隧道洞口段基本开挖方法的确定取决诸多因素,如地质条件、地形条件、施工机具配备情况、隧道自身构造特点等。当围岩发生变化时,相应的施工方法要做适当调整或者变更,这样可以避免工程失误和减少工程投资。当前隧道洞口开挖方法有很多种类,总体上概括起来主要是台阶法和分部开挖法两大类。
1.台阶法
1)台阶法开挖顺序
先上台阶开挖,等上台阶开挖到一定长度后同时再进行下台阶开挖,最后上、下台阶同时进行开挖。台阶的长度必须根据围岩地质条件、隧道断面跨度、初期支护形成闭合断面的时间要求、上部施工所需要空间大小等因素来确定。如果围岩条件较差,台阶长度可缩短,宜为5~8m。
2)台阶法施工程序
台阶法施工开挖施工工艺及施工现场见下框图、示意图及施工图(图12-1、图12-2)。
图12-1 台阶法开挖施工工艺图
图12-2 台阶法示意图
3)工艺改进
在软弱围岩中采用台阶法开挖,可以考虑与预留核心土、临时仰拱等方法相结合。在上台阶开挖时预留在核心土的支护下迅速完成拱部的开挖,再进行初期支护。在开挖好下部台阶时,设置好临时仰拱,以此对上部和两侧开挖及支护起到保护作用。
4)台阶法开挖优缺点
(1)台阶法的优点是作业面宽广且开挖速度较快,对掌子面的稳定性也提供了保证,关键是上部开挖支护后,下部作业就会相对较为安全。
(2)其缺点是采用台阶法开挖会增加对围岩的扰动次数,当上下台阶施工作业相互干扰时,应注意下台阶施工作业时对上台阶稳定性的影响。
2.分部开挖法
分部开挖法是将隧道断面先分部开挖然后再逐步完成设计形状,通常是将某一部分超前开挖,也称为导坑超前开挖法。常见隧道洞口分部开挖方法包括环形开挖留核心土法、双侧壁导坑法和四步CD法。(www.daowen.com)
1)环形开挖留核心土法
环形开挖留核心土法对一般土质或软弱围岩及断面较大的隧道施工较适应。开挖过程中开挖次序是环形拱部、上部核心土、下部台阶。
本方法的主要优点是:
(1)因为在掌子面开挖过程中上部的预留核心土能够支承开挖面,所以能够及时地对拱部施作初级支护,保证了掌子面的稳定安全。
(2)因为在拱部初级支护保护下进行预留核心土和下部开挖,所以现场施工安全得到保障。与台阶法相比,下台阶的长度可以适当加长,以减少上、下两部分施工干扰。与下边要介绍的双侧壁法相比,施工机械程度可相对提高,施工速度可加快。
2)双侧壁导坑法
双侧壁导坑法是分4块进行开挖:左、右两侧导坑,上部核心土,下台阶。在开挖时左、右侧导坑是要错开的,而错开的距离是依据一侧导坑的开挖对围岩扰动发生应力重分布不影响另一侧已成导坑的原则。
本方法的优缺点:双侧壁导坑法的每个分块在开挖后都能立刻自行闭合,所以在施工过程中几乎不会产生变形。但是其开挖断面时分块多,对围岩扰动大,初次支护闭合时间长,而且开挖进度较慢,成本也比较高。
3.隧道洞口段开挖方法比选
施工方法的选择主要依据是地质条件、工期、结构类型、断面尺寸以及施工技术力量等综合考虑。开挖过程中也要考虑到当地质条件发生变化时,那么此种开挖方法就不适应了,应该变更为另一种开挖方法。合适的开挖方法对隧道洞口段的开挖是非常重要的,不仅可以减少对原来地层的扰动来提高施工过程中和开挖后洞口的安全,还可以很好地提高施工效率,减少工程投入,增加经济效益。现将各种方法的比较列于表12-3。
表12-3 施工方法比选
当隧道洞口段处于浅埋、强分化和软弱松散等复杂地层中时,可以采用以下施工方法:
(1)对于围岩级别较好的双线隧道洞口,一般是以台阶法为主,而不宜采用全断面施工。因为对大断面的隧道采用全断面开挖时,开挖对围岩的扰动很大,会导致围岩出现松动,导致发生地表开裂甚至发生局部坍塌的可能。并且很难进行结构支护,势必会增加工程的成本。
(2)在土质类地区的隧道洞口段,采用三台阶临时仰拱法比较适合。当工期不紧时,预留核心土法就比较安全适用,遇到特殊情况可采用CD法或双侧壁导坑法。
(3)当洞口处于浅埋段、破碎段、全风化地层时,最先考虑的应该是预留核心土法。当对地表沉降要求比较高或者开挖断面较大时,预先考虑CD法或双侧壁导坑法。
综上所述,结合保场隧道的工程地质状况及施工条件,此隧道采用双侧壁导坑法进行开挖。
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