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隧道開(kāi)挖方法的選擇

 舟行無(wú)阻 2013-04-30

初次接觸隧道工程,感觸頗深,在從事隧道試驗(yàn)檢測(cè)工作的同時(shí),我更多的時(shí)間是向優(yōu)秀的工程師們學(xué)習(xí)具體的現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn),在學(xué)校讀書的時(shí)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(lǐng)悟,去學(xué)習(xí)。自己總結(jié)了隧道工程的一些開(kāi)挖方法,加上具體的現(xiàn)場(chǎng)施工逐漸的了解了隧道的施工工序及技術(shù)要求。

在當(dāng)前的施工實(shí)踐中,從施工造價(jià)及施工速度考慮,施工方法的選擇順序?yàn)椋喝珨嗝娣?/span>臺(tái)階法環(huán)形開(kāi)挖留核心土法中隔壁法(CD)→交叉中壁法(CRD法)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;從施工安全角度考慮,其選擇順序應(yīng)反過(guò)來(lái)。如何正確選擇,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮,但必須符合安全、快速、質(zhì)量和環(huán)保的要求,達(dá)到規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、加快進(jìn)度和節(jié)約投資的目的。

1、全斷面開(kāi)挖法

     全斷面開(kāi)挖法就是按照設(shè)計(jì)輪廓一次爆破成形,然后修建襯砌的施工方法。 
適用條件:
(1)I~IV
級(jí)圍巖,在用于級(jí)圍巖時(shí),圍巖應(yīng)具備從全斷面開(kāi)挖到初期支護(hù)前這段時(shí)間內(nèi),保持其自身穩(wěn)定的條件。
(2)
有鉆孔臺(tái)車或自制作業(yè)臺(tái)架及高效率裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備。
(3)
隧道長(zhǎng)度或施工區(qū)段長(zhǎng)度不宜太短,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般不應(yīng)小于lkm,否則采用大型機(jī)械化施工,其經(jīng)濟(jì)性較差。
    
隧道機(jī)械化施工,有三條主要作業(yè)線,見(jiàn)表

作業(yè)線

采用大型機(jī)械設(shè)備

開(kāi)挖作業(yè)線

鉆孔臺(tái)車、裝藥臺(tái)車、裝載機(jī)配合自卸汽車(無(wú)軌運(yùn)輸)、裝渣機(jī)配合礦車及電瓶車或內(nèi)燃機(jī)車(有軌運(yùn)輸)

錨噴作業(yè)線

混凝土噴射機(jī)、混凝土噴射機(jī)械手、錨噴作業(yè)平臺(tái)、進(jìn)料運(yùn)輸設(shè)備及錨桿灌漿設(shè)備

模筑襯砌作業(yè)線

混凝土拌和作業(yè)長(zhǎng)、混凝土輸送車及輸送泵、施做防水層作業(yè)平臺(tái)、襯砌鋼模臺(tái)車

全斷面法施工特點(diǎn)
(1)
開(kāi)挖斷面與作業(yè)空間大、干擾?。?/span>
(2)
有條件充分使用機(jī)械,減少人力;
(3)
工序少,便于施工組織與管理,改善勞動(dòng)條件;
(4)
開(kāi)挖一次成形,對(duì)圍巖擾動(dòng)少,有利于圍巖穩(wěn)定。

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2、臺(tái)階法施工

   臺(tái)階法是先開(kāi)挖上半斷面,待開(kāi)挖至一定長(zhǎng)度后同時(shí)開(kāi)挖下半斷面,上、下半斷面同時(shí)并進(jìn)
的施工方法;按臺(tái)階長(zhǎng)短有長(zhǎng)臺(tái)階、短臺(tái)階和超短臺(tái)階三種。近年由于大斷面隧道的設(shè)計(jì),又有三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法,甚至多臺(tái)階法。至于施工中究竟應(yīng)采用何種臺(tái)階法,要根據(jù)以下兩個(gè)條件來(lái)決定:
初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求,圍巖越差,閉合時(shí)間要求越短;
上斷面施工所用的開(kāi)挖、支護(hù)、出碴等機(jī)械設(shè)備施工場(chǎng)地大小的要求。
在軟弱圍巖中應(yīng)以前一條為主,兼顧后者,確保施工安全。在圍巖條件較好時(shí),主要是考慮如何更好的發(fā)揮機(jī)械效率,保證施工的經(jīng)濟(jì)性,故只要考慮后一條件。
臺(tái)階開(kāi)挖法的優(yōu)缺點(diǎn):臺(tái)階開(kāi)挖法可以有足夠的工作空間和相當(dāng)?shù)氖┕に俣?。但上、下部作業(yè)有干擾;臺(tái)階開(kāi)挖雖增加對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù),但臺(tái)階有利于開(kāi)挖面的穩(wěn)定。尤其是上部開(kāi)挖支護(hù)后,下部作業(yè)就較為安全,但應(yīng)注意下部作業(yè)時(shí)對(duì)上部穩(wěn)定性的影響。
臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)
解決好上、下半斷面作業(yè)的相互干擾問(wèn)題。微臺(tái)階基本上是合為個(gè)工作面進(jìn)行同步掘進(jìn);長(zhǎng)臺(tái)階基本上拉開(kāi),干擾較小;而短臺(tái)階干擾就較大,要注意作業(yè)組織。對(duì)于長(zhǎng)度較短的隧道,可將上半斷面貫通后,再進(jìn)行下半斷面施工。
(2)
下部開(kāi)挖時(shí),應(yīng)注意上部的穩(wěn)定。若圍巖穩(wěn)定性較好,則可以分段順序開(kāi)挖;若圍巖穩(wěn)定性較差,則應(yīng)縮短下部掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺;若穩(wěn)定性更差,則可以左右錯(cuò)開(kāi),或先拉中槽后挖邊幫。
(3)
下部邊墻開(kāi)挖后必須立即噴射混凝土,并按規(guī)定做初期支護(hù)。
(4)
量測(cè)工作必須及時(shí),以觀察拱頂,拱腳和邊墻中部位移值,當(dāng)發(fā)現(xiàn)速率增大立即進(jìn)行仰拱封閉。


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3、環(huán)形開(kāi)挖留核心土法

   1、環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺宜為0.5-1.0m,核心土面積應(yīng)不小于整個(gè)斷面面積的50%

   2、開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施工噴錨支護(hù)、安裝鋼架支撐,相鄰鋼架必須用鋼筋連接,并應(yīng)按施工要求設(shè)計(jì)施工鎖角錨桿。

   3、圍巖地質(zhì)條件差,自穩(wěn)時(shí)間短時(shí),開(kāi)挖前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行超前支護(hù)。

   4、核心土與下臺(tái)階開(kāi)挖應(yīng)再上臺(tái)階支護(hù)完成后、噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%

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4、中隔壁法(CD法)

   CD 法是在軟弱圍巖大跨度隧道中,先開(kāi)挖隧道的一側(cè),并施作中隔壁,然后再開(kāi)挖另一側(cè)的施工方法,主要應(yīng)用于雙線隧道級(jí)圍巖深埋硬質(zhì)巖地段以及老黃土隧道(級(jí)圍巖)地段。

 

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5交叉中隔壁法(CRD法)

   是在軟弱圍巖大跨隧道中,先開(kāi)挖隧道一側(cè)的一或二部分,施作部分中隔壁和橫隔板,再開(kāi)挖隧道另一側(cè)的一或二部分,完成橫隔板施工;然后再開(kāi)挖最先施工一側(cè)的最后部分,并延長(zhǎng)中隔壁,最后開(kāi)挖剩余部分的施工方法。采用短臺(tái)階法難確保掌子面的穩(wěn)定時(shí),宜采用分部尺寸小的CRD法,該工法對(duì)控制變形是比較有利的。
CD 
法是“Center Diaphragm”的簡(jiǎn)稱,而CRD法則是“Cross Diaphragm” 的簡(jiǎn)稱。兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別。它們都用于比較軟弱地層中而且是大斷面隧道的場(chǎng)合。而前者是在用鋼支撐和噴混凝土的隔壁分割開(kāi)進(jìn)行開(kāi)挖的方法;后者則是用隔壁和仰拱把斷面上下、左右分割閉合進(jìn)行開(kāi)挖的方法,是在地質(zhì)條件要求分部斷面及時(shí)封閉的條件下采用的方法。因此,CRD法與CD法唯一的區(qū)別是在施工過(guò)程中每一步,都要求用臨時(shí)仰拱封閉斷面。
CRD法或CD法中,一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是拆除中壁。一般說(shuō),中壁拆除時(shí)期應(yīng)在全斷面閉合后,各斷面的位移充分穩(wěn)定后,才能拆除。

 

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6、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

1、側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖后方可進(jìn)行下一步開(kāi)挖。地質(zhì)條件差時(shí),每個(gè)臺(tái)階底部均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求設(shè)臨時(shí)鋼架或臨時(shí)仰拱。

2、各部開(kāi)挖時(shí),周邊輪廓應(yīng)盡量圓順。

3、應(yīng)在先開(kāi)挖側(cè)噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后在進(jìn)行另一側(cè)開(kāi)挖。

4、左右兩側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖工作面的縱向間距不宜小于15米。

5、當(dāng)開(kāi)挖形成全斷面時(shí)應(yīng)及時(shí)完成全斷面初期支護(hù)閉合。

6、中隔壁及臨時(shí)支撐應(yīng)在澆筑二次襯砌時(shí)逐段拆除。

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