水太多可能導致圍巖面滑坍。（2）漿液嚴格按配合比配制，并隨用隨配。為保證注漿效果，止漿塞打入孔口不小于10 cm，而且待排完氣后立即用快凝水泥砂漿封閉止漿塞以外的孔隙，保證在規定壓力下漿液不致竄出。（3）噴射中如有脫落的石塊或混凝土塊被鋼筋網卡住時，及時清除。
4.2 仰拱混凝土工藝
測量放樣，由內軌頂標高，反算仰拱基坑底標高。采用挖掘機一次性開挖到位（全斷面開挖爆破一次到位，暫不出碴），人工輔助清理底部浮碴雜物。將上循環仰拱混凝土接頭鑿毛處理，按設計要求安裝仰拱鋼筋，并預留與邊墻襯砌連接筋。自檢合格后，報監理工程師隱蔽檢查并簽證，混凝土輸送車運輸灌筑，插入式振動棒搗固。為能盡早便于行車，采用早強型混凝土。仰拱和底板施工符合下列要求。
（1）施工前將隧底虛碴、雜物、泥漿、積水等清除，并用高壓風將隧底吹洗干凈，超挖采用同級混凝土回填。
（2）仰拱超前拱墻二次襯砌，其超前距離保持3倍以上襯砌循環作業長度。
（3）底板、仰拱的整體澆筑采用防干擾作業平臺保證作業空間；仰拱成型采用浮放模板支架。
（4）仰拱、底板混凝土整體澆筑，一次成型。
（5）填充混凝土在仰拱混凝土終凝后澆筑，不同時澆筑。仰拱拱座與墻基同時澆筑，排水側溝與邊墻同時澆筑。
（6）仰拱施工縫和變形縫作防水處理。
（7）填充混凝土強度達到5 MPa后允許行人通行，填充混凝土強度達到設計強度的100%后允許車輛通行。
4.3 監控量測
現場監控量測是判斷圍巖和隧道的穩定狀態、保證施工安全、指導施工生產、進行施工管理和提供設計信息的重要手段。根據以往類似隧道施工經驗，結合設計文件，在施工過程中，將按照現行鐵路隧道噴錨構筑法技術規范的要求進行監控量測，以量測資料為基礎及時修正支護參數，使支護參數與地層相適應并充分發揮圍巖的自承能力，圍巖與支護體系達到最佳受力狀態，并在施工中進行信息化動態管理，達到確保工程質量、施工安全和進度，合理控制投資的目的。在隧道正洞洞身支護完成后，尤其是仰拱施工完畢后，噴錨支護已閉合成環，及時進行全斷面監控量測，隨時掌握初期支護的工作狀態，指導確定二次襯砌施作時間。在取得監測數據后，及時由專業監測人員整理分析監測數據。結合圍巖、支護受力及變形情況，進行分析判斷，將實測值與允許值進行比較，及時繪制各種變形或應力～時間關系曲線，預測變形發展趨向及圍巖和隧道結構的安全狀況，及時向項目總工程師及監理工程師匯報。
5 結論及施工建議
在建合福高鐵安徽段全長520 m的萬山隧道進出口地貌屬于剝蝕低山區，地勢起伏小，自然坡度約15°～25°，而右側存在明顯偏壓問題。隧道出口DK61+215～DK61+272段設計為Ⅴ級圍巖，原設計建議采用六步CD法開挖。施工中根據我單位以往的施工經驗和現在的機械配置情況，開挖方法將從Ⅴ級圍巖的施工方法變更為三臺階臨時仰拱的開挖方法。卻確保隧道的施工安全，通過系統數值試驗模擬施工過程，確定了相應的施工方案，并在施工過程中進行施工總結，提出了該段圍巖三臺階臨時仰拱開挖施工技術。根據以上推薦方案進行了工程施工，實踐證明該方案安全可靠、經濟、快速地完成了萬山隧道的施工，取得了良好的經濟和社會效益。
參考文獻
[1] 樹銘.地鐵暗挖施工超前支護技術分析[J].現代城市軌道交通，2007（1）.
[2] 尹文平.深圳富水軟弱地層地鐵暗挖施工引起的地表沉降及變形控制技術研究[D].北京交通大學，2010.
[3] 王文通.地鐵暗挖法地表合理沉降限值的研究[J].現代城市軌道交通，2006（2）.
[4] 呂勤，張頂立，黃俊.城市地鐵暗挖施工地層變形機理及控制實踐[J].中國安全科學學報，2003（7）.
[5] 肖昌軍，徐海燕.北京地鐵10號線勁松站粉細砂層中暗挖導洞施工技術[J].鐵道標準設計，2008（12）.
[6] 徐代宏.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術[D].西南交通大學，2007.
[7] 王林.黃（山）塔（嶺）高速公路大跨度隧道施工技術研究[D].長安大學，2008.
隧道開挖方式范文第5篇
【關鍵詞】隧道工程；圍巖變形；影響因素
1 工程概況
某隧道工程屬于長大雙線隧道，其上行線單洞長度為4030m，下行線單洞長度為4070m。隧道走向為南北方向，隧道開挖段面積為92m2，最大埋深超過了500m。隧道工程穿越的主要地層為河口群上巖組，穿越不良地質體較多，地質環境十分復雜，施工難度較大。該隧道工程在施工中，根據圍巖條件，采取了不同的施工方法，在Ⅴ、Ⅵ級圍巖中，圍巖應用的是臺階法，在Ⅲ、Ⅳ級圍巖中，應用的是全斷面法。圍巖初期支護為噴錨支護。在圍巖軟弱地帶中，搭設鋼拱架，圍巖二次支護方式為復合式襯砌。
2 應用有限元模擬法分析隧道圍巖力學特征
2.1 隧道工程施工中圍巖塑性區變化分析
選擇隧道工程下行線K106+700斷面作為隧道圍巖力學特征試驗的研究對象，研究方法主要為有限元模擬法，通過有限元法對圍巖物理力學指標進行數值模擬，最終獲得不同巖石彈性模量、容重、內摩擦角、泊松比等力學指標數值。通過數值模擬與有限元網格分析，可以獲得模擬計算結果，結果證明，在進行隧道開挖的初期階段，因對圍巖平衡造成破壞，受應力重分布的影響，圍巖力學條件出現快速惡化，其中在塑性區，圍巖變化程度最大。圍巖變形突變的發生，讓圍巖處于一種不穩定狀態。在采取噴錨支護措施后，圍巖力學條件發生改善，其塑性區變化范圍縮小，圍巖變形逐漸趨于穩定，如下圖1，為隧道工程二次襯砌后為圍巖塑性區示意圖：
圖1 隧道工程二次襯砌后為圍巖塑性區示意圖
2.2 隧道施工過程中圍巖變形
通知研究與數據測量發現，在隧道工程施工過程中，可以將圍巖變形分為三個不同的階段，分別為急劇變化階段、緩慢增長階段與基本穩定階段。在該隧道工程施工過程中，急劇變化階段主要發生在斷面開挖之后的10d之內，在距離開挖面20m范圍內，采取爆破方式進行掌子面爆破開挖，導致圍巖發生急劇變形，在急劇變形階段，其圍巖變形量占圍巖總變形量的一半以上。且在此階段中，工程圍巖噴射混凝土強度沒有達到一定強度，且受開挖影響，對圍巖原本的平衡造成破壞，存在著應力重分布效應。在施工工序影響下，圍巖變形表現十分劇烈，主要表現為振蕩加速趨勢。隨著噴射混凝土強度逐漸增加，混凝土硬化與初期支護系統作用發揮，對圍巖變形進行了限制，圍巖變形進入到緩慢增長階段，其變形逐漸變小。在圍巖基本穩定階段時，開挖面與斷面距離一般已經超過了兩倍洞徑，隧道開挖中的空間效應影響基本消失，圍巖變形速度逐漸趨于平穩，最終獲得再平衡。
3 隧道施工影響圍巖變形的因素分析
3.1 隧道開挖方式與方法對圍巖變形的影響
在進行隧道工程施工時，隧道開挖后會對圍巖原本的平衡造成破壞，應力場的改變，導致其應力重新分布，尋求再平衡。由此，隧道工程的開挖方式是選擇非爆破技術與爆破技術，隧道工程開挖方法是選擇分部開挖法或全斷面開挖，對圍巖的應力狀態都存在著直接影響，其影響的主要表現為位移場的變化。在本工程Ⅴ、Ⅵ級圍巖中開挖方式采取的是臺階法，在臺階法開挖過程中，上半斷面在收斂變形后，逐漸趨于穩定，而下半斷面開挖，會造成在上半斷面擾動，并會伴隨著收斂出現變形突變，變形突變幅度大小與斷面瞬間所出現的收斂突變存接近，但其數值并不大。在隧道工程開挖過程中，針對同一類型的圍巖，采取臺階法與全斷面開挖方法對圍巖變形的影響程度不同，圍巖中全斷面開挖較之臺階法所引起的變形相對較小。采取臺階法進行隧道開挖，在開挖過程中，上臺階圍巖會受到兩次擾動。
3.2 支護結構對圍巖變形的影響
采取支護措施，支護結構發揮作用，可以減小塑性圈范圍。隧道工程支護結構建立，對圍巖的應力與變形存在著直接影響。通過支護系統，限制隧道開挖圍巖變形，減少圍巖變形。
3.3 鄰近施工對圍巖變形的影響
在隧道初期支護之后，圍巖變形逐漸趨于穩定，此時的圍巖處于一種相對穩定狀態。在隧道后期施工過程中，如進行隧道側壁開挖等作業，會對圍巖變形造成影響，圍巖變形的特征主要表現為小幅震蕩。
3.4 施工工序對圍巖變形的影響
隧道工程施工工序是影響圍巖變形的主要因素。在隧道施工中，其主要工序包括隧道開挖、初期支護、仰拱設置、隧道二次襯砌等。通過研究發現，在隧道開挖過程中，圍巖變形已經產生，其變形幅度約占總體變形量的30%，在初期支護施工后，雖然對圍巖變形發揮了一定的抑制作用，但圍巖仍存在著40%左右的變形。通過設置仰拱，縮小隧道變形，此時，圍巖變形量約為20%，經過隧道二次襯砌施工后，圍巖變形逐漸穩定，變形量低于10%。在隧道施工之后，圍巖重新進行穩定狀態。
4 結語
在隧道工程施工過程中，巖體開挖，會對圍巖平衡狀態造成破壞，應力場的變化會引起巖體應力重新分布，從而出現圍巖變形等問題。本文結合工程實例，通過有限元模擬法證明了隧道施工會對圍巖變形造成較大影響。影響隧道圍巖變形的主要因素包括開挖方法、支護結構的選擇、鄰近施工與施工工序等。在進行隧道施工中，需要根據其地質情況，分析圍巖變化程度，從而采取對應措施，保證隧道工程施工的綜合效益。
參考文獻：
[1]肖君瑞.明埡子隧道圍巖變形及合理支護結構的研究[D].長安大學，2010.
