講義公路隧道開挖技術(shù)一、公路隧道主要開挖方式及適用范圍1.開挖方式公路隧道的開挖方式主要有全斷面法、臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及中導(dǎo)洞法等。應(yīng)根據(jù)隧道長度、斷面大小、結(jié)構(gòu)形式、工期要求、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)條件等，選擇適宜的開挖方案，并應(yīng)具有較大適應(yīng)性。(1)全斷面法：按設(shè)計斷面一次基本開挖成形的施工方法。(1)臺階法：先開挖上半斷面，待開挖至一定距離后再同時開挖下半斷面，上下半斷面同時并進(jìn)的施工方法。臺階法分為二臺階法、三臺階法。(2)環(huán)形開挖預(yù)留核心土法：先開挖上臺階成環(huán)形，并進(jìn)行支護(hù)，再分部開挖中部核心土、兩側(cè)邊墻的施工方法。(3)中隔壁法(CD法)：在軟弱圍巖大跨隧道中，先開挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁墻，然后再分部開挖隧道的另一側(cè)的施工方法。(4)交叉中隔壁法(CRD法)：是一種在中隔壁法的基礎(chǔ)上增加臨時仰拱，更快地封閉初支的施工方法。(5)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法：先開挖隧道兩側(cè)的導(dǎo)坑，并進(jìn)行初期支護(hù)，再分部開挖剩余部分的施工方法。(6)中導(dǎo)洞法：在連拱隧道或單線隧道的喇叭口地段，先開挖兩洞之間立柱(或中墻)部分，并完成立柱(或中墻)混凝土澆筑后，再進(jìn)行左右兩洞開挖的施工方法。2.適用范圍(1)

全斷面法適用于I~Ⅲ級圍巖的中小跨度隧道，IV級圍巖中跨度隧道和Ⅲ級圍巖大跨度隧道在采用了有效的預(yù)加固措施后，也可釆用全斷面法開挖。(2)

臺階法適用于Ⅲ~Ⅴ級圍巖的中小跨度隧道，v級圍巖的小跨度隧道在采用了有效的預(yù)加固措施后亦可采用臺階法開挖。單車道隧道及圍巖地質(zhì)條件較好的雙車道隧道可采用二臺階法施工，隧道斷面較高、單層臺階斷面尺寸較大時可釆用三臺階法，臺階長度宜為隧道開挖跨度的1~1.5倍。(3)環(huán)形開挖預(yù)留核心土法適用于IV~V級圍巖或一般土質(zhì)圍巖的中小跨度隧道，每循環(huán)開挖長度宜為0.5~1.0m,核心土面積不應(yīng)小于整個斷面的50%。(1)

中隔壁法(CD法)或交叉中隔壁法(CRD法)適用于圍巖較差、跨度大、淺埋、地表沉降需要控制的場合。(5)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于淺埋大跨度隧道及地表下沉量要求嚴(yán)格而圍巖條件很差的情況。(6)中導(dǎo)洞法適用于連拱隧道。二、公路隧道開挖的要求隧道開挖的主要方法是鉆孔爆破法。開挖工作包括鉆眼、裝藥、爆破等幾項工作內(nèi)容，對于開挖工作應(yīng)做到下面幾點要求：1.

按設(shè)計要求開挖出斷面（包括形狀、尺寸、表面平整、超挖、欠挖等要求）。2.

石碴塊度（石碴大小）便于裝碴作業(yè)。3.

掘進(jìn)速度快，少占作業(yè)循環(huán)時間。4.爆破在充分發(fā)揮其能力的前提下，減少對圍巖的震動破壞，減少對施工用具設(shè)備及支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，并盡量節(jié)省爆破器材消耗。采用全斷面法、臺階法、環(huán)形開挖留核心土法、中隔壁法或交叉中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工及仰拱開挖應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定的，應(yīng)嚴(yán)格控制欠挖，盡量減少超挖。三、公路隧道超欠挖控制1.當(dāng)巖層完整、巖石抗壓強(qiáng)度大于30MPa,并確認(rèn)不影響襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度時，允許巖石個別突出部分（每I㎡內(nèi)不宜大于0.1㎡）欠挖，但其隆起量不得大于50mm。2.

應(yīng)采取光面爆破、提高鉆眼精度、控制藥量等措施，并提高作業(yè)人員的技術(shù)水平。3.開挖后宜釆用斷面儀或激光投影儀直接測定開挖面面積，并繪制斷面圖。4.

當(dāng)采用鋼架支撐時，如圍巖變形較大，支撐可能沉落或局部支撐難以拆除時，應(yīng)適當(dāng)加大開挖斷面，預(yù)留支撐沉落量，保證襯砌設(shè)計厚度。預(yù)留支撐沉落量應(yīng)根據(jù)圍巖性質(zhì)和圍巖壓力，并在施工過程中根據(jù)量測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。5.隧道超欠挖的測定方法見表1B414032-1。隧道超欠挖的測定方法表1B414032-1測定方法及采用的儀器方法簡述利用激光束測定用激光指向儀或激光經(jīng)緯儀射在開挖工作面上的光束測定特定部位的超欠挖的線性值用全站儀測定在要測的點位粘貼反光片，用全站儀測定各點的三維坐標(biāo)，通過計算繪制開挖斷面，與設(shè)計斷面進(jìn)行比較用激光隧道界限測定儀測定由免棱鏡測距全站儀和手提電腦組成，對開挖工.作面（或任一斷面）測

fit,直接打印出設(shè)計斷面與實際斷面，并標(biāo)出設(shè)定點的超欠挖值用二次襯砌輪廓鋼架作基準(zhǔn)測定當(dāng)防水板鋪設(shè)專用臺車移動時，用直尺量取需測定點至輪廓鋼架的最小距離,并考慮噴混凝土的厚度、以確定超欠挖值四、鉆眼爆破掘進(jìn)施工技術(shù)要點鉆眼爆破掘進(jìn)是公路隧道最常采用的掘進(jìn)方式，本節(jié)主要闡述該技術(shù)。（一）鉆爆設(shè)計鉆爆設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、地形環(huán)境、開挖斷面、開挖方法、循環(huán)進(jìn)尺、轉(zhuǎn)眼機(jī)具、爆破材料和出渣能力等因素綜合考慮，并根據(jù)實際爆破效果及時對爆破設(shè)計參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。鉆爆設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)包括：炮眼（掏槽眼、輔助眼、周邊眼）的布置、數(shù)目、深度和角度、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方法和爆破順序等。設(shè)計圖應(yīng)包括炮眼布置圖、周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)圖、鉆爆參數(shù)表、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及必要的說明。（二）鉆眼機(jī)具隧道工程中常使用的鑿巖機(jī)有風(fēng)動鑿巖機(jī)和液壓鑿巖臺車。其工作原理都是利用鑲嵌在鉆頭體前端的鑿刃反復(fù)沖擊并轉(zhuǎn)動破碎巖石而成孔。有的可通過調(diào)節(jié)沖擊功大小和轉(zhuǎn)動速度以適應(yīng)不同硬度的石質(zhì)，達(dá)到最佳成孔效果。(一)炮眼布置和周邊眼的控制爆破掘進(jìn)工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。1.掏槽眼布置掏槽眼的作用是將開挖面上某一部位的巖石掏出一個槽，以形成新的臨空面，為其他炮眼的爆破創(chuàng)造有利條件。掏槽炮眼一般要比其他炮眼深10~20cm,以保證爆破后開挖深度~致。根據(jù)坑道斷面、巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造等條件，掏槽眼排列形式有很多種，總的可分成斜眼掏槽和直眼掏槽兩大類。(1)斜眼掏槽：其特點是掏槽眼與開挖面斜交。常用的有錐形掏槽、楔形掏槽、單向掏槽，其中最常用的是垂直楔形掏槽。斜眼掏槽的優(yōu)點是可以按巖層的實際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，容易把巖石拋出，而且所需掏槽眼的個數(shù)較少；缺點是眼深受坑道斷面尺寸的限制，也不便于多臺鉆機(jī)同時鑿巖。為了防止相鄰炮眼或相對炮眼之間的殉爆，裝藥炮眼之間的距離不能小于20cm。(2)直眼掏槽：直眼掏槽可以實行多機(jī)鑿巖和鉆眼機(jī)械化，從而為加快掘進(jìn)速度提供了有利條件。直眼掏槽鑿巖作業(yè)比較方便，不需隨循環(huán)進(jìn)尺的改變而變化掏槽形式，僅需改變炮眼深度；而斜眼掏槽則需隨循環(huán)進(jìn)尺的不同而改變炮眼位置和角度，直眼掏槽石磧拋擲距離也可縮短，所以目前現(xiàn)場多采用直眼掏槽。但直眼掏槽的炮眼數(shù)目和單位用藥量要增多，炮眼位置和鉆眼方向也要求高度準(zhǔn)確，才能保證良好的掏槽效果，技術(shù)比較復(fù)雜。2.輔助眼布置輔助眼的作用是進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽體積和增大爆破量，并為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件。其布置主要是解決間距和最小抵抗線問題，這可以由工地經(jīng)驗決定，一般最小抵抗線略大于炮眼間距。3.周邊眼布置周邊眼的作用是爆破后使坑道斷面達(dá)到設(shè)計的形狀和規(guī)格。周邊眼原則上沿著設(shè)計輪廓均勻布置，間距和最小抵抗線應(yīng)比輔助眼的小，以便爆出較為平順的輪廓。4.周邊眼的控制爆破在隧道爆破施工中，首要的要求是炮眼利用率髙，開挖輪廓及尺寸準(zhǔn)確，對圍巖震動小。(1)光面爆破的特點光面爆破是指爆破后斷面輪廓整齊，超挖和欠挖符合規(guī)定要求的爆破，其主要標(biāo)準(zhǔn)是：①

開挖輪廓成型規(guī)則，巖面平整；②

巖面上保存50%以上孔痕，且無明顯的爆破裂縫；③

爆破后圍巖壁上無危石。隧道施工中采用光面爆破，對圍巖的擾動比較輕微，圍巖松弛帶的范圍只有普通爆破法的1/9~1/2；大大地減少了超欠挖量，節(jié)約了大量的混凝土和回填片石，加快了施工進(jìn)度；圍巖壁面平整、危石少，減輕了應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免局部塌落，增進(jìn)了施工安全，并為噴錨支護(hù)創(chuàng)造了條件。(2)光面爆破的主要參數(shù)確定合理的光面爆破參數(shù)是獲得良好的光面爆破效果的重要保證。光面爆破的主要參數(shù)包括周邊眼的間距、光面爆破層的厚度、周邊眼密集系數(shù)、周邊眼的線裝藥密度等。影響光面爆破參數(shù)選擇的因素很多，主要有巖石的爆破性能、炸藥品種、一次爆破的斷面大小及形狀等，其中影響最大的是地質(zhì)條件。光面爆破參數(shù)的選擇，目前還缺乏一定的理論公式，多是釆用經(jīng)驗方法。光面爆破的主要參數(shù)見表1B414032-2。光面爆破參數(shù)表

1B414032-2巖石種類飽和單軸抗壓極限強(qiáng)度凡(MPa)周邊眼間距E(mm)周邊眼最小抵抗線W(mm)相對距E/町周邊眼裝藥集中度

(kg/m)硬巖>60550?700600~8000.7~1.00.30?0.35中硬巖30-60450~600550~7500.7~1.00.20?0.30軟巖W30350~500450~6000.5~0.80.07~0.12(3)預(yù)裂爆破及主要參數(shù)預(yù)裂爆破實質(zhì)上也是光面爆破的一種形式，其爆破原理與光面爆破原理相同。只是在爆破的順序上，光面爆破是先引爆掏槽眼，接著引爆輔助眼，最后才引爆周邊眼；而預(yù)裂爆破則是首先引爆周邊眼，使沿周邊眼的連心線炸出平順的預(yù)裂面，由于這個預(yù)裂面的存在，對后爆的掏槽眼和輔助眼的爆炸波能起反射和緩沖作用，可以減輕爆炸波對圍巖的破壞影響，爆破后的開挖面整齊規(guī)則。由于成洞過程和破巖條件不同，在減輕對圍巖的擾動程度上，預(yù)裂爆破較光面爆破的效果更好一些。預(yù)裂爆破適用于穩(wěn)定性差而又要求控制開挖輪廓的軟弱巖層。但預(yù)裂爆破的周邊眼間距和最小抵抗線都要比光面爆破的小，相應(yīng)地要增多炮眼數(shù)量，鉆眼工作量增大。與光面爆破一樣，理想的預(yù)裂效果，關(guān)鍵在于保證連心線上的預(yù)裂面產(chǎn)生貫通裂縫，形成光滑的巖壁。但由于預(yù)裂爆破受到只有一個臨空面條件的制約，采取的爆破參數(shù)較光面爆破的要求更嚴(yán)，預(yù)裂爆破參數(shù)見表lB414032-3o預(yù)裂爆破參數(shù)表

1B414032-3巖石種類飽和單軸抗壓極限強(qiáng)度Rb(MPa)周邊眼間距E

(mm)周邊眼至內(nèi)圈崩落眼間距

(mm)周邊眼裝藥集中度(kg/m)硬巖>60400~5004000.35?0.40中硬巖30-60400?4504000.20~0.25軟巖W30300?4003000.07~0.12五、公路小凈距及連拱隧道施工1.小凈距隧道施工小凈距隧道是指隧道間的中間巖墻厚度小于分離式獨立雙洞的最小凈距(根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范要求，見表1B414032-4)的特殊隧道布置形式。常用于洞口地形狹窄或有特殊要求的中、短隧道以及長或特長隧道洞口局部地段。圍巖級別ⅠIIⅢIVVVI最小凈距(E)1.0xB1.5xB2.0xB2.5xB3.5xB4.0xB注：B

-隧道開挖斷而的寬度表

1B414032-4分離式獨立雙洞的最小凈距小凈距隧道施工應(yīng)重點控制爆破震動對中巖墻的危害，施工時應(yīng)注意以下幾點：(1)先行洞和后行洞的開挖方法。(2)先行洞和后行洞爆破設(shè)計及爆破震動控制。(3)先行洞和后行洞開挖錯開距離。(4)先行洞襯砌和后行洞開挖錯開距離。(2)中巖墻保護(hù)方法。2.連拱隧道施工連拱隧道主要適用于洞口地形狹窄，或?qū)啥撮g距有特殊要求的中、短隧道。連拱隧道按中墻形式不同分為整體式中墻和復(fù)合式中墻兩種形式。連拱隧道開挖要求：(1)

連拱隧道開挖時應(yīng)考慮其埋深淺、跨度大、地質(zhì)條件復(fù)雜、受雨季地表水影響大的特點。(2)連拱隧道開挖宜先貫通中導(dǎo)洞、澆筑中隔墻，然后依次開挖主洞。中隔墻頂與中導(dǎo)洞初期支護(hù)間應(yīng)用混凝土回填密實。(3)

主洞開挖時，左右兩洞開挖掌子面錯開距離宜大于30m。(4)中隔墻混凝土模板宜使用對拉拉桿。(5)中隔墻混凝土施工時應(yīng)加強(qiáng)對預(yù)埋排水和止水設(shè)施的保護(hù)。(3)采用導(dǎo)洞施工時，應(yīng)對導(dǎo)洞圍巖情況認(rèn)真觀察記錄，并及時反饋信息，根據(jù)圍巖變化情況和監(jiān)控量測資料及時調(diào)整設(shè)計與施工方案，導(dǎo)洞寬度宜大于4m。六、公路隧道逃生與救援公路隧道逃生與救援應(yīng)符合如下要求：1.隧道施工應(yīng)配備應(yīng)急救援機(jī)械設(shè)備、監(jiān)測儀器、堵漏和清洗消毒材料、交通工具、個體防護(hù)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和藥品、生活保障和救援物資等，應(yīng)進(jìn)行定期檢查、維護(hù)和更新。不得挪用救援物資及救援設(shè)備。2.

必須事先規(guī)劃逃生路線，并在隧道適當(dāng)位置設(shè)置避難、急救場所，避難處應(yīng)準(zhǔn)備足夠數(shù)量的逃生設(shè)備、救護(hù)器械和生活保障品等。3.隧道內(nèi)交通道路及開挖作業(yè)等重要場所必須設(shè)置安全應(yīng)急照明和應(yīng)急逃生標(biāo)志，

應(yīng)急照明應(yīng)有備用電源并保證光照度符合要求。1