1 全断面开挖法
地下工程断面采用一次开挖成型(主要是爆破或机械开挖)的施工方法叫全断面开挖法。该法的优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成；工序简单，便于组织大型机械化施工；施工速度快，防水处理简单。缺点是对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力。另外，机械设备配套费用也较大。 1.1 施工顺序
全断面开挖法施工主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环。同时，施作初期支护，铺设防水隔离层(或不铺设)，进行二次模筑衬砌。
全断面开挖法施工顺序:①全断面开挖；②喷锚支护；③灌注衬砌。开挖顺序见下图3.1-1所示。
图3.1-1 全断面开挖法施工顺序
全断面开挖法施工作业程序及各工序合理间距如下图所示(单位：m)。
图3.1-2 全断面开挖作业程序及间距
1.2 施工工艺流程
全断面开挖工艺流程见下图3.1-3所示。
注：1．钻孔；2．装药、爆破；3．初喷；4．装渣；5．量测；6．局部挂网；7．复喷；8．挖沟、铺底超前；9．铺防水板；10．模筑衬砌。
图3.1-3 全断面开挖工艺流程
1.3 施工要点
(1)开挖断面大，炮眼数量多，炮眼深度一般为3.5～5m，宜均匀布置每台凿岩机任务，使钻眼作业同时完成。
(2)钻爆和装运顺序作业，工序安排必须紧密配合，衬砌与开挖间距应能满足台车退避到安全地点和爆破不损坏圬工等要求。
(3)加强运输调度工作和合理配备装运机械，并宜采用连续装碴作业设施。
(4)当顶部围岩破碎时，应及时支护，先初喷后复喷，并增加机械手进行复喷作业，以利于稳定地层和加快施工进度。
(5)尽可能采用衬砌模板台车，配合混凝土浇注机或输送泵施工将拱墙一次完成；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m；当地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法。
(6)洞口应配备一定机械维修设备。 1.4 适用范围
2
全断面法主要适用于Ⅱ～Ⅲ级围岩。当断面在50m以下，隧道又处于Ⅳ级围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面
2
法施工。但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20m以下，且施工中仍须特别注意。山岭隧道及小断面城市地下电力、热力、电信等管道工程施工多用此法。 1.5 评价
a.优点。全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织和管理。
b.缺点。(1)由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大。(2)每次深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。 1.6 注意事项。
全断面法是目前Ⅰ～Ⅲ级围岩的隧道工程施工技术发展的一个方向，但是在采用全断面开挖时应注意以下事项：
(1)加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查，对不良地质情况要及时预测预报、分析研究，随时准备采取应急措施(包括改变施工方法)，以确保施工安全和工程进度。 (2)各工序机械设备要配套，如钻眼、装渣、运输、模筑、衬砌支护等主要机械和相应的辅助机具(钻杆、钻头、调车设备、气腿、凿岩钻架、注油器、集尘器等)，在尺寸、性能和生产能力上都要相互配合。各项工作要环环紧扣，不得彼此牵制而影响掘进，从而充分发挥机械设备的使用效率和各工序之间的协调作用，并注意经常维修设备，备存足够的易损零部件，以确保各项工作的顺利进行。
(3)加强各种辅助作业和辅助施工方法的设计与施工检查，尤其在软弱破碎围岩中使用全断面法开挖时，应对支护后围岩变形进行动态量测与监控，并使各种辅助作业的三管两线(高压风管、高压水管、通风管、电线和运输路线)保持良好状态。
(4)重视和加强对施工操作人员的技术培训，使其能熟练掌握各种机械和新技术，不断提高工效，改进施工管理，加快施工速度。
(5)用全断面法开挖时，应优先考虑选择锚杆和锚喷混凝土、挂网、撑梁等支护形式。 1.7 全断面法施工～图3.1-11。
图3.1-4 塑料导爆管非电起爆，部分器材和已加工好的起爆药卷与周边眼“药串”
图5 机械化出渣作业
图6铺设防水塑料板
图7混凝土输送车及输送泵作业
图8模板台车及衬砌作业
图9混凝土工厂
图10三臂和四臂钻岩台车在洞内联合作业
图11及时施作仰拱封闭，铺防水板做永久衬砌
2 台阶开挖法
台阶开挖法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，即分成上下两个工作面或几个工作面，分步开挖。据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔墙台阶法等。根据工程实际地层条件和机械条件，可选择适合的台阶方式。 2.1 正台阶开挖法
正台阶开挖法优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。上台阶长度(L)一般控制在1～1.5倍洞径(D)，根据地层情况，可选择两步或多步开挖法。
上下两部分步开挖法
若地层较好(Ⅲ～Ⅳ级)，可将断面分成上下两个台阶开挖，上台阶长度一般控制在1～1.5倍洞径(D)以内，但必须在地层失去白稳能力之前尽快开挖下台阶，支护后形成封闭结构。
.1 施工顺序
上下两部正台阶开挖法施工程序如图3.2-1所示。
图3.2-1 上下两部正台阶开挖法施工程序
若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施；首先施工超前锚杆、施作临时拱、铺底，然后进行正台阶法施工；见下图3.2-2所示。
图3.2-2 有超前支护及临时仰拱上下两部正台阶开挖法施工程序
.2 施工工艺流程
一般采用人工和机械混合开挖法，即上半断面采用人工开挖、机械出渣，下半断面采用机械开挖、机械出渣。有时为避免上半断面出渣对下半断面的影响，可用皮带运输机将上半断面的渣土送到下半断面的运输车中。
多部分步开挖留核心土。
该法适用于较差的地层，围岩级别为Ⅰ、Ⅱ类，上台阶取1倍洞径左右环形开挖，留核心土。用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构钢拱架做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。从断面开挖到初期支护、仰拱封闭不能超过lOd，以确保地面沉陷控制在50mm以内。
典型开挖方式见图，这是在Ⅱ类黄土地层双线铁路断面施工的实例。上台阶长度取1倍洞径左右环形开挖，留核心土，首次用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面，首次将研制成的蝴蝶结网构钢拱架用在初期支护中。在该次试验中，测试锚杆在软土中作用不大，改设拱脚、墙脚，设置注浆锁脚锚管。初期支护至仰拱封闭不能超过lOd，以确保地面沉降控制在50mm以内。
注：①、②、③、④、⑤为开挖顺序a．初期支护b．网构钢拱架c．拱脚注浆锁脚锚管 d．墙脚注浆锁脚锚管 e．初期支护厂塑料薄板隔离层g．泵送粉煤灰防水混 凝土模筑(永久衬砌)
图3.2-3 多部分步正台阶法开挖施工流程
当隧道断面较高时，可以分多层台阶法开挖，但台阶长度不容许超过1.5D。图为北京市地铁复兴门折返线中双线隧道正台阶法开挖顺序。
图3.2-4 双线隧道正台阶法开挖顺序
台阶长度之所以定为1倍洞径(1D)，主要因为地面沉降不容许超过30mm。另外，隧道在施工中纵向产生承载拱，承载拱的跨度约为1倍洞径(图3.2-5)。这样，在1倍洞径区段周围地层产生横向和纵向两个承载拱的作用，这对开挖是有利的。台阶长度超过1倍洞径将失去纵向承载拱受力结构，仅有横向平面承载拱受力结构。另外，上台阶若选用大于1.5倍洞径的长台阶，在开挖时纵向变位大，上台阶断面形状不利于受力，而且容易引起周围地层松动，塑性区增大，造成拱脚附近受力大而使其失稳(图3.2-6)；在下台阶开挖时，也容易产生变位叠加而使其失去稳定性(图3.2-7)。上台阶若过短，小于1倍洞径，因洞内纵向破裂面超过工作面，易造成洞顶土体下滑，引起工作面不稳定，所以软弱地层不能采用短台阶施工(见下页图3.2-8)。但是，若用硬岩爆破法施工时，为了便于风钻打眼，可设置超短台阶。
图 纵向承载拱的作用
图3.2-6 上台阶过长引起松动荷载
注：D为开挖直径
图3.2-7 开挖过程中纵向变位影响长度
图3.2-8 短台阶施工引起工作面失稳
所以，从安全角度考虑，台阶长度定为1倍洞径是合理的。施工机械的配置也应遵守这个原则。因此，在采用正台阶法施工时，应树立一个概念，不要分长台阶、短台阶、微台阶，这是长期施工经验教训的总结，有关施工规范中也取消了这种说法，也不再提半断面法开挖。 需要说明的是，在Ⅱ类砂卵石地层中进行大断面正台阶开挖，必须同时实施深孔注浆和小导管超前支护、预注浆辅助工法。 2.2 施工顺序
台阶法开挖顺序见下图3.2-9。
3.2-9 台阶法开挖顺序图
2.3 施工要点
2.4 台阶法评价 台阶法开挖优点
(1)灵活多变，适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，这是各种不同方法中的基本方法。而且，当遇到地层变化(变好或变坏)，都能及时更改、变换成其他方法，所以被称为浅埋暗挖施工方法之母。
(2)具有足够的作业空间和较快的施工速度。台阶有利于开挖面的稳定性，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。当地层无水、洞跨小于lOm时，均可采用该方法。 台阶开挖法缺点
台阶法开挖的缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还
应注意台阶开挖会增加围岩被扰动的次数等。 2.5 台阶法开挖注意事项
(1)台阶数不宜过多，台阶长度要适当，一般以一个台阶垂直开挖到底，保持平台长2.5～3m为宜，这样也易于减少翻渣工作量。装渣机应紧跟开挖面，减少扒渣距离，从而提高装渣运输效率。应根据两个条件来确定台阶长度：一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩的稳定性越差，要求闭合的时间越短；二是上半部断面施工时开挖、支护、出渣等机械设备所需的空间大小。
(2)台阶法开挖宜采用轻型凿岩机打眼施作小导管，当进行深孔注浆或设管棚时多采用跟管钻机，而不宜采用大型凿岩台车。
(3)个别破碎地段可配合喷锚支护和挂钢丝网施工，以防止落石和崩塌。
(4)要解决好上下部半断面作业的相互干扰的问题，做好作业施工组织、质量监控及安全管理工作。
(5)采用钻爆法开挖石质隧道时，应采用光面爆破技术和振动量测技术来控制振速，以减少扰动围岩的次数。
3 分部开挖法
分步开挖法主要适用于地层较差的大断面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括单侧壁导坑超前台阶法、中隔墙法(CD、CRD工法)、双侧壁导坑超前中间台阶法(也称眼镜工法)和双隔墙中间预留核心土法等多种形式。 3.1 单侧壁导坑超前台阶法
单侧壁导坑超前台阶法主要适用于地层较差、断面较大，采用台阶法开挖有困难的地层。采用该法可变大跨断面为小跨断面。大跨多不小于10m，可采用单侧壁导坑法，将导坑跨度定为3～4m，这样就可将大跨变成3～4m跨和6～10m跨。这种施工方法简单而可靠。 采用该法开挖时，单侧壁导坑超前的距离一般在2倍洞径以上，为稳定工作面，经常和超前小导管预注浆等辅助施工措施配合使用，一般采用人工开挖，人工和机械混合出渣，开挖方式见图3.3-1。
图单侧壁导坑超前台阶法开挖方式
侧壁导坑尺寸通常根据机械设备和施工条件来确定，而侧壁导坑的正台阶高度， 一般规定为台阶底部至起拱线的位置，这主要是为施工方便而确定的，范围在2.5～ 。下台阶落底、封闭要及时，以减少地面沉降(见图)。
图3.3-2 单侧壁导坑法施工
3.2 中隔墙法(CD工法)和交叉中隔墙法(CRD工法) 概述。
中隔墙法也称CD工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔墙法(也称CRD工法)。
CD工法是20世纪80年代以来，随着修建城市地下工程的实例日益增多，尤其是非掘进机方法运用于软弱、松散地层中浅埋暗挖的隧道工程后，在原正台阶法的基础上发展起来的一种工法。它更有效地解决了将大、中跨的洞室开挖转变为中、小跨的洞室开挖问题。这种方法首次在德国慕尼黑地铁工程的实践中获得了成功，并在技术上、经济上取得突破。 CRD工法是日本在真米隧道建设中吸取欧洲CD工法的经验，在东叶高速线习志野台隧道施工中，将原CD工法先挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环、改进发展的一种工法。其最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。
CRD工法以台阶法为基础，将隧道断面从中间分成4～6部分，使上、下台阶左右各分成2～3部分，每一部分开挖并支护后形成独立的闭合单元。各部分开挖时，纵向间隔的距离可根据具体情况按台阶法确定。 方法对比。
大量施工实例资料的统计结果表明，CRD工法优于CD工法(前者比后者减少地面沉降近50mm)，而CD工法又优于眼镜工法。但CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大断面地下结构物(如停车场)，且地面沉降要求严格时才使用。
采用中隔墙法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5～7m。为稳定工作面，往往与预注浆等辅助施工措施配合使用，采用人工开挖、人工出渣方式。CD工法的开挖方式与施工顺序分别见图与图。CRD工法的开挖方式与施工流程分别见图与图。
图3.3-3 CD工法开挖方式
图 CD工法施工顺序
图 CRD工法开挖方式
图 CRD工法施工流程
CD工法和CRD工法在大跨度地铁车站中应用很普遍，将大跨分成两个小洞室，也体现
了变大跨为小跨的指导思想。在施工中应严格遵守正台阶法的施工要点，尤其要考虑时空效应，每一步开挖必须快速。特别是CRD工法对地面沉降的限制严格，所以必须及时步步成环，工作面留核心土或用喷射混凝土封闭，消除由于工作面的应力松弛而增大沉降值的现象。地下工程工作面不宜同时开挖，如同外科手术一样，开口越小越好，打开后应立即缝合。要注意当跨度小于6～7m时，不宜采用CRD工法，以避免因分块过多、空间过小、进度太慢而增大沉降值。如果时问加长，变位会增大，所以，软弱不稳定地层，在超前支护的作用下，应快速施工，快速通过不良地层，这是减少下沉量的最有效的方法。所以，方法的选择必须因地制宜。
3.2.3方案选择的原则及评价。
各种施工方法对比表
工法名称 正台阶 小导管超前 上台阶 临时仰拱法 眼镜工法 CD工法 CRD工法 示意图 变大跨为小跨 最大 高 较小 最慢 最高 跨度>10m， 超浅埋 变中跨为小跨 中等 较高 小 较慢 中等 跨度>10m， 沉降要求严格 步步封闭 较大 最高 最小 慢 高 跨度>10m，沉降要求很严格 工法特点 环形开挖留核心土 留核心土跳设仰拱 施工难度 技术含量 预测地面 沉 降 施工速度 工程造价 适用范围
较小 低 大 快 低 跨度≤10m， 地质较好 较大 中等 较大 快 较低 跨度≤10m， 地质较差
图3.3-7 地下停车场CRD法施工
CRD工法施工工艺。
(1)施工工序(图)。施工工序分为8步(即①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧)，按6个
部分，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ部分进行开挖，做到步步封闭成环。
图 CRD工法施工顺序
(2)工艺流程。其工序如下：I部开挖支护---lI部开挖支护--I部临时支护仰拱拆除---Ⅲ部开挖支护---Ⅳ部开挖支护---Ⅲ部临时支护仰拱拆除---V部开挖支护---Ⅵ部开挖支护---拆除十字中隔墙---二次混凝土模筑。
CRD工法8字形网构钢拱架
图3.3-10 各部台阶长度
3.3 双侧壁导坑超前中间台阶法 概述。
双侧壁导坑超前中间台阶法也称眼镜工法，也是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度(>20m)分成三个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、断面很大、单侧壁导坑超前台阶法无法满足要求的三线或多线大断面铁路隧道及地铁工程。该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高，进度较慢。20世纪70年代至80年代初国内外多用此法，目前使用较少。但是，当断面很大时也经常采用，有时还采用连续眼镜。
图3.3-11 双侧壁导坑超前中间台阶法开挖方式
双侧壁导坑超前中间
台阶法开挖顺序:
图双侧壁导坑超前中间台阶法施工示意 (单位：cm)
1．左导坑超前，先施作超前小导管并注浆，开挖①、②部，在②部底设置横向临时支撑。 2．开挖左导坑③、④部，使④部及时封闭成环。 3．灌注左导坑仰拱混凝土)。
4．待左导坑开挖15~20m后，进行右导坑开挖；⑥、⑦部施工同左导坑①、②部，⑧、⑨部施工同左导坑③、④部。
5．灌注右导坑仰拱混凝土(X)。
6．灌注左、右导坑边墙混凝土(XI)。
7．边 墙钢筋混凝土施作完毕后开挖中洞⑥并设置竖向临时支撑。 8．拆除导坑内壁上部临时支护钢架，灌注拱部混凝土(XⅡ)。 9．开挖中洞⑧。
10．开挖中洞仰拱⑩。
11．灌注仰拱混凝土(Ⅻ、ⅪⅢ)
双侧壁导坑超前中间台阶法施工顺序
图3.3-15 双侧壁导坑超前中间台阶法施工工艺流程
图边墙衬砌图(单位：mm)
图3.3-17 拱顶衬砌图(单位：mm)
3.4 双隔墙中间预留核心土法 概述。
双隔墙中间预留核心土法也称为留土柱法，主要适用于地层较差、断面较大(跨度大于10m)，而且采用CD工法、CRD工法和眼镜工法开挖有困难的地层。该法也是将大跨变为小跨的施工方法。
该方法是以台阶法为基础，用预留核心土将隧道断面从中间分成四部分，使上、下台阶左右各分成两部分，每一部分开挖并支护后形成独立的闭合单元。同时，中间预留土柱能支撑拱顶，有效减少拱顶下沉，充分发挥土体的支护作用。而且，该施工方法比CRD工法和眼镜工法工艺简单，进度更快，由于减少了支护，可降低成本。采用该工法开挖时，双隔墙超前的距离相等或不等。预留土柱的各部分开挖时，纵向间隔的距离可根据具体情况按台阶法确定。 方法。
采用双隔墙中间预留核心土法施工时，每步的台阶长度都应控制，一般为5～7m。为稳定工作面，配合运用长期预注浆等辅助施工措施，并采用人工开挖、人工出渣方式。工艺流程见图、图以及图。
图3.3-18 双隔墙中间预留核心
双隔墙中间预留核心土法开挖方式:
图3.3-19 双隔墙中间预留核心土法开挖顺序
环形开挖预留核心土法的施工程序为：
(1) 超前预支护。洞口采用超前长管棚或双排小导管注浆预支护；洞内采用超前锚杆或Ф42超前小导管注浆预支护。注浆浆液水灰比一般为1∶∶1；注浆压力控制在0.6～1.5mPa。当预留核心土土体不稳定时，在梯形核心土两侧肩部打入超前小导管也能够取得较好的成效。
(2) 拱部环形开挖。采用人工配合挖掘机开挖环形拱部土体，或短进尺开挖软岩，每循环进尺0.6～。根据隧道掌子面土层的自稳能力确定预留核心土的范围，按设计要求初喷混凝土厚度约5cm。
(3) 拱部初期支护。按设计参数安装拱部H175、I18型钢钢架或格栅钢架；Φ25锁脚锚杆、系统锚杆；挂钢筋网；复喷混凝土。
(4) 上部结构临时仰拱。为控制初期支护收敛下沉，必要时在核心土后加设临时仰拱，使初期支护结构尽早封闭成环。
(5) 下部施工作业程序。开挖核心土；交错开挖边墙（开挖进尺0.8～m），及时施工边墙初期支护（包括边墙支撑钢架、结构锚杆、锁脚锚杆、挂钢筋网、喷混凝土）；开挖并浇注仰拱使初期支护结构成环。
(6) 全断面二次衬砌。利用衬砌台架铺设防水层，绑扎钢筋；采用衬砌台车进行二衬混凝土全断面衬砌。
图3.3-20 双隔墙中间预留核核心法施工工艺流程
3.5 中洞法
中洞法可适用于双连拱的隧道,采用先施作中墙混凝土,后开挖两侧的施工方法.施工时应符合下列规定：
1、中洞开挖高度应大于中墙高度1m，开挖宽度应大于5m；
2、中洞开挖长度可根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑；短隧道可先贯通中洞，后开挖两侧；
3、开挖后，应及时施作初期支护，再分段灌注中墙混凝土，每一纵向段长度宜为4～6m；在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并应进行临时横向支撑；
4、工中应注意力的转换，两侧应均衡开挖，并应设置临时横向支撑； 5、中墙顶部应作好防排水工作。
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